融合滨水空间设计的城市防洪工程设计理念及实践

李媛媛，侯贵兵，王英杰

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610)

中国城市大多缘水而兴，水直接影响着城市兴衰，同时在经济发展、文化传承、防洪除涝、景观营造等方面也起着非常重要的作用。然而，随着社会经济的快速发展，城市规模急剧扩大，人口急剧增加，城市洪涝风险不断加重，传统的滨水城市防洪工程设计一般依托所在流域控制性防洪水库对洪水的调节作用，不断加高加固城市外围堤防，确保防洪安全的同时带来的弊端是在城市外围形成“围城”，不但影响城市景观，而且阻隔了城市和水之间的生态廊道。

随着人民群众生活水平的提高，对城市美好生态环境的诉求也越来越迫切，党的十八大以后对城市建设发展也提出了新要求：保障水安全的基础上，优化人居环境、提升城市形象。针对传统城市防洪工程设计在城市外围“围城”，进而导致城水隔绝等方面的弊端，本研究旨在探索一种融合城市滨水空间设计的城市防洪工程设计理念，为城水和谐共生、城市绿色、可持续发展提供参考。

1 国内外城市防洪工程建设研究现状及问题

1.1 国内外城市防洪工程建设研究现状

20世纪50年代，西方国家在经历100多年河流大规模开发利用及工程建设之后逐步转向河流保护，河流治理重点为污水处理和河流水质保护，进入90年代，进一步拓展到河流生态系统恢复。如德国早在20世纪30年代就开始关注河流开发利用工程建设的负面影响，并于20世纪50年代创立了近自然河道治理工程学，为20世纪80～90年代莱茵河、伊萨河等治理修复提供了理论指导，也为2000年《欧盟水框架指令》的出台奠定了理论基础。20世纪90年代以来，日本开展了丰富多样的多自然型河流整治，如在太田川所有18处拦河设施上加设鱼道，恢复河流连续性；在千曲川、加势川、多摩川采取开挖河道、改造裁弯取直的旧河道、人造河床水坑等措施，营造生物生存新空间[1]。总体看来，西方国家在经历了水利工程大开发之后，于20世纪90年代开始进入生态水利工程建设的蓬勃发展期。

国内城市防洪目前总体仍处于工程开发建设阶段，城市防洪工程的建设多以水利部门为主导，堤防型式以传统刚性堤防为主。20世纪以来，国内在生态堤防这一领域开始涌现大量理论研究和实践探索，徐东来[2]认为，传统堤防建设无法满足可持续发展的需求，容易造成生态系统的崩溃以及水资源的枯竭，并提出了生态堤防的全新工程设计概念；朱三华等[3]、叶伟娟[4]提出，堤防断面型式设计既要考虑河道生态又应与自然景观融为一体，提出了生态堤防工程的典型断面设计，并因地制宜地应用于广州生物岛和浙江龙泉溪，较好地统筹了防洪安全和生态安全；于琦[5]系统介绍了生态水利工程的内涵，阐述了生态堤防的设计原则，提出了生态堤防设计在堤线布置、堤型选择、河流断面设计、防护岸设计和周边景观设计等方面的要点。

1.2 存在的问题

长期以来，国内滨水城市防洪工程设计一般依托所在流域控制性防洪枢纽对洪水的调节作用，同时不断加高加固城市外围堤防。传统堤防设计大多强调河道自身的治理，多采取加固加高堤岸、裁弯取直等工程措施，传统堤防建设在一定时期内带来了巨大的防洪减灾效益，极大促进了社会经济发展，但同时也极大地改变了部分河道的天然结构和功能，一定程度上违背了河流自然演变规律，在河流自然生态、水生动植物的生存繁殖、人文休闲娱乐、拓宽城市空间或提升城市品位等综合功能方面也较少体现。

近年来，相关研究人员提出了生态堤防的相关概念和设计思路，生态堤防设计较传统刚性堤防设计有了长足的进步，但仍局限在改进堤防断面型式、适当结合绿化园林设计的阶段，设计思路仍然以传统水利为主，尚未统筹和集成城市规划、水利、环境保护、建筑等多部门多学科，从而实现堤防所在滨水空间的整体改造和提升，不能称之为真正意义上的生态堤防。

2 融合滨水空间设计的城市生态堤防设计

针对长期以来城市防洪工程设计存在的问题，本文旨在探索一种全新的城市防洪工程设计思路—融合滨水空间整体化设计的城市生态堤防，将城市防洪作为基础，统筹和集成城市规划、生态环境、水利工程、园林景观、给排水、建筑美学等多领域，做到城水相融，人水相依，提升城市滨水景观品质。

与传统堤防设计相比，融合滨水空间整体化设计的生态堤防设计的主要目的是在保障防洪安全的前提下，打破城市与水之间的生态阻隔，实现人水和谐，其设计应体现系统治水思路，多层次、全过程、全系统治理[6]，还城市滨水岸线以自然空间，并与城市功能有机结合。多层次治理，体现在从流域、区域、河道等多层次系统设计，实现多目标综合治理；全过程治理，体现在源头减排、过程控制、末端修复等全过程控制，改善水生态环境；全系统治理，体现在统筹河流、土地利用规划、生态系统、建筑景观等，旨在将水系治理，城市建设和土地资源开发利用有机结合。

结合国内滨水城市生态堤防设计的特点，总结其关键技术集中体现在以下几个方面：一是对区域水系的系统治理，可因势利导改善区域水系连通状况，疏通行洪通道，维系蓄滞空间，提高防洪能力；同时，加速水体流动，增强自净能力，提高水系健康保障能力，改善水生态环境；二是采取有效措施降低生态堤防堤顶高程，将传统抵御洪水转变为消纳、调蓄洪水，适宜的堤顶设计高程对打破城市与水系的生态阻隔至关重要；三是对城市滨水空间整体化设计，可结合区域相关控规，统筹和集成城市规划、园林建筑等多部门多学科，因地制宜打造滨水特色功能区。

本文以地处珠江三角洲北缘、濒临南海的广州市南沙区万顷沙联围某堤段的融合滨水空间的生态堤防设计为案例，详细介绍该区域以打造兼具城市公共服务功能的绿色滨水空间为目标，将区域水系充分连通，并因地制宜建造湿地公园作为城市雨洪净化系统，形成健康水生态；绿色柔性生态堤防充分利用天然消浪设施降低堤顶高程，建立可靠水安全；依托丰富滨水资源，并充分与区域规划衔接，打造人水共享、丰富多样的滨水空间，最终实现城水共融。该案例的设计集中体现了生态堤防设计的系统治理思路。

3 区域基本情况及存在问题

3.1 基本情况

广州市南沙区万顷沙联围某堤段处于珠江三角洲水系上横沥水道、凫洲水道、下横沥水道、蕉门水道、龙穴南水道五水汇聚之处，区位优势明显。该滨水空间位于南沙新区规划的明珠湾核心区四大组团之一，规划定位以粤港澳深化合作综合功能为主，以“岭南智慧水城，南海魅力湾区”作为建设主题，依托现有环境资源，塑造宜居、宜业、创意、活力、和谐的滨海生态新城形象。

珠江三角洲现状防洪潮体系由流域上游控制性防洪水库、蓄滞洪区及下游三角洲堤防组成，该堤段现状防洪(潮)标准为50年一遇，随着区域城市定位的提升，根据相关规划，该区域防洪(潮)标准规划为200年一遇。

3.2 存在问题

该堤段现状防洪(潮)标准低，不适应未来城市对防洪安全的需求。该堤段长约8.86 km，现状防洪(潮)标准为50年一遇，堤顶路面高程8～9 m，防浪墙高0.6～0.7 m。根据区域附近潮位资料统计，多年平均高潮位为5.68 m，50年一遇年最高潮位为7.94 m，200年一遇年最高潮位为8.36 m。可见，现状堤防并不足以抵御50年乃至200年一遇设计高潮位。结合区域规划发展定位和未来城市建设规划布局，工程所在区域规划防洪潮标准为200年一遇，显然，现状堤防标准偏低，不能满足现状和未来区域建设发展对防洪潮的要求。

现状堤防结构型式不够美观，难以适应未来城市发展对生态景观的要求。现状堤防堤身断面为传统的直立式或斜坡式结构，多采用浆砌石或干砌石护岸，样式生硬呆板，缺乏美感及亲水性，难以适应未来城市发展对生态景观的要求。

堤防周边现状观感不利于片区规划功能的实现，难以匹配区域规划定位高度。区域现状用地以鱼塘、农田和散落村镇为主，现有水系较发达但水动力循环不足，整体而言，现状生态景观不利于片区规划功能的实现，难以匹配区域高端功能集聚的规划功能定位。

4 设计方案

针对该区域现状防洪潮标准偏低、周边现状不利于片区规划功能实现，难以匹配区域规划定位高度等问题，同时结合该区域现状水系发达、区位优势明显及规划定位等因素，确定区域的设计思路以打造兼具城市公共服务功能的绿色滨水空间为目标，总体设计布局包括区域水系连通改造、绿色柔性生态堤防设计、人水共享滨水空间设计。

4.1 水系连通

考虑到联围内现有河涌出口均有水闸挡潮，水动力循环不足，依托现有的横向8条河涌的水系格局，紧邻堤防开挖一条纵向的水系连通形成水网，在遭遇外江高潮位，水闸关闭期间也能保障内部河涌充分循环流通，增强水动力条件，改善水环境(图1)。

图1 区域水系联通平面示意

为尽量减少城市建设对现状的扰动，利用围内鱼塘和低洼地打造城市生态湿地公园，增加城市公共游憩空间，形成区域生物栖息地，与堤防外侧滩涂湿地形成生态廊道系统，同时与区域所处的三角洲五水汇聚相呼应，形成独一无二的岭南水乡城市意境。同时，区域内城市雨水经过滤和净化后外排入连通水体，水质经湿地公园等内部循环净化，形成水生态净化系统，具有多重生态效益。

此外，连通水系和湿地空间可以作为调蓄库容，滞蓄城市雨洪和堤防越浪量。水系和湿地的开挖方量可作为生态堤的填筑材料，实现土方平衡，减少土方外购成本。

4.2 绿色柔性生态堤防

传统堤防的设计以安全为核心，故堤防高程需考虑设计洪潮水位、波浪爬高和安全超高等要素，往往堤顶高程远高出后方平原保护区高程，形成堤防“围城”效应，滨水景观效应较差，同时隔断了城市与水系的生态廊道连续性。生态堤防将传统抵御洪水转变为消纳、调蓄洪水，由传统的刚性对抗洪潮水到刚柔相济、城水和谐共生。

4.2.1堤顶高程

根据水文分析成果，工程所在区域主要受珠江河口潮汐影响，200年一遇设计潮位采用工程附近南沙潮位站(站点与工程直线距离仅300 m)设计潮位成果8.37 m，若按照传统堤防堤顶高程设计，还需考虑波浪爬高和安全超高，堤顶高程将达到9.9～10.6 m，即需要在现状堤顶高程基础上再加高1.0～1.5 m。

为避免“堤防围城“效应，更好贯彻“绿色柔性堤防”的理念，充分考虑该堤段堤防外侧现状分布有50～300 m宽的滩涂，且大量种植树林的实际情况，经过反复论证和大量分析计算，最终提出滩涂植被消浪、抛石子堤消浪，堤后联通水网消纳越浪量，3种措施可有效降低堤顶高程。经数学模型分析计算，堤外滩涂植被消浪可有效降低堤顶高程1.3～1.5 m,结合局部抛石子堤消浪、堤后水系消纳越浪量，最终该堤段生态堤防200年一遇堤顶高程为8.9 m，可维持现状堤顶高程不加高，比传统海堤堤顶设计高程降低1.0～1.5 m。该段生态堤防堤顶高程的设计，在保证防洪(潮)安全的前提下，减少了传统海堤对城市和海洋生态廊道的阻隔，较好地实现生态堤防的综合效应。

为使堤外滩涂植被消浪效果达到预期，切实保证堤防达到200年一遇设计防洪潮能力，经分析计算，植被林带宽度须不小于85 m，林木主干平均半径须大于0.1 m，林木成等边三角形交错排列株距和行距分别小于4.8 m和4.2 m。生态堤防平面示意见图1、2。

4.2.2堤防断面型式

堤防断面形式可采用混合式断面结构和自然式断面结构，改变传统海堤迎水面为垂直面的弊端(图3、4)，采用阶梯式迎水断面，在阶梯上种植适应不同水位生长的植被，每年的洪潮水为迎水面阶梯带来充足的沙土和养分，植物能自然地繁衍和生长。堤顶道路可为两级，第一级道路位于堤顶，宽度为5 m，二级道路结合堤后景观道路布置，宽度不小于4 m，两级道路共同发挥防汛抢险、亲水平台以及景观步道等的作用，改变传统海堤堤顶布置双向8 m宽防汛道路由于体量大从而填方量大，交通限制因素多、生物廊道割裂和城水空间阻隔的弊端。

图2 生态堤防平面示意

图3 生态堤防典型平面示意

图4 生态堤防断面示意图

4.3 人水共享滨水空间设计

以联通水系和绿色柔性生态堤防为肌理，滨水空间规划设计的目标是将区域拓展成兼具城市公共服务空间属性的绿色滨水空间，最终实现区域城市价值的提升，构建以生态、智慧和休闲为特色的国际化滨海新城。结合区域相关规划，因地制宜打造湿地公园、红树林保护区、游船码头区、粤港深度合作香港工业园等特色功能区。

整合堤段北部现状的鱼塘资源，将其改造成集生态、休闲观光的大型湿地公园。整体景观风貌保持原生、野趣的特色，应展现水乡、水街、水巷的诗意栖居的生活风貌，突出重点湿地景观，避免建造面积过大的景观节点；充分利用和保护区域丰富的红树林湿地资源，通过建造亲水木栈道、林间散步小径、绿化提升等优化红树林滨海湿地保护区；配合区域规划的跨海大桥、游船码头等，规划设置商业广场、游船码头广场、户外音乐舞台等娱乐空间，为滨海空间注入持久活力；堤段最南端营造服务于周边居住社区(区域规划有国际水乡社区)的农业观光带，配套运动场地、自行车道以及生态湿地等基础设施，改造部分农田，供周边居民体验耕作乐趣，旨在提供社区交流活动和生态农业观光的绿色休闲场所。

图5 滨水空间规划设计方案示意

5 结语

国内外城市防洪建设大体都经历了从“重视安全保障”到“全面构建复合功能”的转变，融合城市滨水空间整体设计的城市防洪工程设计理念在这一发展背景下应运而生，以城市防洪为基础，统筹和集成城市规划、生态环境、水利工程、园林景观、给排水、建筑美学多领域，做到城水相融，人水相依，提升城市滨水景观品质，对新时代城市建设和水利发展具有一定的导向意义。同时，该设计理念体现了多层次、全过程、全系统的治水思路，是一门综合性较高的新兴科学技术，还将不断在理论和实践中进一步发展和创新。