西干渠生态公园项目位于武汉光谷中心区域,北起九峰一路,南至高新五路,西起光谷四路,东至豹溪路。场地总面积136hm²,总长度5 090m,宽度190~490m不等。规划周边城市的初期雨水弃流将直接排入公园,通过公园的吸纳、滞留、净化再排入豹澥湖。该项目的建设将对光谷中心城总体生态格局的形成、环境品质提升有重大意义。

　　 设计改变过去水利专业惯用的混凝土驳岸做排洪沟的方法。采用自然生态驳岸,结合雨洪频率设计成不同标高的台地。设计创造出一条生态的雨洪通道(见图1),将原来多余的雨水变成景观河道,通过西干渠雨洪通道的积蓄、渗透、净化后再排入牛山湖。

　　 基地没有外部汇入的自然河道,现状水系分布较为零散,总体水塘面积大约有166 747m²。大多是雨水洼地、农户开挖的鱼塘、稻田以及雨水管网排入形成的旱溪。旱溪在春夏雨季,经过瞬时大规模降雨会形成连续溪流;在秋冬旱季,缩减成分散的雨水塘形式。

　　 西干渠承接光谷中心城光谷二路至光谷五路之间降雨形成的径流,向南汇入豹澥湖,水流方向自北向南,东岸为规划新月溪核心城区,西岸为规划居住区,故西干渠需承担该区域的雨洪排蓄和生态景观廊道的重要功能。西干渠生态公园所需承担的汇水面积约6.27km²,见图2。

　　 雨洪设计将总体汇水面积分摊到公园的每个地块,精确计算汇水的面积,并估算雨洪容量。

　　 周边城市的雨水将通过雨水管道排放到场地内。并且根据100年、50年、3年一遇雨洪来确定每块的汇水面积(见表1)。

　　 设计降雨历时2h,分别以重现期为50年、3年、1年的暴雨强度计算流域内的总瞬时暴雨量。豹澥湖汇水区目标年径流控制率80%,对应可以将35.2mm的降雨就地消纳。通过软件计算,比较雨洪滞蓄设施各种水位能滞蓄的雨水量与流域内产生的瞬时暴雨量,计算出了各重现期外排水量。

　　 同时可以计算雨洪滞留设施的滞蓄雨水能力(不包括下渗量):50年一遇暴雨重现期,蓄洪能力可以化解将近40%产流;3年一遇暴雨重现期,蓄洪能力可以化解将近53%产流;1年一遇暴雨重现期,蓄洪能力可以化解将近47%产流。

　　 按照3年一遇6h降雨(137.3mm),依据分水线和道路划分雨洪滞蓄地块计算水量平衡。共分10个地块;每个地块先滞雨水于调节塘、湿地,多余雨水再溢流至河道由河道排除;计算结果:G、I地块有都能在内部滞蓄雨水并有富余滞蓄能力;场地内总体可滞蓄3年一遇6h产生的暴雨量的24.7%。

　　 本项目雨洪体系主要有五部分构成:①通过初级的植草沟收集周围人行道及山坡上的地表径流,或是直接通过市政雨水管网将雨水排入雨水花园;②通过雨水花园的曝气、沉淀、净化、跌级进入雨洪通道;③场地原有的山谷区域会形成汇集雨水的雨水滞留塘。可以成为雨洪通道的调节池;④雨洪通道同时起到收集及排放雨水的作用,穿越公园的每个街区时,都会在入口处及出口处设置挡水坝,起到控制雨洪的作用。挡水坝同时可以积蓄雨水,在开阔处形成景观湖面;⑤雨洪通道在开阔处形成景观湖面,在湖底及浅水区会种植各种净水植物,养殖微生物,通过生态的手法净化水质(见图3)。

　　 从人行道及山坡上会汇入大量地表径流到植草沟,向两段输送至雨水花园,通过雨水花园的净化排放至景观湖面。如果遇到暴雨季节,超过景观湖面的需水量,将通过挡水坝排入下一级的雨洪通道中,见图4。

　　 从市政雨水管网排出的雨水直接汇入雨水花园,通过层级的净化排放至雨洪通道。如果遇到暴雨季节,超过景观湖面的需水量,将通过挡水坝排入下一级的雨洪通道中,见图5。

　　 从人行道及山坡上会汇入大量地被径流到植草沟,向两段输送至雨水滞留塘,然后排入景观湖面。景观湖面有开阔的空间,通过沉水植物可以进一步净化水质;并且可以积蓄大部分雨洪流量。如果遇到暴雨季节,超过景观湖面的需水量,将通过挡水坝排入下一级的雨洪通道中,见图6。

　　 植草沟平均宽度为2m,深度控制在1m以内。浅沟断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形。植草沟的边坡坡度(垂直∶水平)不宜大于1∶3,纵坡不应大于4%。纵坡较大时宜设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。植草沟最大流速应小于0.8m/s,曼宁系数宜为0.2~0.3。转输型植草沟内植被高度宜控制在100~200mm^[3]。

　　 雨水花园地利用物理、水生植物及微生物等作用净化雨水,是一种高效的径流污染控制设施。通过三层雨水花园设计成雨水潜流湿地,基础设计成防渗型以便维持雨水湿地植物所需要的水量,雨水花园常与湿塘合建并设计一定的调蓄容积(见图7)。其主要构成如下:

　　 [1] 雨水花园设置管线基础,将市政的雨水引导进沉淀池。

　　 (2)雨水花园内上层铺设火山灰作为水生植物培养基质。下层铺设不同大小配比的砾石形成过滤层。对潜流的雨水进行杂质的过滤。

　　 (3)雨水花园中浅沼泽区水深范围一般为0~0.3m,配置不同类型的水生植物,通过根系吸附有机污染物。

　　 (4)雨水湿地的调节容积应在24h内排空。

　　 (5)在第二层砾石层埋设带孔的排水管。将砾石过滤后的水通过管道排入下一级雨水花园中。排水管顶层设置空气进口,保持管道内有水压,在堤岸上设置检修口,保持管道可以在淤积时疏通。

　　 雨水滞留塘指具有雨水调蓄和净化功能的景观水体,它收集周围谷地排入的雨水,同时作为雨洪通道主要的补水水源。湿塘有时可结合绿地、开放空间等场地条件设计为多功能调蓄水体,即平时发挥正常的景观及休闲、娱乐功能,旱季发生时发挥补水功能,实现土地资源的多功能利用。其主要构成如下:

　　 [1] 驳岸形式宜为生态软驳岸,边坡坡度(垂直:水平)一般为1∶2~1∶8。驳岸边缘放置石块和砾石防止雨水冲刷。

　　 (2)池底采用软性的淤泥层结合砾石垫层。

　　 (3)池底分成两层:浅层永久容积水深一般为0.5~0.8m。深层在1.5~2m;储存容积一般根据所在区域相关规划提出的“单位面积控制容积”确定。

　　 (4)设置水生植物种植区,驳岸边的浅水区种植菖蒲等挺水植物。深水区种植沉水植物,如亚洲苦草等,深度净化水质。

　　 (5)溢流出水口包括溢流竖管和溢洪道,排水能力应根据下游雨水管渠或超标雨水径流排放系统的排水能力确定。排水周期根据不同季节水生植物净化级别来制定。

　　 (6)湿塘应设置护栏、警示牌等安全防护与警示措施。

　　 设计改变惯常的用混凝土驳岸做排洪沟的方法。采用自然生态驳岸,结合雨洪频率(按照常水位,3年一遇水位,50年一遇水位)设计成相应标高的台地。这样在旱季可以将用淤泥作为池底,铺设碎石,驳岸点缀景观叠石。将原来多余的雨水变成景观河道,通过西干渠雨洪通道的积蓄、渗透、净化后再排入牛山湖。图8为一般泄洪河道与生态化河道的对比。

　　 设计师在阶段深入现场调查生物种类,对鸟类、鱼类、昆虫类都进行了系统的调查。根据鸟类的习性为其设计水域及陆生环境。营造不同层级的水域。创造不同的动物栖息地及净化环境。水深在0.3~1m的开阔水面,复育挺水植物、浮水植物等,并为其提供良好的觅食环境。在深水区种植沉水植物如亚洲苦草,和曝气装置,起到深层的净化作用。让生态链可以重新良好循环———使得植物、昆虫、动物、人在此和谐共存。

　　 挡水坝设置在雨洪通道穿越公园地块的出入口,同车行桥结合在一起(见图9)。起到控制雨洪的作用。挡水坝既能减缓雨洪的速度,又可以积蓄雨水形成湖面。每个坝设置溢水口,如果超过控制标高,雨洪会自动流入下一个区段。

　　 设计在景观湖面区域运用“生态进化系统”对水质进行进一步的提升。

　　 生态净化系统的设计和构建的核心是依据生态原理,形成多层次的水生生物系统,构建食物链,降解、固定或转移污染物和营养物,并通过这个过程净化水质。其模式见图10。

　　 技术原理:通过生态修复技术种植和恢复水生植被特别是沉水植被,改善水质,使水体清澈;并通过修复后的沉水植被的光合作用把大量的溶解氧带入底泥,使淤泥中的氧化还原电位升高,促进底栖生物包括水生昆虫、蠕虫、螺、贝的滋生,进而使水体生态系统恢复多样性;最后有序地放入鱼、虾、蟹类等原有土著水生动物,平衡沉水植被的生产力,同时优化水体水生生物的多样性,形成良性循环的水生生态自净系统,全面恢复水生生态系统。于此同时,水体经过生态系统营养成份的循环后得到净化,就称为水体的“生态自净”。

　　 从物质的角度看,氮、磷等营养物进入水体后通过一系列复杂的过程,最终以水草的形式被收割或以水生动物(鱼类等)被捕捞而移出水体。

　　 构建生态系统的关键是构建完善的水生植物(生产者)、水生动物(消费者)和微生物系统(分解者),并使之形成良性的关系。

　　 水生系统物种的选择一般应依照以下原则:

　　 [1] 近自然原则:选择物种以本地土著种为主;②有效性:对于完善生态系统发挥显著作用,并具有高效的水质净化的作用;③观赏性:具有良好的景观观赏价值,兼顾暖水性和冷水性物种,保证四季见绿;④多样性和协调性,有助于构建稳定的生态系统;⑤易维护性:所选水草应该不容易形成疯长,特别对沉水植物,要求其植株比较矮,不容易长到水面上,避免造成水草杂乱的感觉。

　　 滤食性鱼类,如鲢、鳙鱼等可以有效的去除水体中绿藻类物质使水体的透明度增加。底栖动物如蚌类、螺可以可以有效的去除水中悬浮的藻类及有机碎屑滤食,提高河水的透明度。同时分泌促絮凝物质,使湖水中悬浮物质絮凝,促使水体变清。

　　 微生物群是生态系统中的分解者,它是联系生产者和消费者之间的纽带。根据需要,可以投入分解有机物、去除氨氮、抑制藻类的光合细菌、硝化菌、芽胞杆菌等。

　　 当遇到突发性外来污染(例如暴雨、外来污水进入、大量藻类水华暴发等)情况下,配备应急净化技术装备,采用“气浮-生化-过滤”设备可以快速净化水质,大量去除藻类、颗粒物,适度去除有机物。其特点是效果好,速度快,占地小。该装置还可用于污水处理厂尾水提升,可将出水水质提升一个等级。

　　 生态净化屏障技术综合使用了柔性透水阻隔、固定化微生物、复合生物酶、局部曝气、复合浮床等技术,结合挡水坝的使用将极大减缓污染源对河道的影响。

　　 针对少量点源和面源污染,生态净化屏障能有效净化点源污染,及割断面源污染。见图11。

　　 通过“生态进化系统”的修复,水质将极大提高,在景观湖面区域基本实现水底1m以内清澈见底的效果。

　　 通过西干渠公园的打造,设计师实践了“海绵城市”公园的原则:充分利用自然基底对雨水的渗透作用,充分发挥雨水花园对降雨的积蓄作用,充分组合植被、土壤、动物等介质对水质的净化作用。设计使得公园像“海绵”一样,对雨水具有吸收和释放功能,能够弹性地适应环境变化和季节变化,重现完整湿地生态,为光谷地区打造一处新型的生态公园。