创新城市水利工程设计理念打造人水和谐精品典范

石小强

（上海勘测设计研究院，200434，上海）

在传统的水利工程设计中，过去往往只注重其水利基本功能，强调工程的安全性和经济性，而很少注意生态、造型、色彩以及与周围环境的协调。随着城市现代化建设的飞速发展，人民生活水平的不断提高，人们对环境的要求越来越高，对城市水利工程的设计也提出了更高的要求。城市水利建设除了要满足防洪、排涝目标外，改善城市环境、开发城市综合功能、节约资源已成为当代城市水利建设的重要内容.因此，必须与时俱进，转变设计理念，使城市水利工程设计与现代化城市建设和谐发展。

一、转变设计理念，让水利工程融入城市

改革开放以来，中国的城市建设以惊人的速度发展，可以用“日新月异”来形容城市面貌的变化。城市水利设施随着城市的发展也在不断增多，不断更新，规划设计的理念也在不断更新。

城市水利工程设计要在满足水利工程基本要求的前提下，根据工程所处的地理环境、城市规划要求，因地制宜，重视城市生态环境，注重城市综合功能的开发，注重与城市环境相协调，注重节约资源，体现城市文化内涵。

1.注重城市生态环境

城市河湖是城市的一个重要部分，具有维持城市生命和非生命系统、维持城市生态结构、减弱城市热岛效应、净化和美化环境等作用，在城市自然生态系统中起到纽带作用，因此河湖自然功能的利用及保护已显得越来越重要。河湖生态功能的应用已逐渐引入生态城市建设。

在生态河道设计中，要应用生态学自组织、自设计理念，完善其生态功能，进行合理的开发利用，突出区域生态服务功能；在河道形态布置中，要力求自然，人水和谐，强调“蓄泄兼顾”，利用适宜的生物和植物构建从水底到滨岸带的河湖全系列生态系统，要重视河网水源问题，充分利用河道自然动力，控制建筑物调活水体，保持河网水体流动，起到自然生态的效果。

2.注重城市综合功能的开发

城市水利工程是城市的基础设施，实施一项水利工程往往可以兼顾其他城市基础设施的功能，起到事半功倍的效果。因此，在城市水利工程设计中要重视城市防洪、排涝、调水、航运、交通、旅游、生态等多种功能的研究，注重城市综合功能的开发，与城市建设统一规划，统筹兼顾，最大限度地发挥城市水利工程兴利除害、造福社会的作用。

3.注重与城市环境相协调

城市水利工程处在现代城市这个大环境中，在满足使用功能的前提下，其外形风格要与城市的历史文化背景相协调，与城市的建筑风格相统一，做到一处建筑一个造型，使之成为城市一道亮丽的风景线，体现城市风貌，让城市形象和品位得以丰富和升华。

城市水利工程要改变传统的就水利而水利的设计模式，更新理念，合理选择工程布置、型式、建筑结构和材料，突出建设主题、服务主题，融工程于自然环境之中，把水利工程的安全保障与水景艺术、两岸的景观结合起来，实现水利工程内坚与外美的结合，营造人与自然和谐相处的优美环境。

4.注重体现城市的文化内涵

城市水利工程要体现城市或区域特点，突出区域文化内涵，力求建一处工程，揽一方名胜，活一方旅游。将工程总体规划、建筑布置、建筑结构、建筑装饰等与历史、名人、名篇、名胜古迹、自然风光、珍稀物种、区域经济特色等文化底蕴有机结合，综合反映水文化的生动、精细、柔美、诗意和灵性。把特殊的地貌、植被等地方特色和乡土气息与优越的水资源环境、自然景观有机结合，创造出独特的意境，使城市水利工程形成多种不同的人文景观。

5.注重节约资源的理念

在资源日益紧缺的今天，城市建设更加强调节约资源，造福子孙后代。城市水利工程设计不只是传统意义上的设计，也不仅仅是纯粹的工程水利，设计中必须注重节约资源，包括考虑节地、节能、节材、节水等，使城市水利工程成为资源节约的典范。

6.注重以人为本的理念

人类文明离不开水的滋养，健康城市就是让人最大化发挥潜能，确保人类可持续发展。城市水利工程属于城市建设范畴，不仅通过其建设任务对所在地区的经济和社会发生影响，而且对江河、湖泊以及附近地区的自然面貌、生态环境、自然景观都将产生不同程度的影响。设计时在考虑满足防洪减灾等基本功能需求的基础上，更要体现“以人为本”的理念，考虑水生态建设、水资源管理、改善居民的居住环境等与人类发展息息相关的人文因素。

7.注重城市管理现代化

随着现代科技的不断发展，自动化监控技术和信息技术已日益成熟，城市水利工程设计要体现城市管理现代化的要求，实施远程监控，统一调度，用现代科技手段和管理体系武装水利工程，加快城市水利工程管理现代化建设。

二、创新设计精品，体现城市水利工程设计新理念

进入21世纪以来，上海勘测设计研究院一直致力于城市水利工程的规划设计，建成了南京外秦淮河三汊河口闸，江苏无锡江尖、仙蠡桥水利枢纽，上海青草沙水库，江苏镇江引航道枢纽、上海新江湾城河道水系等一大批城市水利工程，积累了一些成功经验。

1.成为城市标志性建筑的南京外秦淮河三汊河口闸工程

南京外秦淮河三汊河口闸位于南京市秦淮河东支流三汊河口长江入口处，是秦淮河环境整治的一部分。其主要功能是非汛期关闸挡水，维持秦淮河景观水位；汛期开闸，保证秦淮河行洪。设计采用了双孔护镜门闸型方案，单孔净宽40 m，总净宽80 m，汛期行洪流量600 m3/s。整个水闸工程的设计具有以下5方面的特点：

①水闸建筑物造型以圆形为基调，线条流畅、优美。

②护镜门闸型方案的设计不仅满足水闸功能的要求，而且在非汛期利用闸门可自动调节高度的门体孔口溢流形成一道瀑布景观；开闸时半圆形的门体与水中的倒影似两面镜子在水中荡漾，形成独特的景观效果。

③南京世称“六朝古都，十朝都会”，秦淮河自古为南京的母亲河，又名“龙藏浦”。外秦淮河三汊河口闸启闭机房采用抽象化的“龙头”结构，寓意龙的腾飞、龙的气魄、龙的精神。

④秦淮河自古因 “秦淮灯火甲天下”的景象而闻名于世。水闸设计时对闸门、排架、启闭机房等全面进行灯光美化照明，并首次将舞台灯光照明技术引入水利工程，使水闸形成动感、极富想象力的景观照明美景。

⑤水闸北岸为规划的南京世茂外滩新城商务住宅区，南岸为市民文化广场，建成后已成为市民集活动、休闲、旅游为一体的滨江特色场所。水闸两岸景观规划总面积约5万m2，景观设计突出亲水、休闲、舒适的原则，体现了“以人为本”的理念，营造人与自然和谐相处的优美环境。

南京外秦淮河三汊河口闸宏伟的护镜门、优美的“竖琴”排架、富有想象力的启闭机房，配上动感、绚丽多彩的灯光照明与自然、和谐、生态的两岸景观浑然一体，相映成辉，使人赏心悦目，是水利工程与历史文化、景观、环境的有机结合。她的建成为古老的秦淮河增添了一个新的、亮丽的景点，成为南京市的标志性人文景观，见图1。

2.体现地域文化特色的无锡江尖、仙蠡桥水利枢纽工程

无锡江尖水利枢纽工程位于无锡市市区内，在古运河北端与京杭运河交汇处的古运河上。古运河被称作无锡人民的母亲河，自吴王夫差开凿邗沟算起，已有2400多年历史。古运河有着众多的历史文化古迹，有着浓郁的江南水乡风情。运河北岸原为无锡米市，在历史上是我国四大米市之首。目前江尖水利枢纽的左岸规划有南尖米市工业主题文化公园。工程由设计流量60 m3/s的泵站、单孔净宽25 m的三孔节制闸组成，其主要功能为城市防洪和排涝，两岸景观带总长约450 m，绿地宽度8～29 m，总面积11696 m2。在本工程枢纽总体平面布置设计中，充分考虑了地域的历史文化背景，体现了功能化、景观化的要求。整个枢纽平面设计上具有独特的创意，利用右岸泵站进、出水渠水面上方空间进行绿化造景，与右岸景观带融为一体，平面造型设计成“鱼”的形状，打破了传统的泵站进、出水渠单一功能性设计的思维，同时也增大了公共空间，相应节约了土地资源。考虑到整体景观设计的要求，三孔节制闸闸门采用大型水下卧倒门方案，非汛期闸门顶溢流，可以形成瀑布景观，上部设置人行天桥联系两岸交通。左岸边布置一座圆筒形建筑，取名为“天下粮仓”，延续着“米市”文化的历史。节制闸上方的人行天桥在平面上呈一把“叉”形，将“鱼”和“米”巧妙地联系在一起，寓意江南“鱼米之乡”，如图2所示。工程整体造型简洁、美观，河面通透，体现了深厚的文化底蕴。

仙蠡桥水利枢纽位于无锡市南部梁溪河与京杭运河的交汇处，规模为无锡市城市防洪八大枢纽之首，整个工程由南北枢纽和穿运地涵组成。南枢纽由两座净宽20 m的节制闸和过流能力为30 m3/s的穿运地涵南涵首组成，北枢纽由一座净宽16 m的节制闸、一座排水流量为75 m3/s的泵站和穿运地涵北涵首组成。泵站选用5台单泵流量15 m3/s的立式轴流泵，东、西节制闸单孔净宽均为20 m，采用水下卧倒门，穿运地涵采用3根大直径、长距离顶管。枢纽建筑风格现代、大气。北枢纽主副厂房外墙采用大面积银灰色热反射玻璃幕墙，银灰色外墙为铝塑板，格调高雅。曲线的灰绿色铝塑板屋顶极具韵律感。与之呼应的弧形架构与闸桥连为一体，整体造型美观，富有现代感。南枢纽工作桥上的弧形钢栏杆，既挺拔又玲珑剔透，与北枢纽的闸桥遥相呼应。管理楼标志符号、装饰材料同北枢纽格调一致，与南枢纽咫尺相望，影印在绿化带和水道间，见图3。

3.国内最大的潮汐河口避咸蓄淡水库——上海青草沙水库工程

青草沙水库位于上海市长兴岛西北侧水域范围，水库总面积66.15 km2，设计总库容5.24亿m3，供水规模719万m3/d，是目前国内外最大的潮汐河口避咸蓄淡水库。水库取水系统采用泵闸相结合的运行方式，取水泵站规模200 m3/s，上游水闸闸孔总净宽70 m。整个工程将承担上海市约50%的原水供应，与现有上海长江陈行水源地和黄浦江上游水源地形成“两江并举、三足鼎立”的原水供应格局，预计受益人口超过1000万人，对显著改善上海城市供水水质，保障供水安全，提高上海市民生活质量，促进上海建成现代化国际大都市和国际经济、金融、贸易、航运中心具有重大现实和战略意义。此外，利用在潮汐河口建避咸蓄淡水库代替在陆域建水源地，大大节约了城市土地资源。

工程所在的长江口南支下段是长江口区近百年来滩槽变化频繁、河床冲淤较为剧烈的河段，河势演变规律十分复杂。水库工程建设存在诸如选址选线、河势维稳、江心成库、深水筑堤、龙口设置及截流、堤坝渗流控制、低滩取水、水库水环境保护与运行调度等技术难题，国内外可借鉴经验较少。在工程设计中，通过大量的试验、分析研究，结合工程区域河势和地形，利用江中沙脊修筑水库堤坝；根据咸潮入侵特点和水库供水要求，提出了咸潮期、非咸潮期上下游泵闸联动的节能型水库引排水运行方式；采用土工布袋充填砂、软体排等先进技术，充分利用库内的砂料筑堤，研究制定了合理的施工顺序，创新性提出了宽800 m的框笼、抛石平堵截流和水深达15 m的水中筑堤方案；根据水库运行特点，取水泵站优选了适应大变幅、低扬程、偏大型、高效混流式水泵；充分利用导流墩、多重消力栏、消力墩等技术，解决了水闸侧向进出水流流态问题；泵房和闸井基坑围护体结构与基础结构连成一体，形成了安全、经济的永临结合的结构体系，为我国河口地区大型原水工程规划设计提供了重要的指导和借鉴，见图4。

4.实现闸、泵、桥巧妙结合的江苏镇江引航道工程

镇江市引航道水利枢纽工程位于城市北部内江与长江镇扬河段六圩弯道之间的引航道上，距出江口500 m处是形成镇江市北部滨水区（金山湖）“四闸一坝”的首要控制性、先导性工程。由1孔40 m宽节制闸、7孔20 m宽节制闸、1孔20 m宽船闸、1座30 m3/s泵站、30 m宽公路桥、管理楼及景观、绿化、道路等配套项目组成。通过闸墩、桥墩、泵房巧妙结合，尽显现代水利工程的精巧通透，充分体现了水利工程与城市景观、自然景观、水环境保护相协调的原则。通过与市政路桥的结合，兼顾了城市基础建设，省去了另建一座大桥的工程投资，也相应节约了城市土地资源。工程设计中开展了技术创新，中孔弧形钢闸门跨度达到40 m，是目前国内同类型中跨度最大的弧形闸门；泵站采用“S”形叶片双向运行立式轴流泵，为国内首创；充砂枕围堰作为挡水建筑物、堰体内半悬挂式截渗墙结合管井降水系统解决防渗问题，是镇江市首次采用；提出了长短桩基础处理新结构，充分发挥长短桩不同的承载优势。

镇江市引航道水利枢纽工程设计改变了水利工程“粗、大、笨”的传统，为今后水利工程设计、施工等方面提供了借鉴，经济、社会效益十分明显，具有广泛的应用、推广前景，见图5。

5.具有生态功能的上海新江湾城河道水系工程

新江湾城是上海市中心城区最大的成片开发土地，建设面积9.45 km2，其规划定位是知识型、生态型花园城区和城市居住区。开发前该区域为机场废弃地，主要为荒地、湿地，灌木丛生。新江湾城水系建设的基本思想是在满足区域防洪、排涝功能的前提下，结合现状河道和水体，形成由纵横河道和生态湖组成的水面率达8.14%的网络状水系。

新江湾城河道水系建设主要是通过拓浚河道来恢复河流的自然形态、结构和自然特征，营造适合水生物生存的环境。设计中，区域河道七横三纵，强调规划河道尽可能保持原有河道的自然弯曲，不刻意求平直；弯道河面适当放宽，布置蓄水湖；在水流的分与合处形成河心小岛，让河流水系保持曲折变化，形成了中央主题公园湖、经二河湖、复旦大学纬四河和纬五河湖等多处景观点。

对于河道滨岸带，在两岸1.5～20.0 m范围内建立缓冲带，通过土壤—植被系统的方式，对地表径流起到滞缓作用，并在中小支流设置前置湿地，有效削减污物流入水体，提高补给水体的水质。

河道护岸形式改变了过去通用的硬质护岸，一般采用回归大自然的软质植草斜坡，冲刷地段采用具有一定透水性的可种植植物的新型护坡 （如绿化混凝土类）。居住区、公共活动区域岸边设置矮墙硬质护岸、仿木桩护岸、木料铺地硬质护岸，便于人们的休闲娱乐。岸坡和河道中植物种类按照所处环境精心选配，让人们领略自然生态和野生植物之美。

在水生生态系统的构建上，根据不同水生植物的适宜水深，配置水生植物，从岸边到水域依次为浮水植物带、挺水植物带、沉水植物带和草滤带，构建湿地的地形结构和植物群落结构。根据河道水质的条件，进行水生动物的配置，构成良好的生物链，形成完整的水生态系统。

为了保障河湖的生态环境，利用黄浦江的自然潮差，适时向新江湾城水系调水和补水，各控制建筑物实行统一调度，集中管理，确保河道的水质和水量。

新江湾城河道水系已成为上海示范性的生态型河道，极大地改善了新江湾城城市居住区的生态环境和居住环境，见图6。

三、结 语

城市水利发展要体现人与自然和谐相处，体现水利与城市人文环境的协调。城市水利工程的建设应注重功能与环境的有机结合。因此，城市水利工程设计就要创新设计，按照科学发展观的要求，因地制宜，在满足水利功能的前提下，总体方案、工程布置、建筑物和泵闸选型、建筑设计等都要突出生态、景观、文化和节约资源的要求，要重视两岸景观设计，营造人与自然和谐相处的环境。近年，上海勘测设计研究院在江苏、上海等地完成的多个城市水利精品工程设计中开展了成功的实践，为传统水利向现代水利的转变进行了有益的探索。