水生植物在海绵城市构建中的应用——以圭塘河井塘段城市“双修”及海绵示范公园项目为例

刘 苍，刘聿轩

（1.湖南水利水电职业技术学院，湖南 长沙410131；2.长沙理工大学建筑学院，湖南 长沙410015）

近年来，我国许多城市都面临内涝频发、径流污染、雨水资源大量流失、生态环境破坏严重等问题。很多城市暴雨后，引发严重内涝，“看海”成了流行词。城市发生内涝，很重要的原因是道路和建筑改变了地表径流量，增加了地下管网的负担，而传统的市政“雨水排的越多，越快，越顺畅”的模式，忽略了雨水的循环利用。实际上，可以通过海绵城市建设，统筹解决城市内涝、雨水资源化利用等多个问题。

什么是海绵城市？水生植物在海绵城市构建中能发挥什么作用？如何进行配置？本文以长沙圭塘河井塘段城市“双修”及海绵示范公园项目为例，剖析水生植物在海绵城市中的生态功能和景观美学价值，为海绵城市构建中景观植物设计提供参考。

1 海绵城市的概念

2013年底，习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出：建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，遇到有降雨时能就地或就近吸收、存蓄、渗透、净化雨水，补充地下水、调节水循环；在干旱缺水时有条件将蓄存的水释放出来，并加以利用，从而让水在城市中的迁移更自然，不完全依赖下水道等“灰色设施”。

海绵城市建设应遵循生态优先原则，将自然途径与人工措施结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。

海绵城市就要有“海绵体”，“海绵体”既包括河、湖、池塘、湿地等水系，也包括绿地、花园、可渗透路面等城市配套设施。雨水通过“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用，最后剩余部分径流通过管网、泵站外排，从而提高城市排水系统的标准，缓减城市内涝的压力。

中国工程院任南琪院士对我国海绵城市建设划分了不同版本，海绵城市1.0版是最原始的纯自然功能净化；2.0版则是靠一些人工设施来实现；3.0版是利用自来水厂、污水处理厂、城市水体与湿地、地下水等构成一个循环系统；而4.0版，就是在城市自然地理环境、气象条件、基础设施等大数据采集的基础上，运用高科技开展顶层化数字设计，建立仿真系统，从而实现城市排涝和环境宜居的目标。

2 水生植物分类和生态功能

2.1 水生植物的分类

水生植物是指生长在水中或潮湿土壤中的植物，不同场地的水生植物构成不同植物体系。水生植物分为以下几类：

1）沉水植物：其根扎于水下土壤之中，全株沉没于水面之下，常见的有苦草、狐尾藻、黑藻、菹草、金鱼草等。

2）漂浮植物：其茎叶或叶状体漂浮于水面，根系悬垂于水中，常见的有浮萍、大漂、凤眼莲、萍蓬草等。

3）浮叶植物：根生长在水下泥土之中，叶柄细长，叶片自然漂浮在水面上，常见的有睡莲、满江红等。

4）挺水植物：其茎叶伸出水面，根和地下茎埋在泥里，常见的有水生鸢尾、荷花、旱伞草等。

5）滨水植物：其根系常扎在潮湿的土壤中，耐水湿，短期内可容忍被水泯没。常见的有垂柳、池杉等。

2.2 水生植物的生态功能

1）生物多样性功能。水生植物品种繁多，从陆生逐渐过渡到沉水，层次丰富。此外，水生植物的几何形态、色彩气息、季像变化也各具特色。水生植物从大到几十米高的乔木，小到几公分高的沉水、漂水植物，形成完整湿地植物群落，为不同野生动物提供优良栖居地，这些水生动、植物的不断繁衍和相互作用，使水体环境逐步演化为具有生命活力的自然生态体系。

2）净化水质功能。水生植物光合作用吸收CO2、放出O2，改善水体质量，并且能消除水体中许多污染元素，具有重要的生态恢复功能。水葱能净化水中的酚类；芦苇能净化水中氯化物、有机氮、硫酸盐，能吸收汞和铅；凤眼莲对氮、磷、钾及重金属离子均有吸收作用；沉水植物还可以促进水中悬浮物、污染物质的沉积，并可通过吸收、转化、积累作用降低水中营养盐，从而抑制水体内浮游藻类生产量，同时能防止底泥的再悬浮，提高水体的透明度。水生植物在美化水体景观、净化水质、保持河道生态平衡方面具有显著功效[1]。

3）保护河岸、涵养水源功能。植物根系具有较强的穿扎固土能力，在坡面上和消落区种植耐水湿的乔灌木和地被植物，一方面减少地表径流，另一方面可以减轻水流、波浪对河湖岸的侵蚀和冲刷，起到固土护坡作用。同时，植物的根茎叶的生长对土壤具有改良作用，提高了土壤持水性，增加了土壤抗侵蚀能力。所以岸边种植水生植物既能保持水土起到固土护岸作用，又能提高河岸土壤肥力，改善生态环境[2]。

3 长沙海绵城市水生植物的应用

长沙为亚热带季风气候，降水充沛，雨热同期，四季分明。年平均气温17.2℃，年均降水量1 361.6 mm。长沙作为中部海绵城市建设示范区，扩大植物绿色覆盖，加快推进海绵城市建设，已经成为城市“双修”重点内容。

长沙水生植物资源丰富，在园林景观中常用的水生植物近40种，且每年都会引进新品种。其中荷花、睡莲、花菖蒲、水生鸢尾、美人蕉等属于具有较高观赏价值的种类，群植、丛植可营造片、面、点的景观效果；芦苇、水葱、香蒲、金鱼藻等植物具有较强的净化水质功能，适合在靠近河、湖岸边水域或在浮岛上种植；常见的垂柳、池杉、水松等大乔木滨水种植，可美化河、湖岸线。

目前正在建设的长沙圭塘河井塘段城市“双修”及海绵示范公园项目是全国为数不多的海绵城市4.0项目，总占地370亩，绵延2.3 km，规划了“四个全国之最”：最强“海绵体”、最智慧河道系统、最丰富滨河公园、最长液晶天幕，力争打造集购物、娱乐、休闲于一体的自然生态示范区、运动休闲区、文化艺术区和生活体验区。4.0版本海绵城市公园，创造性地引入了大小海绵理念，大海绵是指对片区内全部综合排污、排水管网进行整体改造，通过新建截污管网、调蓄池、生态滤池，建立多级生态过滤体系，将70%以上的降雨和污水就地消纳和利用，确保进入圭塘河的水质得到提升；小海绵则是对大海绵的补充，在公园道路周边设置小型景观生态滤池、雨水花园等点状海绵设施，通过大小海绵的联动，实现对圭塘河的生态修复。

在生态修复过程中不同区域对水生植物的生态功能要求各不相同，所以水生植物的利用要遵循再现自然的原则，应选择与当地环境气候相适应的水生动、植物，确保生物的存活率，选择的景观植被和造型应与生态绿心环境相适宜。

1）岸带修复中水生植物的应用。岸带修复主要对已有硬化河岸进行生态修复，通过恢复岸线和水体的自然净化功能，强化水体的污染治理效果。该项目生态岸带有近自然驳岸、石笼驳岸、生态袋驳岸等形式。

近自然驳岸是指驳岸较缓，驳岸两侧植被较多，包括完整的挺水植被，如芦苇、灯芯草、水生鸢尾、再力花等和沉水植被，如菹草，金鱼藻，苦草等。近自然驳岸不仅能起到防浪护坡的效果，还能有效地净化水中的污染物；石笼驳岸采用高强度钢丝编织成六角形笼状，填充石块以后就可以覆土播草种绿化；生态袋驳岸是指在驳岸堆放生态袋用来防浪固坡，生态袋透水性高、消浪效果好，且袋内能生长植被，可净化水质。草种主要有马尼拉、黑麦草、狗牙根、百慕大等。

2）河道生态净化中水生植物的应用。对河道及部分连通生态调蓄塘进行生态修复，设置沉水植物、浮岛等，并适度投放水生动物，逐步恢复以沉水植物和底栖生物等为代表的较为完善水体生态系统给微生物提供繁殖场所，形成“沉水植物-底栖动物”的共生生态，净化水体，保持水体良性循环。

水生植物系统构建采用“四季常绿矮型品种草坪+季节性水草+景观沉水植物”配置方案。四季常绿水下草坪，选用改良矮型苦草；季节性水草，强化对营养盐的净化吸收和水景效果，其中冬季水下森林用小茨藻等，而夏季水下森林用龙须眼子菜、轮叶黑藻等，在水体中央分别配置水域。景观沉水植物用水兰，提升水景效果，丰富水草种类，健全水生态系统的稳定性。

浮岛犹如一个水上陆地，在上面种植浮水植物仅用一个框架将其需要的范围圈住即可，常选用睡莲。浮岛也会种植一些大型挺水植物，如千屈菜、黄菖蒲、水生美人蕉等。浮岛植物不仅营造了水面的景观，同时还净化了空气，它创造了适宜多种生物生息繁衍的环境条件，在有限区域重建并恢复水生态系统。

3）雨水花园和生态滤池中水生植物的应用。雨水花园是一种有效的雨水自然净化与处置技术，它收集地面和屋顶雨水，在地势较为低洼的区域，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水或补给景观用水。该项目的雨水花园分布在整个公园，产生的雨水被雨水花园接收，透过土层被过滤并排入圭塘河。根据雨水花园种植区不同的水淹情况，可分为蓄水区、缓冲区、边缘区。植物在这3个分区中的配植要充分考虑到不同植物的耐淹、耐旱特性。雨水花园在降雨期间水体流动速度较快，因此要求植物拥有较深的根系。此类植物有芦苇、芦竹、香蒲、伞草、细叶沙草、香根草、红寥等。

生态滤池是深度净化雨水的设施，池中储存的雨水通过砂滤层过滤被净化，溶解物通过与过滤料的化学反应从水中被去除。其中生物净化过程才是最重要的净化部分，过滤料的颗粒表面为净化雨水的细菌提供了营养源和生存地，细菌通过消耗氧气将有机污染物分解为二氧化碳和水。该项目设置8个生态滤池，主要分布于圭塘河井塘段两岸。在滤池内大约30%的时间有水，所以选择种植芦苇和黄菖蒲、水生鸢尾、水生美人蕉等球根植物，能忍受壅水和土壤的长期湿润。

4 结语

根据2016年长沙市政府关于全面推进海绵城市建设的实施意见，力争用15年左右时间将长沙市建成我国中部地区特色鲜明、功效完善、产业健全的海绵城市典范，城市建成区80%以上的面积达到将75%的降雨就地消纳和利用的目标，实现“小雨不积、大雨不涝、水体不黑臭、热岛效应有缓解”。

圭塘河是长沙唯一的城市内河，随着城市化快速发展，从20世纪70年代末开始，圭塘河逐渐被污染，河岸垃圾遍地、污水横流、水质黑臭，被称为“臭水沟”。2011年，圭塘河流域综治项目启动，主要进行河道清淤、重金属污染治理、生态修复等建设。2016年建成的圭塘河生态景观区长3.2 km，沿河展幅约200 m。恢复蜿蜒九曲的河岸自然生趣；人们不仅可远观，还可以亲水嬉戏；河内水流清澈，鱼儿在水底嬉戏，两岸树木成林，花草丛生。昔日“臭水沟”正在华丽变身，成为长沙最为瞩目的风景线之一。

圭塘河井塘段城市“双修”及海绵城市建设示范公园项目，属于圭塘河综治系统工程，其建设旨在对圭塘河香樟路-劳动路河段生态环境进行治理，构建海绵城市示范公园，下雨时对沿河两岸的雨水进行吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用，从而增加圭塘河的水流量，提高水资源的利用率，减少沿河两岸的污水排放，使区域生态环境得到有效治理，圭塘河中游水质和水量得到彻底改善。该项目将成为长沙城市生态修复、城市修补的标杆项目。

圭塘河海绵城市示范公园项目的建设，对改善沿岸生态环境和水体环境、提升水质净化能力、蓄水和增水有重要作用，对长沙市其他区域的建设具有示范作用。

根据海绵城市建设功能需要，结合当地气候环境特点，根据水面宽窄、水流缓急、空间开合科学地进行水生植物的种植配置，还要考虑植物的姿态、线条、形韵和色彩进行搭配，从而使海绵城市更具活力、更美观，促进生态环境的有效维护，提升城市蓄水与净水的能力，为海绵城市的可持续性发展提供更为深入的保障。