摘要：本文将运用低影响开发策略与西北地区河道综合治理相结合，提出基于西北地区气候条件特点的海绵城市设计，重塑河道绿地空间和水环境。通过场地内具体LID措施的布置，计算并分析不同措施的径流控制指标，探讨低影响开发措施在西北地区城市河道生态修复中的应用，并重点针对干旱黄土高原地区河道的地影响开发建设方式进行分析，提出相应的解决措施和方案，为我国西北地区开展海绵城市建设提供参考和借鉴。
关键词：低影响开发；综合治理；径流控制指标；生态修复
引言
近年来随着城镇化水平的提高，城市的环境破坏和资源短缺问题日益凸显，虽然国家加强了相关的管理和治理措施，但是城市水安全依然存在河湖侵占、湿地萎缩、水生态环境恶化、水灾害加剧等问题。特别是西北地区，地处高原、山地和盆地交接的脆弱带，气候特征属于干旱、半干旱区域，具有年降雨量少、蒸发量大的特点，水资源匮乏问题严重。低影响开发建设是有效解决以上问题的重要手段，它以水为主体，以城市建设和管理为主要载体，构建良好的城市水循环系统，增强城市水安全保障能力和水资源水环境承载能力，是实现海绵城市建设中“渗、滞、蓄、净、用、排”各项措施系统治理效益的重要基础。
1.LID概念
“低影响开发”( low impact development，LID)[1]，是美国环境保护署( US EPA， 2007) 提出的一项将城市暴雨水管理与城市景观规划设计统一在一起的多目标集合化战略。目的是从源头最大限度地控制径流，减缓径流过程中增加所产生的不良影响，降低并减少径流接触过程中携带污染物的可能，从而有效解决目前大型城市中日益严重的城市水资源调节能力低下、水质恶化等一系列城市环境建设问题。
低影响开发的本质是将雨水视为能够滋养并改善城市环境的重要资源。通过城市中LID 基础设施的构建减缓雨水径流的汇流时间，并在汇流过程中采用自然方式净化水质并最终储存起来，以备它用。这将从根本上解决城市水资源调节能力低、水资源匮乏的问题，也是其与传统暴雨水管理方法的关键区别之一[1]。
2.LID在河道综合治理中的应用
低影响开发理念最初提出的领域是城市雨洪管理[2]，也是海绵城市设计理念的核心内容，目前广泛应用于城市规划、城市公园、人工湿地的规划设计中[3,4]，在河道治理范畴中的应用尚不多。城市水系是城市内降雨及径流自然排放的重要通道、受纳体和调蓄空间，特别是在水资源缺乏的地区，因此基于低影响开发建设模式，以蓄利雨水为目标，充分发挥城市水系两岸的土壤、绿地及水体等对雨水径流的自然积存、渗透、净化和缓释作用，在城市河道的两岸设计一定宽度的滨河植被缓冲带、雨水滞留设施等低影响开发系统，对于历史上较易发生内涝风险、水量不足及缺乏自我调节能力河道的生态修复有一定控制作用。实现雨水从源头开始减排、过程分散蓄滞、溢流缓慢排放、最末合理利用，使城市水系像海绵一样减缓或降低应对自然灾害和环境变化的影响，保护和改善水生态环境。
3. LID设计理念在榆中兴隆河河道综合治理中的应用
3.1 河道概况
兴隆河位于甘肃省榆中县城关镇，国家4A级旅游风景区兴隆山山麓下，是宛川河的支流。河道总长30km，年径流量为886万m3，是宛川河最大的支流，最大洪峰流量270m3/s。兴隆河自峡口以上属于山区性河流，河床比降达3%，流域内降水量高达500mm，植被繁茂，水土流失轻，泥沙量少，年平均净流量为0.4m3/s，为常流水河流。
由于兴隆河治理段没有经过系统治理，近年来随着城市建设发展，表现出行洪能力不足、防洪排涝压力大、水污染水环境问题、提防建设标准较低、以及取水量大，出现间歇性断流等一系列问题。
3.2 治理思路
兴隆河治理以满足防洪要求为基础，以绿色生态河流建设为标准，结合LID措施使区域内的水质得以提升，水环境得到改善。将生态修复与堤岸改造相结合，开展兴隆河防洪、水治污、水生态等方面的综合治理，利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发城市水生态环境的影响，将80%的降雨就地消纳并利用，实现“自然渗透、自然积存、自然净化”的目标[4]。
防洪工程——遵循“上蓄滞、中防护、下疏通”的原则，对河道进行子槽清淤清障并建立生态护岸，河道两岸滩地结合周边用地和地形条件进行适当拓宽，新建下凹式绿地，以此提高两岸雨洪的蓄滞作用，实现洪水期安全行洪，减小下游两岸占地。
水质改善工程——在治理河段上游两侧绿地修建下凹式绿地和植被缓冲带，通过下凹式绿地的蓄水净化作用、植被缓冲带的拦截作用，过滤后溢流的雨水通过植草沟、卵石排水沟排入河道，作为河道补给水以及生态景观水，扩充水环境的容量。
生态修复工程——在改造及优化堤岸形式的基础上，结合下凹式绿地、植被缓冲带、植草沟的构建，铸造完整的滨河水生、湿生、陆生植物生态系统，在达到水质改善和提高河道防洪排涝功能的条件下，根据城市总体规划，修建沿河堤岸植被绿化带，进行生态景观的建设，促进河道成为园—路—堤一体化的多方位的城市服务性河岸带，为城市居民构筑了生态郊区和滨水休闲场所[5]。
3.3 LID措施布置
3.3.1布置原则
（1）源头控制措施：河道两侧的绿地可以结合植被缓冲带、透水铺装设置，对雨水进行源头处理，对落在场地的雨水直接进行滞留，下渗，净化等作用。
（2）中途传输措施：河道绿地与滨河道路之间的高差可以被结合用来构建植草沟等径流运输设施，将道路产生的径流引导入河道绿地中进行消解；对于小型场地进行生物滞留设施设置，还可将多余的径流运输至区域处理工程措施中。
（3）末端蓄滞净化措施：河道景观中用地较宽松的场地或开放空间，建立起小型人工湿地或池塘，保证储蓄雨水径流的同时还可以提升景观品质，增强城市河道景观的活力。较大的开放空间可以设置大型下凹式绿地，没有降雨时可做景观草坪利用，降雨时可以承接大面积的雨水径流；城市河道本身也可以作为径流运输的终端。图3-1给出了LID措施功能示意图。
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图3-1 LID措施功能示意图
3.3.2具体措施及设计
3.3.2.1透水铺装
实现铺装的透水性的主要技术途径包括2个方面：
（1）缝隙透水式铺装
缝隙透水主要通过在铺装材料之间预留足够的缝隙，通过填充小粒径碴石、砂砾、陶粒等，增加铺装场地的地表雨水渗透性能，以此提高透水量。
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图3-2缝隙透水式的铺装示意图
（2）自透水与缝隙透水相结合式铺装
为了尽可能地强化地表透水能力，并结合自透水路面和缝隙透水路面各自的优缺点，采用各种类型的透水材料，利用材料自身的透水性能结合缝隙式铺装的方法，提供雨水下渗的途径，增加渗透速率，较快的实现消除地表径流的作用。
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图3-3自透水与缝隙透水式示意图
3.3.2.2植草沟
植草沟利用沟渠和植物的协同作用来实现雨水的收集、传输以及净化，是实现径流总量控制、污染物总量削减、洪峰延缓、地下水补给的重要技术手段，在城市水系低影响开发建设中发挥重要的作用。根据其功能，植草沟分为传输型和渗透型，前者主要起到收集、传输雨水径流的作用，后者主要起到渗透、滞蓄、净化雨水径流的作用，
本次兴隆河主要选用渗透型植草沟，垂直河道方向堤岸上布置干式植草沟、河滩地布置常有水的湿式植草沟，对雨水进行初期蓄滞、净化，溢流部分传输至河道。植草沟断面以倒抛物型浅沟为主，深度小于30cm，边坡坡度小于1:3，纵坡小于3%，河道中段地势较陡处设置为台地式植草沟，以此降低径流流速，植草沟内种植深根性、抗冲刷的草本植物，高度控制在20cm以内。具体断面设计见图3-4、3-5。
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图3-4转输型三角形断面植草沟典型构造 图3-5植草沟剖面图
3.3.2.3下沉式绿地
下沉式绿地可按照狭义和广义来区分，狭义的下沉式绿地指具有条件绿地将其地面高程降低到周边地面以下5-30cm的落差，以收集、滞蓄周边地面的径流。广义的下沉式绿地泛指具有调蓄容积、净化径流的绿地，包括各种渗透塘、生态湿地、生物滞留设施、调节塘、湿塘等。
本次兴隆河两岸设置的是狭义的下沉式绿地，根据河道两岸土壤渗透性能和植物耐水湿特性，下凹深度设计为10-30cm，边坡坡度小于1:3，内部选择种植既耐水湿又耐旱的低矮地被植物为主。项目地处干旱缺水地区，下沉式绿地的设置能够尽可能蓄积降水时产生的地表径流，以此补充和用于绿地灌溉用水，有助于城市节水，同时，通过下沉式绿地有组织的汇集雨水，有利于河道两岸城市地表污水的集中排放和处理，减少城市污水直排对河流水质的影响。
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图3-6下沉式绿地剖面图
3.3.2.4生物滞留设施
指在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统达到蓄渗、净化径流雨水为目的的技术。生物滞留设施由下到上分为砾石层、填料层、种植土层、植被层、覆盖层和蓄水层等五部分，根据形态及应用场地分为雨水花园、生物滞留带等，依据土壤渗透能力和具体要求又分为不换土简易型和换土复杂型两种。
本次兴隆河两岸地势宽阔、硬质汇水区面积较大河段处选择布置简易型生物滞留设施，结合植草沟、下沉式绿地对初期雨水的预处理，布置分散式、小规模的生物滞留设施，设计滞留设施总面积为汇水面积的8%。生物滞留设施蓄水深度依据植物的耐水湿性能和土壤渗透性来确定设置为25cm，种植土表层覆盖一层砂石，增加表层土壤的抗冲性，同时位于汇水面之下5cm布置管径15cm的横向溢流管，进水管口埋藏于表层砂石层内，出口与下一级滞留设施相连，目的在径流较大时期减少对生物滞留设施的破坏。
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图3-7生物滞留带剖面图
3.4植物措施
（1）植草沟：为起到良好的雨水收集和传输功能，植物选择以耐冲刷、固土能力强的低矮草本植物为主，以此达到高效传输雨水并且滞留蓄积部分雨水的效果。位于兴隆河两岸园路两侧的植草沟，选择千屈菜、早熟禾、马蔺、鸢尾等多种植被组合的形式做沿路的景观展示。
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图3-8植草沟种植意向图
（2）下沉式绿地：下沉式绿地是海绵设施绿地系统的最大组成部分，借助地形条件布置于河道两岸地势低洼处。受降雨影响，为较好的发挥雨水净化和调蓄的功能，植物选择既耐水湿，又耐干旱的低矮地被，同时具有根系发达、抗性强、净化水质的特性。根据下沉式绿地周边场地功能，植物配置考虑观赏性和休闲要求。可选用千屈菜、马蔺、花叶芒、狼尾草等。
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图3-9下沉式绿地种植意向图
（3）生物滞留设施：选择根系发达、茎叶繁茂且具有较强净化水质能力的植物，特性方面既耐水湿又耐干旱，如马蔺、鸢尾、千屈菜、狼尾草等。其中以分散式、小面积的生物滞留池，植物选择多品种搭配种植，提高观赏性；以沿河带状的生物滞留带则选择单一植物进行成片种植，形成有气势的植物景观带。
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图3-10生物滞留带种植意向图
3.5蓄滞留雨水效果分析
分析兴隆河两岸设计之后不同下垫面条件，进行汇水单元划分，确定径流系统，进而计算需控制的雨水径流量；通过项目区内雨水径流量控制需求，结合项目现场现状，进行LID设施种类的选择及布置，最终达到项目的设计目标要求。具体计算过程详见图3-11。
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表3-1 不同下垫面类型径流系数表（来自海绵城市建设指南）
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表3-2LID设计兴隆河绿地控制的雨水净流量统计表
通过对比表3-2（LID设计）和表3-3（传统设计）两种措施控制雨水径流量的计算结果，可以得出LID措施比传统滨河绿地设计起到了更有效的作用，雨水径流量减少36%，有效的将雨水控制于滨河绿地中，减少径流对河道两岸冲刷，降低了水土流失。此外，兴隆河两岸的下凹式绿地和生物滞留设施对径流雨水起到良好的沉淀、过滤以及净化作用，缓解河道两岸面源污染对兴隆河水质的影响，并作为河道较好的水源补给，改善了兴隆河的水生态环境。
4.小结
通过榆中兴隆河河道综合治理的案例分析，低影响开发设计理念对降雨量少的干旱地区城市水系水生态综合治理有着十分重要的意义。在充分了解河道现状，制定相关治理目标前提下，改变传统粗犷式河道治理模式，协调水利工程与生态景观、经济与生态效益之间的关系，以维护河湖健康作为目标，围绕保护与修复河流生态，利用低影响开发措施开展水利工程建设，同时有效保护水资源、美化亮化城市河流景观，为市民提供更多的休闲旅游场所。
参考文献：
[1] 曹磊,杨冬冬,黄津辉.基于LID理念的人工湿地规划建设_以天津空港经济区北部人工湿地为例[J].天津大学学报,2012(2):144-149.
[2] 刘 军，李冬雪.低影响开发理念在干旱地区城市总体规划中的应用[J].东北水利水电,2014(4):6-10.
[3] 张亮.西北地区海绵城市建设路径探索——以西咸新区为例[J].城市规划,2016,40(3):108-112.
[4] 张建飞，李晶晶. 基于LID 理念的海绵城市公园绿地规划研究—以常德姚湖公园为例 [J].中外建筑,2015 (7):104-106.
[5] 何造胜.论海绵城市设计理念在河道水环境综合整治中的应用[J].水利规划与设计.2016(1):39-42.
[6] 李俊奇,王文亮,车伍,刘超,赵杨.海绵城市建设指南解读之降雨径流总量控制目标区域划分 [J].中国给水排水,2015,31(8):6-12.
作者简介：
朱琳（1979-），男，硕士，高级工程师，主要从事建筑、水利工程及风景园林设计等工作。
胡月楠（1980-），女，硕士，高级工程师，主要从事生态修复、风景园林设计等工作。
于朝霞（1982-），女，本科，高级工程师，主要从事河道治理、水利规划等工作。