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北京琉璃河湿地 ——以水动力为基础的设计

时间:2017-03-26 23:09:29 点击:903

??来源:a+a《建筑知识》杂志


一、基础分析


1. 区位分析


该湿地公园位于北京市房山区琉璃河镇。琉璃河镇位于房山区东南部,是北京市的西南大门,镇域东西长约19.9km,南北宽约8.7km,距北京市区38km,距区政府17km,2012年被国家发改委确定为全国发展改革试点小城镇。琉璃河湿地项目是北京市“十二五”期间重点建设的10座市级湿地公园之一(图1)。


△ 图1


2. 城市规划发展分析


琉璃河镇与首都新航城距离16km。良好的区位条件,方便发达的交通使琉璃河镇成为新航城的休闲花园,成为生态观光、文化休闲、旅游度假、健康养生和商贸商务等的产业集聚区。湿地公园的建设将大大提升现有的城镇生态环境品质,对推动琉璃河镇的发展具有重要的意义。


3. 湿地内现状情况分析


1)场地现状

湿地公园位于大石河琉璃河镇段,是典型的河滩湿地。湿地区域总面积为528.28hm 2?。规划区内有线状主河道、大量藕塘和农田。其中现状荷田面积约191hm?2?,麦田面积约148hm?2?,林地面积约3.34hm?2?,现状河道面积约为82hm?2?。


2)生态基底状况

生态基质脆弱,相对单一,缺乏多样性。

3)场地地形

场地地形起伏不大,为冲击堆积地形,两岸地层分布变化大,主河道高程25~26m,低于两侧河床2~4m。藕塘和麦田分布在主河道两侧台地上约28m左右(图3)。


△ 图3


4)防洪现状

现状防洪堤为20年一遇标准,堤顶高于两侧地面平均高度约3.5m,现状基本良好,坡面局部缺少植被覆盖,易水土流失。


二、水质、水量、水动力及水环境挑战水质、水量、水动力及水环境是本次规划设计面临的挑战。


1. 水量

河道现有水量严重匮乏,且没有合理的补充方式。湿地公园的建设要有水动力支持,水量协调问题亟需解决。通过分析,由于琉璃河上游连年水库调水,下游几乎断流,现状水多为附近村镇排放的生活污水。下游各支流只有在雨季才有雨水汇入主河道。水量不稳定,水质差,水污染严重。


2. 水质

历史上的琉璃河水质良好,生态环境优美。要恢复琉璃河湿地生态面貌,首先就要改善水质。河道现有水质情况恶劣,水质均为劣Ⅴ类水。未来通过协调能够就近利用的水源只有上游污水处理厂的中水。如何通过生态措施提升河水水质是本次规划的难点。


3. 水动力

规划湿地总长度为10.3k m,高差仅10.4m,坡降比为0.1%,刚好满足湿地建设对于最小坡度的要求。水动力是琉璃河湿地利用自流系统实现净化的关键因素。


4. 水环境

现有场地杂乱,环境品质感差,有待优化。


三、湿地建设的策略


琉璃河湿地构建策略主要包括以下几个方面:


1. 重建自然机制

运用生态工程等措施模拟并重建自然机制,发挥自然对水体的自净化作用,从而可持续化的提升水质。


2. 低维护生态基础设施

打造关键性生态空间格局,运用自然生态低维护甚至于免维护的建设设施使城镇和居民获得可持续的自然服务。


3. 发掘文化,助力城市发展

深入挖掘当地特色历史文化,注重遗址保护与合理开发,以文化特色增加城市吸引力,推动城市发展。


4.“三位一体”水管理理念

贯彻三位一体的思想理念,即通过雨洪管理、水生态治理、水景观打造建设以及修复优美的水系自净化系统和水生态系统,实现水系的防洪防旱安全、水质安全和流域水资源安全。


△ 图4


四、湿地设计


湿地规划设计共分为三部分:湿地规划—生态构建—景观规划。


1. 湿地规划的目标、原理和要素


1)湿地规划目标

以水动力为基础及水质为目标,打造自然湿地与修复河道水系的自然净化功能,实现自然湿地的景观格局和生物多样性,全面提升琉璃河镇的生态宜居及旅游的品质。


2)规划原理

湿地自净化系统污染削减的四大构成要素:沉淀、土壤、微生物和植物。湿地空间格局五大构成:岛屿、坑塘、沟渠、挺水植物和沉水植物(图4)。


3)规划要素

琉璃河湿地规划充分发挥自净化系统的四大要素(河床空间改造、富氧曝气、微生物修复和湿地植物),将其落实在空间格局的五大构成上,构建由坑塘、沉水植物、沟渠、岛屿、挺水植物和荷塘构建的湿地系统,建立自然净化的机制(图5)。


△ 图5


五、湿地设计的生态构建


湿地规划设计的第二部分为生态构建的三大方面:生态治理、自净化系统和栖息地构建。


1. 生态治理


包含治污工程、水量及削减率和生态驳岸。


1)治污工程

实现“污水入管,雨水净化,清水还河”。主要是截污工程,采取工程措施,拦截进入湿地的污染。湿地范围内主要污染来源有支流汇水、周边雨洪排水和河堤内农田污染等。针对支流污染,建议在支流河道内建立自净化系统,在进入主河道前通过河流自净化进行污染削减;针对周边雨洪季节排水,在排涝闸附近建立湿地过滤系统,使雨水在进入河道之前得到过滤净化;农业面源污染和防洪堤坡面水土流失则通过主河道两侧的三道防线“林灌—草沟—湿地”进行防护。


△ 图6


2)水量及削减率

为了能够获得稳定的水源,规划最终选取周边污水厂的中水作为水源,其中城关镇污水处理厂日引水1.7万m 3 /天,水质为Ⅴ类(提标后可实现Ⅳ类水)。琉璃河镇污水处理厂日引水0.5万m3?/天,水质为五类(提标后可实现Ⅳ类水)。


水源水质差,为了保证关键景观节点水质达到Ⅳ类,整体上湿地设计采用了“分段削减,逐步实现水质目标”的管理策略(图6)。通过严谨的水质削减估算,不同分段水质削减目标对应相应的湿地面积和净化措施。


湿地设计与景观规划相结合,水质目标设定在到达C段时,实现水质净化到Ⅳ类,满足相关景观活动需求,如游船赏荷花等。


3)生态驳岸

琉璃河驳岸分为三种:现状硬质防洪堤驳岸、现状自然防洪堤岸和改造后的主河槽驳岸。


△ 图7


(1)现状硬质防洪堤驳岸

缺点:阻断了河流生态系统和陆地生态系统的联系,使河流生态系统失去稳定性,没有植被覆盖,缺乏景观效果。


主要改造措施:驳岸表面种植爬藤植物,保护防洪堤的同时起到景观美化的效果;驳岸与主河道之间设置缓冲生态沟,使进入河道的雨水得到净化;丰富堤脚植被,防止水土流失(图7)。


(2)现状自然防洪堤驳岸

缺点:植被单一,驳岸与河道之间缺乏缓冲区。


△ 图8


主要改造措施:河道弯度大、易受洪水冲刷以及堤岸不牢固的防洪堤岸使用喷浆护坡、生态袋护坡、石砌护坡和石笼护坡等方法进行生态驳岸改造,加固防洪堤;丰富自然防洪堤的驳岸植被类型,乔木、灌木和草本植物交错种植,形成驳岸植被纵向空间层级分布;驳岸与河道之间设置缓冲生态沟,使进入河道的雨水得到净化(图8)。


(3)改造后的主河槽驳岸

缺点:土壤裸露,缺乏植被覆盖。


△ 图9


主要改造措施:驳岸由林带、草本植物和生态缓冲沟三层结构构成;林带由乔木、灌木和草本植物交错种植,形成驳岸植被纵向空间层级分布;河水经过林、草和沟三层净化,保障进入湿地之前水质得到有效提升(图9)。


2. 自净化系统构建


自净化系统构建主要通过地形空间改造、富氧曝气设计、原微生物生态修复和湿地植物系统构建。


△ 图10


1)地形空间改造

充分尊重自然,恢复自然,按照自然河流形态,尽可能恢复自然河流的功能,最大限度地削减污染,建立河流生态系统。自然河流的典型空间特征是——曲折蜿蜒的水面以及其产生的河湾、江滩、跌水、深潭及主流、支流等多种多样的空间形态(图10)。


规划湿地公园中主要使用坑塘净化系统来进行水质净化。采用的主要理念:通过增加面流与河床底部的褶皱,加大水体与土壤的接触面积,有助于污染物的沉淀,提升河流水动力。丰富植物及微生物生长环境,从而提高污染物削减效率,使水质环境得到明显改善。坑塘带和挺水植物带交替的湿地格局,使污水得到反复的沉淀和吸收净化,提高水质净化的效率(图11)。


△ 图11


坑塘带:以沉淀为主要功能,设计水深是0.6?0.9m,单元面积约3.3hm 2 ,结构组成是坑塘面积70%、浅水区20%、岛屿10%, 植物配置是挺水植物45%和沉水植物55%,作用是沉淀并增加水体与土壤和植物的接触面积,提升水动力,丰富微生物生境。


挺水植物带:以植物吸收污染削减为主要功能,设计水深约0.2m,单元面积约3.3hm?2 ,结构组成是坑塘20%、浅水区70%以及岛屿10%,植物配置是挺水植物85%和沉水植物15%,主要作用是拦截过滤部分水体污染物,植物吸收水体污染物。


2)富氧曝气设计

结合河道行洪安全考虑主要采用跌水堰的形式。跌水堰设计高度为0.5m、宽度为1m,将水面蓄积,增大水域面积,并配合沉水和挺水植物的种植,提高水体与植物的接触面积。主要设置在主河道平缓区段,避免设计在河道转弯处,影响行洪(图12)。


△ 图12


3)原位微生物生态修复

原位微生物激活素投放可以有效激活本地物种的快速生长,形成丰富的本地生物种群。原位微生物激活素生态修复技术优势:微生物的原位选择性激活;自净系统的构建;净化见效快,效果持续;全方位整体修复;植物促生作用;适用范围广,综合成本低。


4)湿地植被系统

植物层面:对污染物进行有效吸收和降解,起到净化作用,挺水植物适用于水深0?1.5m的河流区域,沉水植物适用于水深1?2m的河流区域。


植物选种原则:选择本地种植物种或适宜当地气候条件的物种;选择自净化能力强的植物物种; 合理配置乔木、灌木、挺水和沉水植物的比例,以多类型的湿地群落组合凸显湿地景观特征。


主要植物种类有:

挺水植物主要为芦苇、风车草、花叶芦竹、美人蕉、鸢尾和荷花,沉水植物主要为金鱼藻、苦草和菹草。


3. 栖息地构建


1)通过对湿地的生态保育和生态修复、森林的规划和养育,营造适于多种生物生存的栖息地生境,丰富生物种类,形成稳定的金字塔式生态体系。


2)栖息地的营造原则

为候鸟等有迁徙行为的动物提供休憩及繁衍的场所;适宜动物生存,为动物提供完整的捕食生物链;提供不同形态的栖息地,适应动物多样化的栖息地需求;为动物短距离迁徙提供生态廊道。


3)陆地生物栖息地构建


(1)营造多层次结构的森林生境

按照自然生态学的规律,采用乔、灌和草的有机结合,同时提高植物物种多样性,为野生动物提供良好的隐蔽场所,改善繁殖条件;提供充足的食物,重建食物链,适当种植如金银木、君迁子、柿树、海棠和核桃等食源植物,为动物提供食源;提供休憩空间,如设置人工洞穴、人工鸟巢和森林小木屋等,为动物提供休憩场所。


(2)湿地生物栖息地构建

水深控制:涉禽主要在浅水区觅食,应在岸际设置相当比例的水深为10?23c m的浅水区。游禽主要在水深50?200cm的水域栖息、活动,在30cm以内的浅水区觅食。流速和水位变化控制:觅食地和栖息地水流速度宜缓,尤其是筑巢期和繁殖期,在4月-7月的筑巢期,水位涨落幅度在10?30cm为宜。


设置安全岛(湿地岛和泥滩地):在水面中央可设置不同大小供鸟类栖息的安全岛,提供隐蔽的繁殖或栖息场所。安全岛留有裸露泥涂、种植芦苇等水生植物及少量灌木丛。


人为干扰控制: 园路和建筑尽量远离鸟类栖息地,采用掩体观鸟和高台观鸟等方式平衡鸟类安全和观鸟距离之间的矛盾。主动招鸟的措施:人工投食和游禽停歇台。


△ 图13


(3)水生生物栖息地构建


a. 丰富水生植物

净化湿地除了种植莲花,还应种植芦苇、香蒲、风车草等挺水植物以及金鱼藻等沉水植物,丰富水生植物类型和空间分布,为鱼类提供自然、安全和丰富的栖息生境。


b. 增加遮蔽物

为鱼类等水生动物以及两栖类动物提供栖息、繁衍和避难的场所。主要形式有:亲水平台、人工植物浮岛和设置鱼巢(主要在坡脚及水下坡面上处)


c. 增加砾石群

创造多样性特征的水深、底质和流速条件,增加水生动物栖息地多样性。


d. 生态护岸

种植水生植物为鱼类和浮游生物提供食物和栖息环境,并净化水质。


e. 投放适量鱼苗。


六、景观规划


规划梳理拓宽现有河道,充分利用现有耕地及植物,将种植与《诗经》原描述的景象相结合,打造独特的燕都湿地特色植物景观,“借千年圣聚燕都城,创十里圣水琉璃河”再现三千年前燕都景观风貌(图13)。


项目引自:江苏凤凰科学技术出版社《加Q免费领红包城市设计: 理念、技术、案例》




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