融合濱水空間設(shè)計(jì)的城市防洪工程設(shè)計(jì)理念及實(shí)踐

李媛媛，侯貴兵，王英杰

(中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610)

中國城市大多緣水而興，水直接影響著城市興衰，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化傳承、防洪除澇、景觀營造等方面也起著非常重要的作用。然而，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模急劇擴(kuò)大，人口急劇增加，城市洪澇風(fēng)險(xiǎn)不斷加重，傳統(tǒng)的濱水城市防洪工程設(shè)計(jì)一般依托所在流域控制性防洪水庫對洪水的調(diào)節(jié)作用，不斷加高加固城市外圍堤防，確保防洪安全的同時(shí)帶來的弊端是在城市外圍形成“圍城”，不但影響城市景觀，而且阻隔了城市和水之間的生態(tài)廊道。

隨著人民群眾生活水平的提高，對城市美好生態(tài)環(huán)境的訴求也越來越迫切，黨的十八大以后對城市建設(shè)發(fā)展也提出了新要求：保障水安全的基礎(chǔ)上，優(yōu)化人居環(huán)境、提升城市形象。針對傳統(tǒng)城市防洪工程設(shè)計(jì)在城市外圍“圍城”，進(jìn)而導(dǎo)致城水隔絕等方面的弊端，本研究旨在探索一種融合城市濱水空間設(shè)計(jì)的城市防洪工程設(shè)計(jì)理念，為城水和諧共生、城市綠色、可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 國內(nèi)外城市防洪工程建設(shè)研究現(xiàn)狀及問題

1.1 國內(nèi)外城市防洪工程建設(shè)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代，西方國家在經(jīng)歷100多年河流大規(guī)模開發(fā)利用及工程建設(shè)之后逐步轉(zhuǎn)向河流保護(hù)，河流治理重點(diǎn)為污水處理和河流水質(zhì)保護(hù)，進(jìn)入90年代，進(jìn)一步拓展到河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。如德國早在20世紀(jì)30年代就開始關(guān)注河流開發(fā)利用工程建設(shè)的負(fù)面影響，并于20世紀(jì)50年代創(chuàng)立了近自然河道治理工程學(xué)，為20世紀(jì)80～90年代萊茵河、伊薩河等治理修復(fù)提供了理論指導(dǎo)，也為2000年《歐盟水框架指令》的出臺奠定了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代以來，日本開展了豐富多樣的多自然型河流整治，如在太田川所有18處攔河設(shè)施上加設(shè)魚道，恢復(fù)河流連續(xù)性；在千曲川、加勢川、多摩川采取開挖河道、改造裁彎取直的舊河道、人造河床水坑等措施，營造生物生存新空間[1]。總體看來，西方國家在經(jīng)歷了水利工程大開發(fā)之后，于20世紀(jì)90年代開始進(jìn)入生態(tài)水利工程建設(shè)的蓬勃發(fā)展期。

國內(nèi)城市防洪目前總體仍處于工程開發(fā)建設(shè)階段，城市防洪工程的建設(shè)多以水利部門為主導(dǎo)，堤防型式以傳統(tǒng)剛性堤防為主。20世紀(jì)以來，國內(nèi)在生態(tài)堤防這一領(lǐng)域開始涌現(xiàn)大量理論研究和實(shí)踐探索，徐東來[2]認(rèn)為，傳統(tǒng)堤防建設(shè)無法滿足可持續(xù)發(fā)展的需求，容易造成生態(tài)系統(tǒng)的崩潰以及水資源的枯竭，并提出了生態(tài)堤防的全新工程設(shè)計(jì)概念；朱三華等[3]、葉偉娟[4]提出，堤防斷面型式設(shè)計(jì)既要考慮河道生態(tài)又應(yīng)與自然景觀融為一體，提出了生態(tài)堤防工程的典型斷面設(shè)計(jì)，并因地制宜地應(yīng)用于廣州生物島和浙江龍泉溪，較好地統(tǒng)籌了防洪安全和生態(tài)安全；于琦[5]系統(tǒng)介紹了生態(tài)水利工程的內(nèi)涵，闡述了生態(tài)堤防的設(shè)計(jì)原則，提出了生態(tài)堤防設(shè)計(jì)在堤線布置、堤型選擇、河流斷面設(shè)計(jì)、防護(hù)岸設(shè)計(jì)和周邊景觀設(shè)計(jì)等方面的要點(diǎn)。

1.2 存在的問題

長期以來，國內(nèi)濱水城市防洪工程設(shè)計(jì)一般依托所在流域控制性防洪樞紐對洪水的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)不斷加高加固城市外圍堤防。傳統(tǒng)堤防設(shè)計(jì)大多強(qiáng)調(diào)河道自身的治理，多采取加固加高堤岸、裁彎取直等工程措施，傳統(tǒng)堤防建設(shè)在一定時(shí)期內(nèi)帶來了巨大的防洪減災(zāi)效益，極大促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但同時(shí)也極大地改變了部分河道的天然結(jié)構(gòu)和功能，一定程度上違背了河流自然演變規(guī)律，在河流自然生態(tài)、水生動(dòng)植物的生存繁殖、人文休閑娛樂、拓寬城市空間或提升城市品位等綜合功能方面也較少體現(xiàn)。

近年來，相關(guān)研究人員提出了生態(tài)堤防的相關(guān)概念和設(shè)計(jì)思路，生態(tài)堤防設(shè)計(jì)較傳統(tǒng)剛性堤防設(shè)計(jì)有了長足的進(jìn)步，但仍局限在改進(jìn)堤防斷面型式、適當(dāng)結(jié)合綠化園林設(shè)計(jì)的階段，設(shè)計(jì)思路仍然以傳統(tǒng)水利為主，尚未統(tǒng)籌和集成城市規(guī)劃、水利、環(huán)境保護(hù)、建筑等多部門多學(xué)科，從而實(shí)現(xiàn)堤防所在濱水空間的整體改造和提升，不能稱之為真正意義上的生態(tài)堤防。

2 融合濱水空間設(shè)計(jì)的城市生態(tài)堤防設(shè)計(jì)

針對長期以來城市防洪工程設(shè)計(jì)存在的問題，本文旨在探索一種全新的城市防洪工程設(shè)計(jì)思路—融合濱水空間整體化設(shè)計(jì)的城市生態(tài)堤防，將城市防洪作為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌和集成城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境、水利工程、園林景觀、給排水、建筑美學(xué)等多領(lǐng)域，做到城水相融，人水相依，提升城市濱水景觀品質(zhì)。

與傳統(tǒng)堤防設(shè)計(jì)相比，融合濱水空間整體化設(shè)計(jì)的生態(tài)堤防設(shè)計(jì)的主要目的是在保障防洪安全的前提下，打破城市與水之間的生態(tài)阻隔，實(shí)現(xiàn)人水和諧，其設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)系統(tǒng)治水思路，多層次、全過程、全系統(tǒng)治理[6]，還城市濱水岸線以自然空間，并與城市功能有機(jī)結(jié)合。多層次治理，體現(xiàn)在從流域、區(qū)域、河道等多層次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)綜合治理；全過程治理，體現(xiàn)在源頭減排、過程控制、末端修復(fù)等全過程控制，改善水生態(tài)環(huán)境；全系統(tǒng)治理，體現(xiàn)在統(tǒng)籌河流、土地利用規(guī)劃、生態(tài)系統(tǒng)、建筑景觀等，旨在將水系治理，城市建設(shè)和土地資源開發(fā)利用有機(jī)結(jié)合。

結(jié)合國內(nèi)濱水城市生態(tài)堤防設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，總結(jié)其關(guān)鍵技術(shù)集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是對區(qū)域水系的系統(tǒng)治理，可因勢利導(dǎo)改善區(qū)域水系連通狀況，疏通行洪通道，維系蓄滯空間，提高防洪能力；同時(shí)，加速水體流動(dòng)，增強(qiáng)自凈能力，提高水系健康保障能力，改善水生態(tài)環(huán)境；二是采取有效措施降低生態(tài)堤防堤頂高程，將傳統(tǒng)抵御洪水轉(zhuǎn)變?yōu)橄{、調(diào)蓄洪水，適宜的堤頂設(shè)計(jì)高程對打破城市與水系的生態(tài)阻隔至關(guān)重要；三是對城市濱水空間整體化設(shè)計(jì)，可結(jié)合區(qū)域相關(guān)控規(guī)，統(tǒng)籌和集成城市規(guī)劃、園林建筑等多部門多學(xué)科，因地制宜打造濱水特色功能區(qū)。

本文以地處珠江三角洲北緣、瀕臨南海的廣州市南沙區(qū)萬頃沙聯(lián)圍某堤段的融合濱水空間的生態(tài)堤防設(shè)計(jì)為案例，詳細(xì)介紹該區(qū)域以打造兼具城市公共服務(wù)功能的綠色濱水空間為目標(biāo)，將區(qū)域水系充分連通，并因地制宜建造濕地公園作為城市雨洪凈化系統(tǒng)，形成健康水生態(tài)；綠色柔性生態(tài)堤防充分利用天然消浪設(shè)施降低堤頂高程，建立可靠水安全；依托豐富濱水資源，并充分與區(qū)域規(guī)劃銜接，打造人水共享、豐富多樣的濱水空間，最終實(shí)現(xiàn)城水共融。該案例的設(shè)計(jì)集中體現(xiàn)了生態(tài)堤防設(shè)計(jì)的系統(tǒng)治理思路。

3 區(qū)域基本情況及存在問題

3.1 基本情況

廣州市南沙區(qū)萬頃沙聯(lián)圍某堤段處于珠江三角洲水系上橫瀝水道、鳧洲水道、下橫瀝水道、蕉門水道、龍穴南水道五水匯聚之處，區(qū)位優(yōu)勢明顯。該濱水空間位于南沙新區(qū)規(guī)劃的明珠灣核心區(qū)四大組團(tuán)之一，規(guī)劃定位以粵港澳深化合作綜合功能為主，以“嶺南智慧水城，南海魅力灣區(qū)”作為建設(shè)主題，依托現(xiàn)有環(huán)境資源，塑造宜居、宜業(yè)、創(chuàng)意、活力、和諧的濱海生態(tài)新城形象。

珠江三角洲現(xiàn)狀防洪潮體系由流域上游控制性防洪水庫、蓄滯洪區(qū)及下游三角洲堤防組成，該堤段現(xiàn)狀防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，隨著區(qū)域城市定位的提升，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，該區(qū)域防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃為200年一遇。

3.2 存在問題

該堤段現(xiàn)狀防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)低，不適應(yīng)未來城市對防洪安全的需求。該堤段長約8.86 km，現(xiàn)狀防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，堤頂路面高程8～9 m，防浪墻高0.6～0.7 m。根據(jù)區(qū)域附近潮位資料統(tǒng)計(jì)，多年平均高潮位為5.68 m，50年一遇年最高潮位為7.94 m，200年一遇年最高潮位為8.36 m。可見，現(xiàn)狀堤防并不足以抵御50年乃至200年一遇設(shè)計(jì)高潮位。結(jié)合區(qū)域規(guī)劃發(fā)展定位和未來城市建設(shè)規(guī)劃布局，工程所在區(qū)域規(guī)劃防洪潮標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，顯然，現(xiàn)狀堤防標(biāo)準(zhǔn)偏低，不能滿足現(xiàn)狀和未來區(qū)域建設(shè)發(fā)展對防洪潮的要求。

現(xiàn)狀堤防結(jié)構(gòu)型式不夠美觀，難以適應(yīng)未來城市發(fā)展對生態(tài)景觀的要求。現(xiàn)狀堤防堤身斷面為傳統(tǒng)的直立式或斜坡式結(jié)構(gòu)，多采用漿砌石或干砌石護(hù)岸，樣式生硬呆板，缺乏美感及親水性，難以適應(yīng)未來城市發(fā)展對生態(tài)景觀的要求。

堤防周邊現(xiàn)狀觀感不利于片區(qū)規(guī)劃功能的實(shí)現(xiàn)，難以匹配區(qū)域規(guī)劃定位高度。區(qū)域現(xiàn)狀用地以魚塘、農(nóng)田和散落村鎮(zhèn)為主，現(xiàn)有水系較發(fā)達(dá)但水動(dòng)力循環(huán)不足，整體而言，現(xiàn)狀生態(tài)景觀不利于片區(qū)規(guī)劃功能的實(shí)現(xiàn)，難以匹配區(qū)域高端功能集聚的規(guī)劃功能定位。

4 設(shè)計(jì)方案

針對該區(qū)域現(xiàn)狀防洪潮標(biāo)準(zhǔn)偏低、周邊現(xiàn)狀不利于片區(qū)規(guī)劃功能實(shí)現(xiàn)，難以匹配區(qū)域規(guī)劃定位高度等問題，同時(shí)結(jié)合該區(qū)域現(xiàn)狀水系發(fā)達(dá)、區(qū)位優(yōu)勢明顯及規(guī)劃定位等因素，確定區(qū)域的設(shè)計(jì)思路以打造兼具城市公共服務(wù)功能的綠色濱水空間為目標(biāo)，總體設(shè)計(jì)布局包括區(qū)域水系連通改造、綠色柔性生態(tài)堤防設(shè)計(jì)、人水共享濱水空間設(shè)計(jì)。

4.1 水系連通

考慮到聯(lián)圍內(nèi)現(xiàn)有河涌出口均有水閘擋潮，水動(dòng)力循環(huán)不足，依托現(xiàn)有的橫向8條河涌的水系格局，緊鄰堤防開挖一條縱向的水系連通形成水網(wǎng)，在遭遇外江高潮位，水閘關(guān)閉期間也能保障內(nèi)部河涌充分循環(huán)流通，增強(qiáng)水動(dòng)力條件，改善水環(huán)境(圖1)。

圖1 區(qū)域水系聯(lián)通平面示意

為盡量減少城市建設(shè)對現(xiàn)狀的擾動(dòng)，利用圍內(nèi)魚塘和低洼地打造城市生態(tài)濕地公園，增加城市公共游憩空間，形成區(qū)域生物棲息地，與堤防外側(cè)灘涂濕地形成生態(tài)廊道系統(tǒng)，同時(shí)與區(qū)域所處的三角洲五水匯聚相呼應(yīng)，形成獨(dú)一無二的嶺南水鄉(xiāng)城市意境。同時(shí)，區(qū)域內(nèi)城市雨水經(jīng)過濾和凈化后外排入連通水體，水質(zhì)經(jīng)濕地公園等內(nèi)部循環(huán)凈化，形成水生態(tài)凈化系統(tǒng)，具有多重生態(tài)效益。

此外，連通水系和濕地空間可以作為調(diào)蓄庫容，滯蓄城市雨洪和堤防越浪量。水系和濕地的開挖方量可作為生態(tài)堤的填筑材料，實(shí)現(xiàn)土方平衡，減少土方外購成本。

4.2 綠色柔性生態(tài)堤防

傳統(tǒng)堤防的設(shè)計(jì)以安全為核心，故堤防高程需考慮設(shè)計(jì)洪潮水位、波浪爬高和安全超高等要素，往往堤頂高程遠(yuǎn)高出后方平原保護(hù)區(qū)高程，形成堤防“圍城”效應(yīng)，濱水景觀效應(yīng)較差，同時(shí)隔斷了城市與水系的生態(tài)廊道連續(xù)性。生態(tài)堤防將傳統(tǒng)抵御洪水轉(zhuǎn)變?yōu)橄{、調(diào)蓄洪水，由傳統(tǒng)的剛性對抗洪潮水到剛?cè)嵯酀?jì)、城水和諧共生。

4.2.1堤頂高程

根據(jù)水文分析成果，工程所在區(qū)域主要受珠江河口潮汐影響，200年一遇設(shè)計(jì)潮位采用工程附近南沙潮位站(站點(diǎn)與工程直線距離僅300 m)設(shè)計(jì)潮位成果8.37 m，若按照傳統(tǒng)堤防堤頂高程設(shè)計(jì)，還需考慮波浪爬高和安全超高，堤頂高程將達(dá)到9.9～10.6 m，即需要在現(xiàn)狀堤頂高程基礎(chǔ)上再加高1.0～1.5 m。

為避免“堤防圍城“效應(yīng)，更好貫徹“綠色柔性堤防”的理念，充分考慮該堤段堤防外側(cè)現(xiàn)狀分布有50～300 m寬的灘涂，且大量種植樹林的實(shí)際情況，經(jīng)過反復(fù)論證和大量分析計(jì)算，最終提出灘涂植被消浪、拋石子堤消浪，堤后聯(lián)通水網(wǎng)消納越浪量，3種措施可有效降低堤頂高程。經(jīng)數(shù)學(xué)模型分析計(jì)算，堤外灘涂植被消浪可有效降低堤頂高程1.3～1.5 m,結(jié)合局部拋石子堤消浪、堤后水系消納越浪量，最終該堤段生態(tài)堤防200年一遇堤頂高程為8.9 m，可維持現(xiàn)狀堤頂高程不加高，比傳統(tǒng)海堤堤頂設(shè)計(jì)高程降低1.0～1.5 m。該段生態(tài)堤防堤頂高程的設(shè)計(jì)，在保證防洪(潮)安全的前提下，減少了傳統(tǒng)海堤對城市和海洋生態(tài)廊道的阻隔，較好地實(shí)現(xiàn)生態(tài)堤防的綜合效應(yīng)。

為使堤外灘涂植被消浪效果達(dá)到預(yù)期，切實(shí)保證堤防達(dá)到200年一遇設(shè)計(jì)防洪潮能力，經(jīng)分析計(jì)算，植被林帶寬度須不小于85 m，林木主干平均半徑須大于0.1 m，林木成等邊三角形交錯(cuò)排列株距和行距分別小于4.8 m和4.2 m。生態(tài)堤防平面示意見圖1、2。

4.2.2堤防斷面型式

堤防斷面形式可采用混合式斷面結(jié)構(gòu)和自然式斷面結(jié)構(gòu)，改變傳統(tǒng)海堤迎水面為垂直面的弊端(圖3、4)，采用階梯式迎水?dāng)嗝妫陔A梯上種植適應(yīng)不同水位生長的植被，每年的洪潮水為迎水面階梯帶來充足的沙土和養(yǎng)分，植物能自然地繁衍和生長。堤頂?shù)缆房蔀閮杉墸谝患壍缆肺挥诘添敚瑢挾葹? m，二級道路結(jié)合堤后景觀道路布置，寬度不小于4 m，兩級道路共同發(fā)揮防汛搶險(xiǎn)、親水平臺以及景觀步道等的作用，改變傳統(tǒng)海堤堤頂布置雙向8 m寬防汛道路由于體量大從而填方量大，交通限制因素多、生物廊道割裂和城水空間阻隔的弊端。

圖2 生態(tài)堤防平面示意

圖3 生態(tài)堤防典型平面示意

圖4 生態(tài)堤防斷面示意圖

4.3 人水共享濱水空間設(shè)計(jì)

以聯(lián)通水系和綠色柔性生態(tài)堤防為肌理，濱水空間規(guī)劃設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將區(qū)域拓展成兼具城市公共服務(wù)空間屬性的綠色濱水空間，最終實(shí)現(xiàn)區(qū)域城市價(jià)值的提升，構(gòu)建以生態(tài)、智慧和休閑為特色的國際化濱海新城。結(jié)合區(qū)域相關(guān)規(guī)劃，因地制宜打造濕地公園、紅樹林保護(hù)區(qū)、游船碼頭區(qū)、粵港深度合作香港工業(yè)園等特色功能區(qū)。

整合堤段北部現(xiàn)狀的魚塘資源，將其改造成集生態(tài)、休閑觀光的大型濕地公園。整體景觀風(fēng)貌保持原生、野趣的特色，應(yīng)展現(xiàn)水鄉(xiāng)、水街、水巷的詩意棲居的生活風(fēng)貌，突出重點(diǎn)濕地景觀，避免建造面積過大的景觀節(jié)點(diǎn)；充分利用和保護(hù)區(qū)域豐富的紅樹林濕地資源，通過建造親水木棧道、林間散步小徑、綠化提升等優(yōu)化紅樹林濱海濕地保護(hù)區(qū)；配合區(qū)域規(guī)劃的跨海大橋、游船碼頭等，規(guī)劃設(shè)置商業(yè)廣場、游船碼頭廣場、戶外音樂舞臺等娛樂空間，為濱海空間注入持久活力；堤段最南端營造服務(wù)于周邊居住社區(qū)(區(qū)域規(guī)劃有國際水鄉(xiāng)社區(qū))的農(nóng)業(yè)觀光帶，配套運(yùn)動(dòng)場地、自行車道以及生態(tài)濕地等基礎(chǔ)設(shè)施，改造部分農(nóng)田，供周邊居民體驗(yàn)耕作樂趣，旨在提供社區(qū)交流活動(dòng)和生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光的綠色休閑場所。

圖5 濱水空間規(guī)劃設(shè)計(jì)方案示意

5 結(jié)語

國內(nèi)外城市防洪建設(shè)大體都經(jīng)歷了從“重視安全保障”到“全面構(gòu)建復(fù)合功能”的轉(zhuǎn)變，融合城市濱水空間整體設(shè)計(jì)的城市防洪工程設(shè)計(jì)理念在這一發(fā)展背景下應(yīng)運(yùn)而生，以城市防洪為基礎(chǔ)，統(tǒng)籌和集成城市規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境、水利工程、園林景觀、給排水、建筑美學(xué)多領(lǐng)域，做到城水相融，人水相依，提升城市濱水景觀品質(zhì)，對新時(shí)代城市建設(shè)和水利發(fā)展具有一定的導(dǎo)向意義。同時(shí)，該設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了多層次、全過程、全系統(tǒng)的治水思路，是一門綜合性較高的新興科學(xué)技術(shù)，還將不斷在理論和實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新。