城市湿地水环境修复
城市湿地水环境生态修复是以城市湿地公园中的水系作为对象,综合考虑场地自然条件、水系现状以及湿地总体规划等条件,通过对地形的改造设计、水系的布局、水质量的保障措施以及驳岸设计来完成的,是保证城市湿地达成良好生态修复效果的基础之一,分为以下四点进行展开。
1.地形改造设计
(1)基底的改造
在进行城市湿地生态修复工程之前,要对城市湿地基地范围内水文特征、地形地貌、土壤状况、原有生物资源进行详细的调查搜集数据,经过分析对比后,在充足的前期分析研究后结合湿地的特点进行地形的改造设计。在进行地形改造之前,应充分考虑湿地的基底环境,即湿地动植物的生长繁殖的场所,根据基底本体不同的属性类型,主要分为以下三点进行探讨:
1)陆地区域类型:陆地区域常见类型包括丘陵、缓坡、平原地等,在进行设计过程中要以自然改造为主,避免过多的地形堆砌,对地形坡度也不能过度改造,要在原有地形基础上,根据城市湿地规划与修复目标进行改造,其坡度不能大于土壤等自然安息角。其场地内部的地形改造要实现互补,在改造过程中产生的土方,可以挖填在场地内部其他区域,使城市湿地内部达到自然和谐,在色调上达到统一,还减少了改造的经济成本。
2)湿地区域类型:湿地区域地势多较为平坦,或为低洼,高差较小且容易积水,在对湿地进行改造时,要根据其基底特有情况,并结合城市湿地所在地的降雨量以及由不同的降雨量导致不同的常水位,故根据降雨量的不同可将基底类型分为短暂性水淹基底、季节性水淹基底、半永久水淹基底以及永久性水淹基底。针对永久性水淹基底,可通过坡面整地、堆土作垄、侧引沟渠等手段来达到排水的目的,从而改善水生植物生长的立地条件;对于短暂性水淹基底,则可通过加高泥筑、堆石砌土等手段增加保留水量,同时达到滋养水生植物的效果。湿地基底的形态多种多样,常见的形态为“锅底式”,这种形态单一固定,其水下空间模式也很单一。在城市湿地基底改造过程中,要将单一的“锅底式”调整为多变的“凹凸式”,复杂的基底环境以及变换的高差水位更加有利于湿地水生植物的生长,同时也更利于湿地动物的栖息地构筑。
与此同时,城市湿地基底的改造设计还需考虑到水生植物的生长条件限制,要保证基底改造后,其植物在生长繁殖时,在合适的氧气条件下,其植物根系长度能够达到最大水深,能够使水生植物在改造后的基底环境下更好地生长繁殖,长时间正常地与基底接触且健康稳定地生长。通过设计手段完善基底形态,能够使湿地环境更有利于动植物生长。
3)水陆过渡区域类型:水陆过渡空间的地形设计应依照原有的湿地水岸进行修正或完善,增加原有水岸线的自然弯曲,使其增长了水岸线长度,可设计增加生态岛、滩涂、沙洲等地貌,适当增加浅滩,旨在营造湿地植物的生长空间和动物的栖息地,也塑造了多样性的湿地空间形态。
(2)竖向设计
竖向设计是针对场地地形改造的一种具体设计手法,能够改善生物系统地分布格局,也能营造良好的游憩空间。在湿地环境中有岛屿、曲流、浅滩、沙洲、汀洲等交替分布,多种多样的地形能够为植物以及生物的繁衍创造了有利的生存条件,同时亦可有效的削弱洪水、降低流速、蓄水涵水。
地形的设计在整个湿地规划的大尺度上来看,是保证了能够为城市湿地公园建立一个有自然生产力的基底,是湿地生态系统的长久发展的基础;在各个专项设计的小尺度上是为动物栖息空间、植物生长空间以及游人活动空间提供了可能性,使湿地生态系统的生态修复效果更具效果,是湿地生态系统良险发展的前提。
2.水系规划
水系统规划是城市湿地公园生态修复的最重要步骤,一般来说,水体在湿地公园的面积占道50%以上,著名湿地专家周建东对湿地公园水系规划中指出:城市湿地公园水系规划首先应该师法然,营造诸如湖泊、河流、曲溪、深潭、瀑布、跌水等自然水形,通过这些水体的有机组合既构成了丰富多彩的湿地水景景观,又为湿地植被鱼类、鸟类等各种湿地生物的繁衍创造了适宜的生境,并可净化水源、蓄水涵水、削弱洪水的破坏力等;其次,各个水体之间应该构成相对独立又相互贯通的系统关系。
根据常见的理水手法,城市湿地公园水系的规划可分为集中型布局以及分散型布局,其中集中型布局水系规划是将水系作为公园的中心,形成开朗辽阔的水面环境,周边的服务设施以及服务性建筑围绕水而设立,例如哈尔滨群力湿地公园;而分散型布局水系规划是将区域范围内的水域化整为零,通过特定的设计手段以及工程举措划分为若干的水域形态,亦可根据原有场地现状内分散性的水体布局进行疏通引导,使其具备更长的岸线,更复杂的基底环境,提供给湿地生物更丰富的栖息空间,例如杭州西溪湿地公园。当然,湿地类型多种多样,水体形式也千变万化,对待湿地水系统的规划不可能完全兼顾,在规划设计之前,应紧密联系相关上位规划要求、结合城市湿地公园水系统条件,针对场地限制条件进行分析,具体问题具体分析,因地制宜,实事求是。
3.水质维持设计
水体可以说是湿地的血液,是构建生物系统长久发展的基础,因此水体的水质保障至关重要。由于不同的湿地生物对水环境的要求各有差异,在进行规划设计时,应提前调查清楚水环境的适宜度与具体水文特征等。不同的湿地要根据实际情况运用不同的手段,湿地内不同的水文及水位也要通过堤、坝、涵闸、泵站等设施分开控制,且在湿地之间通过河道、溪流等线形水体相互贯通,尽可能构成循环流动的活的水系,从而有效达到水质维持的目的。根据《中华人民共和国地表水环境质量标准(GB2828—2002)》,在湿地水环境的营造中,可将pH值、COD(化学需氧量)值等作为水质的监测指标。在具体的设计层面,可以通过以下几种手段来进行水循环规划:
(1)设立水源控制阀
在湿地进出水口设立阀门,使之成为一个人工可控的控制装置,并协调公园内外的水系分布,使之相互联通,通过水源控制阀共同作用,在不同季节、不同需求下达到不同的目的,既能保证对水位的控制,又能保证水体的定期更换,同时能够应对季节性变化带来的影响。当季节性缺水时,通过水源控制阀调动水系,湿地能够起到蓄水池的作用,保证了湿地生态系统所需水环境;在季节性汛期时,通过控制水量,湿地又能及时泄洪,起到防洪排涝的功能。也可在湿地的水域与水域之间设立小型水闸,例如香港湿地公园的小水闸既能够满足调节水位的需求,其轻巧的设计又带了美感。(https://www.daowen.com)
(2)竖向设计
利用地形设计带来的高差变化,顺应场地内自然起伏的地形变化,辅以人工动力设施,在公园的内部形成一个水循环系统,同时也提升了公园内部水系的自净化能力。例如北京奥林匹克湿地公园的层级叠水,通过人工的竖向设计手段,将自然水从高到低水层级净化,最终排入表流湿地并进一步净化;同样的,成都活水公园也采用了层级净化的模式,通过竖向设计将府南河的水引入公园内,在公园内部形成水净化措施。
(3)设置截污措施
在入水口、濒危动物栖息地或饮水场所、重要植物生长场所、游人亲水活动场地等,可设置截污过滤网,配合水质良好的补水源进行补充,能够从源头上控制污染,保证良好的水质。
(4)水生动植物净化
通过水生动植物的净化措施来进一步净化水质。在水生植物方面,可使用狐尾藻、梅花藻、马来眼子菜、黑藻、旱伞草等进行不同层次地种植;在水生动物方面,可合理搭配放养盘肠蚤属、三角帆、斑节对虾等水生品种来维持水质良好。关于植物的搭配、动物的放养或保护等在后面的章节继续深入。
4.生态驳岸设计
驳岸本身是保护河岸的构筑物,在园林工程中的定义为:建于水体边缘和陆地交界处,用工程手段加工而使其稳固,以免遭受各种自然因素和人为因素的破坏,保护风景园林中水体的设施。驳岸的生态设计涉及的内容十分广泛,国内外有亦有许多研究成果,大致将驳岸分为自然驳岸和人工驳岸,自然驳岸可划分为缓坡型驳岸以及砌块型驳岸;人工驳岸又可划分为垂直驳岸、缓坡驳岸、阶梯驳岸、带平台的驳岸以及复合型驳岸。原则上来说,在城市湿地中,通过驳岸的设计来达成生态修复的效果,应首选生态驳岸的处理方式,减少或不用传统的混凝土以及砖石块结构,即尽量避免驳岸硬质化,其最主要原因在于硬质驳岸易破坏湿地本身带来的渗透、过滤、净化、养育等功能。在城市湿地生态修复工程中,驳岸的设计也是一个重点内容,通过对国内外研究成果以及不同案例的对比分析,结合城市湿地及其驳岸的功能和特点,城市湿地生态驳岸主要分为以下四种类型。在具体的设计中,应该根据不同湿地具体的水文条件、土壤情况、湿地区域内的地质条件以及湿地所在地区及城市的规划与经济社会情况,进行综合分析与评估。
(1)自然缓坡型驳岸
自然缓坡型驳岸指在一定水域范围内自身的坡度较缓,可采用保留场地原有自然驳岸形态的设计。由于水杉、柳树、菖蒲、芦苇等喜湿植物的植物根系发达,茎叶茂盛,能够有效稳固驳岸,减缓水流速度,从而降低水流给湿地沿岸带来的冲击与侵蚀,在一定程度上可以抵御洪水,降低洪水带来的侵害,因此可以在湿地近水区域种植这类喜湿植物。自然缓坡型驳岸主要分布在陆地面积较大且植被覆盖率较高,同时岸线较为曲折且水流较缓慢的水陆区域,也是城市湿地驳岸设计中运用较广的驳岸设计手段。采用符合自然生态的手段对驳岸进行设计,能够较好地还原并保留湿地自然生境,并且没有人为的过度干预,能够与湿地环境相互融合,具有其他方式不可替代的作用与优势。
(2)有机材料型驳岸
有机材料型驳岸指在一定水域范围内自身坡度较大,或该区域范围内水流较湍急,河岸受冲蚀较为严重的情况下,采用生态工程手段对驳岸底部进行有机材料的填充或支撑的设计。例如可采用木桩、草袋、植物的枝条、竹质围篱、竹质篓并装配石块、泥制、浆制的堆砌物进行底部的加固,同时在驳岸上部设计堆筑一定坡度的土堤提供水流的缓冲空间,并逐步向后层次搭配种植草、灌、乔木,利用植物根系加固驳岸,同时起到防洪防蚀,固堤护岸的效果。
(3)台阶型驳岸
台阶型驳岸指在一定水域范围内因季节性因素导致水位落差较大而需要有一定的缓冲功能,或是提供参观者亲水活动场地时采用的驳岸设计。根据场地性质不同,可分为软质的台阶型驳岸和硬质的台阶型驳岸。软质的台阶型驳岸可以采用有机材料进行支撑和构筑,如泥制台阶或是草阶;硬质的台阶型驳岸可以是石制的台阶,且在设计硬质台阶型驳岸时,应尽量避免金属材质或是影响水质的化学成分材料,以免造成水污染,当活动场地所承载人数需求过大时,可考虑采用混凝土材料。应注意的是,在台阶型驳岸设计过程中,要综合多种因素的考虑,如区域内降雨量、场地内常水位、最低水位和最高水位,以及活动场地参观人员及设备的安全性,在进行设计时,最底层的台阶要满足场地内最低水位需求,而顶层的台阶满足极端气候下的最高水位。与此同时,根据该区域驳岸的游客承载量和活动热度,若参观人数过多、活动热度高时,需考虑进行围栏的设计以及警示牌的设计,围栏的设计采用坚硬的韧性强的材料,例如竹、藤条等,警示牌应竖立在醒目的位置,参观人员一眼就能看到,且警示牌内容应具有强烈的直观的指示性,能够一目了然。
(4)硬质型驳岸
硬质型驳岸是在陆地与水面高差较大,且坡度较陡,同时水流湍急的一定水域范围内,使用浆砌石块或人工浇筑混凝土以加强驳岸的稳定性能和抗洪性能的驳岸设计手段。硬质型驳岸能够很好地稳定加固河岸,满足极端天气条件下的水流以及水位需求,并保证了参观者的安全;其不足之处在于硬质驳岸采用人工设计使陆地与水域的联系被割裂,阻断了水陆之间的生态交流,同时也占据了两栖动物及植物的生存空间,并不能起到良好的生态修复效果,在城市湿地中可在人群活动热度高的区域采用此类驳岸设计。
城市湿地水环境的规划对于城市湿地公园发挥生态修复效用至关重要,是保障湿地生态系统健康发展的前提,也是其作为保护与观光结合的公园形态长久发展的根本。在水系的梳理、水质的控制以及驳岸的设计过程中应充分考虑场地水文条件、基底条件、场地内与场地外的联系、干扰因素以及发展趋势,用设计的手段去引导城市湿地公园的生态修复发挥作用。