基于地下水過濾收集技術的生態駁岸設計

魯遙 胡志強 祝遵凌

摘要：駁岸作為河流的重要組成部分，是連接水域生態系統和陸地生態系統的紐帶，是河流水陸交錯帶與河岸帶的銜接部分，也是地表水與地下水動態交換過程的載體。近年來在城市濱水景觀設計中的諸多方面都提到了生態駁岸的設計建設，根據具有生態效益材料的不同，可以分為自然原型生態駁岸、環保材料生態駁岸、工程材料生態駁岸三種類型的生態駁岸，但在地下水日益枯竭的城市中，能否讓生態駁岸的“生態”作用運用到地下水過濾收集中，本文首先介紹生態駁岸的含義與作用，然后在基于分析三種類型生態駁岸的特點上，探究地下水過濾收集技術如何運用到生態駁岸設計中，為指導實踐提供參考。

關鍵詞：生態駁岸 地下水過濾收集 生態磚 環保材料 海綿城市

中圖分類號：TU986

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2020）06-0152-03

Abstract： As an important part of rivers， revetment is the link between the waterecosystem and the terrestrial ecosystem. It is the interface between the river-landinterlaced zone and the riparian zone， and it is also the carrier of the dynamicexchange process between surface water and groundwater In recent years，many aspects of urban waterfront landscape design have mentioned the designand construction of ecological revetment According to the different eco-efficiencymaterials， it can be divided into three types： natural prototype ecological revetment，environmental protection material ecological revetment， and engineering materialecological revetment Ecological revetment， but in cities where groundwater isincreasingly depleted， can the"ecological"effect of ecological revetment beapplied to groundwater filtration and collection This paper first introduces themeaning and role of ecological revetment， and then analyzes the characteristicsof three typeo of ecological revetment Investigate how groundwater filtration andcollection technology can be applied to ecological revetment design to providereference for guiding practice

Keywords： Ecological revetment Groundwater filtration collection

Ecological bricksEnvironmentally friendly materialo Sponge aty

一、概述

近年來，“海綿城市”概念被不斷提起，海綿城市建設應遵循生態優先等原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實現了雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，達到城市地下水的過濾收集，促進雨水資源的利用和生態環境保護。而生態駁岸是指恢復自然河岸“可滲透性的”人工濱水駁岸，以生態為基礎、安全為導向的工程方法，最大限度地減少了河流自然環境的破壞，其能夠切實確保河岸和河流水體間的水分調節與交換，并且還有一定的抗洪強度。前者“海綿城市”的建設是為了水資源在地下水區域的滲透收集，后者的生態駁岸同樣是為了水資源的“可滲透性”，兩者具有相同的設計理念，將地下水過濾收集技術運用到生態駁岸設計中去，有著一定的優勢及設計基礎。

二、生態駁岸的作用

（一）補給枯水、調節水域水位：生態駁岸濱水斜面大體上是運用人工改造后的自然材料，以此構成良好的滲水性斜面。當枯水時期來臨時，地下水會運用堤岸反滲到河中，從而達到補給枯水、調節水域水位的效果。此外，在生態駁岸斜面上種植一些具有凈化水體功效的植被也可以起到涵養水分的作用;而在豐水時期來臨時，河水會朝駁岸斜面上植被區與駁岸外的道路排水區域滲透河水至地下水，從而達到緩解洪澇災害的作用。

（二）增強水域自動凈化的能力：在生態駁岸斜面上修建魚道魚巢以及利于浮游生物寄居的生態磚，可以讓其構成不同的水流流速帶和水體的紊流，使得水面上空氣里的氧氣溶于水里，以此提高水體的自動凈化能力。

（三）生態駁岸對水域生物的生存環境影響起到了重要作用：通過生態駁岸可以將濱水水底區域的水生植被和駁岸斜面上的近水植被相互關聯，組成一個相對完整的濱水水域生態系統。眾所周知，生態駁岸底端的坡腳魚類巢穴較多、浮游生物聚集較密、水生植物生長帶富集、水流流速變化頻繁，給水生動物及濱水植物提供良好的棲息場所及生存環境。此外，生態駁岸上的景觀可以種植地被及灌木，給鳥類、昆蟲提供覓食與繁衍的場所，從而構建出水陸相結合的生態系統。

三、生態駁岸的分類

（一）以自然原型為基礎的生態駁岸：以自然原型為基礎的生態駁岸指的是在對濱水駁岸的建設過程中，對其坡度較緩及腹地較大的濱水段，基于保持其本來的自然原生狀態的前提下，將沿岸的天然石塊排布并種植水生植物相結合的方式來體現穩固濱水駁岸段的一種生態駁岸形式。在種植水生植物時應該選擇其根系發達的植物來穩固駁岸底部與中部，例如：高羊茅與結縷草等，這些柔韌的植物枝葉可順應水流，能夠有效地提高護堤、防洪的能力。

1.該駁岸的特點：第一，岸線景觀較為自然，柔和的自然景觀最令人感到舒適;第二，自然的水生動植物能夠產生生態邊際與水陸生態結構的效應。第三，適用于坡度舒緩的角落范圍內，水位落差較小及水流平緩的地塊。

（二）以環保材料為基礎的生態駁岸：以環保材料為基礎的生態駁岸主要指的是在對濱水駁岸的處理中，運用可再生或可降解的材料在駁岸坡腳進行護坡，其次再基于水生植物根系生長以此來穩固岸邊，達到穩定的水陸生態結構。例如：先將樹樁、樹枝插條、竹籬、草袋等環保材料輔助護堤，然后駁岸由下至上種植沉水植物、挺水植物及浮葉植物等，以此來鞏固根系。以環保材料為基礎的生態駁岸不僅達到生物鏈結構的穩定及防洪護堤的作用，而且利于水域污染物和垃圾的過濾。

1.該駁岸的特點：第一，岸棲生物豐富，景觀較自然，形成自然岸線的景觀和生態功能;第二，利于水域自身的進化過濾;第三，適用于自然舒緩的坡度，在土壤自然安息的角落范圍內。

（三）以結合工程材料為基礎的生態駁岸：結合工程材料的生態駁岸主要是指在駁岸設計建造中，運用石材干砌、混凝土預制、耐水木料、金屬沉箱等構筑高強度、多孔性的駁岸。例如：多孔植物生態磚由于其本身的高透水性，可緩解雙向面的土壓與水壓，防止堤壩出現塌陷或變形的情況;凈水箱生態駁岸不僅結構整潔美觀，并且有良好的污水凈化效果而且成本較低，占據空間較小等優勢。

1.該駁岸的特點：第一，結合工程材料的生態駁岸維系水陸之間與自然岸線透水性間的聯系，進行水陸結合的綠化種植，可以實現較為自然的生態與景觀功能。第二，生態磚駁岸能夠應用到水域流速較快而且駁岸沖刷破壞較大的地段，且能夠應用于坡度不同的池岸。第三，該駁岸適用于4米以下高差，坡度70以下的駁岸線，具有較強的穩定性和抗洪功能。

綜上分析，對比三種類型的生態駁岸，可發現以結合工程材料為基礎的生態駁岸適用在城市濱水段的范圍很廣闊，不但具有較好的防洪護堤的能力和利于水生植物生根生長的基礎空間，而且生態磚多孔的設計利于水生動物與浮游微生物的寄居與繁殖，以此達到凈化水體、涵養水體的功效等，并且具有一定的景觀效益。

四、基于地下水過濾收集技術的生態駁岸設計

在“海面城市”概念的倡導下，生態駁岸的設計應在保證其安全穩定的基礎上，不僅實現人與自然的和諧融洽，而且要最大化地補給日益短缺的城市地下水。因此，將地下水過濾收集技術及設計理念應用于結合工程材料的生態駁岸設計中必須滿足以下內容：

（一）駁岸的組成內容：基于地下水過濾收集技術的生態駁岸，必須包括凈化河水、過濾地下水、收集地下水、地下水滲透四個部分。

整體部件為：植被（1）透水混凝土臺階（2）土壤層（3） -級過濾層（4）二級過濾層（5）磚基水透水路面（6）鵝軟石鋪層（7）混凝土基層（8）生態磚（9）細沙墊層（10）混凝土隔板層（11）地下水收集箱（12）相連收集箱與滲透箱的水管（13）地下水滲透箱（14）混凝土墊層（15）透水砂基石（16）地下土層（17）進水管（18）混凝土墻（19）過濾網層（20），如圖1。

1.凈化河水部分：凈化河水部分主要由生態磚所堆疊而成，正如前文所述，生態磚有著較好穩定的生態效益，并成本較低。其材質主要是由園林廢棄物混凝土或火山巖石材制成，生態磚各個面設有多個透水磚孔i生態磚內部設有填充土壤與砂石的麻袋，同時該部分起到保護河岸的作用。堆疊在上層的生態轉可種植過濾水污染的水生植被，多孔的構造利于微生物富集;堆疊在下層的生態磚可種植沉水植物，達到固堤的效果。生態磚大小可根據河岸長度，水深進行相關尺度設計。

相關說明：一、六面多孔的長方體磚塊，在其每面混凝土磚壁（9（1））都有按照其面長寬比例縮放的長方形孔洞（9（2）），此孔洞如上述滿足微生物富集及過濾廢棄物等生態功能;二、根據多個生態磚塊的拼接需求，在長方體磚塊其中三個面中心位設有方形對接凸口（9（4）），另外三個面中心位設有方形對接凹槽（9（3））;在堆疊拼接生態磚時可以根據其凹槽與凸口進行拼合，達到穩固的效果;三、生態磚單體組合在于設有內部支撐柱（9（5）），與之對應的為磚蓋頂蓋（9（6））內的頂蓋對接凹槽（9（7）），二者可以相互卡扣在一起，達到單個生態磚形成一個穩固的單體，如圖2。

2.過濾地下水部分：過濾地下水部分主要由透水層與一、二級過濾層，透水層包括透水混凝土路面、透水混凝土臺階、土壤等，其中透水路面旁設有鵝軟石鋪層，該部分不但利于水分滲透，而且透水混凝土材質制成的路面與臺階利于市民駐足賞景，親水觀景，土壤種植適合當地生長的植被，形成植物觀賞區域。一、二級過濾層的材質分別是園林廢棄物的碎石與細沙，碎石厚度60～80mm，細沙厚度90～100mm，二者都起到過濾凈化水分的作用。另外，高于正常水位的地方有進水管設置在駁岸邊，進水管埋沒與鵝軟石鋪層中，利于汛期時，水位高漲，水流進管道，再通過一、二層過濾，直至到地下水滲透箱。此外鵝軟石鋪層上方有細孔不銹鋼網格覆蓋，以防鵝軟石被隨意拿走。

相關說明：一級過濾層（4）與二級過濾層（5）之間由過濾網層（20）阻隔，過濾網層主要由園林廢棄物布麻構成。過濾網層的目的主要是為了阻隔兩級過濾層，防止過濾層混合，同時過濾雨水，如圖3。

3.收集地下水部分：收集地下水部分主要由地下水收集箱組成，每個地下水收集箱的外框架材質都是由玻璃鋼制成，外框架網格截面長寬均為30mm，框架長寬高均為800mm，內部收集箱由pps塑料材質制成，具有良好的支撐性與穩固性，此外每個收集箱上都有對應的通水管口，可以相互拼接在一起，方便收集的水均勻分配到每個箱中。箱中設有活性炭，便于凈化水體。箱壁厚度為150mm。

相關說明：地下水收集箱（12）的各部分特征，首先，收集箱外部是網格狀框架（12（1）），是由玻璃鋼材質制成，框架四面上帶有安置管道（12（5））的圓形孔洞。其次，收集箱內部的結構：一、頂端有放置活性炭的過濾網（12（2））與過濾網框架（12（3））;過濾網（12（2））有兩層，一層安置于框架底部，一層覆蓋于框架頂部，中間填充活性炭。二、中端有地下水過濾槽（12（4）），其用于安置過濾網框架（12（3））。過濾槽（12（4》底部有4個過濾管道（12（7））為六面體錐心管道，其中2個管道頂端設有對接凸口（12（11））.另外2個管道頂端設有對接凹槽（12（12）），并且都設有圓形進水孔（12（13））。三、底端有地下水收集箱（12（6）），其頂部設有對接凸口（12（9））與對接凹槽（12（8）），以及凹槽與凸口中央的圓形進水孔（12（10）），并且收集箱四面設有管道（12（5））。四、對于4個管道（12（5）），其特征在于其中相鄰兩個管道口為“凸“形管道對接口（12（14）），另外兩個為“凹“形管道對接口（12（17）），并且4個對接口上都安置有橡皮圈，如圖4。

4.地下水滲透部分：地下水滲透部分是主要由地下水滲透箱組成，地下水滲透箱的材質為玻璃鋼，箱壁厚度為250mm，箱內安置有12根玻璃鋼支撐柱，以便支撐箱頂承受上方構建物。箱底的透水砂基板，厚度約為250mm。此外，地下水滲透箱的外層均有土工膜包裹。

相關說明：滲透箱頂蓋（14（1））為長方形，兩邊設有螺帽孔（14（2》，頂蓋上有長方體凸起塊，高度與螺帽孔一致，同時頂部設有6個螺帽孔（14（4）），其中兩側中央的螺帽孔對應頂蓋中央的螺帽孔，兩者對應，可以通過螺絲固定在一起。其余4個螺帽孔均設置在箱頂部四角，便于兩個滲透箱固定在一起。滲透箱外側壁（14（5））前后兩側壁設有“凸”形對接卡扣（14（6））與“凹”形對接卡扣（14（7）），用于多個滲透箱組裝在一起。所述的“凸“形對接卡扣（14（6））與“凹”形對接卡扣（14（7）），其特征在于兩個滲水箱相組合時，后一個滲透箱通過其“凸“形對接卡扣與前一個滲透箱的“凹”形對接卡扣（14（7））相互結合在一起。滲透箱前后側壁上設有通水管口，管口類型分別為“凸”形管道接口（14（8））與“凹”形管道接口（14（10））。“凸”形管道接口（14（8））與“凹”形管道接口（14（10）），其特征在于利于兩個滲透箱相組合時，后一個滲透箱用過其“凸”形管道接口與前一個滲透箱“凹”形管道接口相互結合在一起。透水砂基板（14（9））安置于滲透箱底部凹槽，滲透箱底部安裝砂基板部分為鏤空狀，如圖5。

5.實施方法：第一，先在土層底下安置透水砂石層，安裝地下水滲透箱（14），再在外圍包裹土工膜，其次在地下水滲透箱（14）上安置地下水收集箱（12），兩者直接用相連收集箱與滲透箱的水管（13）連接，再覆蓋布麻層，放置二級過濾層的細沙，然后再一層布麻層，放置一級過濾層的碎石，安置兩次過濾層時都應建造擋土墻，對其進行固定。其次再這基礎上安置透水混凝土的路面與臺階以及土壤等植被景觀。

第二，在靠近駁岸的擋土墻一側，堆積生態磚（9），構成人工式的自然駁岸。

（二）駁岸各組成部分的功能體系：降雨時，雨水通過透水路面與土壤滲透到一、二級過濾層，再經過濾層的過濾后流進地下水收集箱中，被箱中的活性炭吸附雜志，凈化，再流進滲透箱中，最后滲透到地下水位;河水汛期時，上漲水位的水體通過第一層生態磚的透水孔輸送進管道達到過濾層，進行之前的過濾收集過程;當水位沒過駁岸時，淹沒駁岸透水磚路面的水體將滲透進一、二級過濾層，進行過濾收集。

（三）生態駁岸的植物種植設計：地下水過濾收集技術應用于生態駁岸設計，水生植物的選擇也是關鍵。生態駁岸應注重水生植物的對于水體修復的措施，以生態磚堆疊的階梯式生態駁岸形成的岸棲生物棲息環境為基礎，種植符合水體凈化過濾，固堤抗洪的植被至關重要。生態磚的堆疊主要以濱水區駁岸的水深為主;首先，基于中層至底層的生態磚種植一些過濾氮磷污水的沉水植物，例如：澤瀉科、金魚藻科、小二仙藻科等科屬植物。其次，基于中層至上層的生態磚種植一些過濾銅、鉛、鋅等污染金屬的挺水植物，例如：天南星科、鳶尾科、禾本科、莎草科等科屬植物。再次，可以種植些用于景觀用途的浮水植物，例如：睡蓮科與龍膽科。最后，生態駁岸上可以種植濱水的喬灌木，達到鞏固駁岸的作用。結語

隨著生態城市建設的快速發展，生態駁岸設計逐漸受到重視，不僅要求駁岸景觀的美觀，還要注重發揮其生態功能。伴隨著“海綿城市”的不斷提倡，將地下水過濾收集技術應用于生態駁岸設計，不僅能夠有效保障駁岸的安全性和穩定性，還能最有效化地發揮駁岸在涵養水源、過濾收集水分等方面的積極作用，體現駁岸的美觀及實際的應用價值，具有積極的現實推廣意義。

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