城市人工湖设计关键技术分析

城市人工湖设计关键技术分析［摘要］针对城市人工湖泊的特点，对人工湖的设计思路进行梳理和总结，归纳了设计过程中的关键技术问题，提出了解决这些关键技术的思路和方法。

［关键词］城市人工湖设计关键技术一般来说城市人工湖设计的核心内容是确定湖区的规模、水体的形态、湖区水深和运行水位，而决定湖区设计功能实现的关键问题是水体运行方式、水环境保护和湖区的防渗处理。

1 湖区规模湖区规模指水域面积，水域面积的确定要综合考虑城市的人口规模、水面功能需求、经济社会发展水平、自然条件、土地资源与水资源承载能力等因素。

其中，起控制性作用的是水资源量和土地资源。

水资源量指湖区供水水源能够提供的蓄水和补水的水量；土地资源指能够提供的湖区用地面积。

2 水体形态湖区水体形态包括水域的平面形态和水域的底部形态。

（1）平面形态是人们对某片水域最直观的感受，也是业主关注的设计核心点。

平面形态设计要考虑人的美学欣赏、城市定位、历史文化背景和景观功能分区等多种因素。

设计中应通过对城市的历史文化、定位、发展方向的挖掘和解析，提炼出城市的内涵，从形态意象寓意的构成角度来定义和表现出湖区形态。

（2）人工湖的水域底部形态在考虑地形条件约束和进出口条件的影响，应该尽量以流线型的圆、椭圆或接近圆或椭圆的形状为主，一是保证水体的整体流向平顺，有利水体交换，二是减少水流之间的干扰顶托，降低人湖营养物质不均匀沉淀的机会。

考虑垂钓、游艇通行、游人安全、嬉水以及维持水域生态等不同功能要求，底部断面形态需要有深有浅、深浅结合，一般分为深水区、浅水区、过渡区三部分。

深水区：满足旅游船只通航需要一定的吃水深度，同时，为了保证人工湖成湖后，自身生态系统的建立，具有较好的自净能力，也需要设置深水区；浅水区：在亲水景观区，考虑到亲水功能需要及安全需要，此部分水深要略浅，方便游人与水的自然接触，一般除码头段外所有湖区岸线3～5 m范围水域内定义为浅水区；过渡区：浅水区与深水区之间的衔接为过渡区域，过渡区域的坡度应缓于1∶5。

3 湖区水深总的来说，湖区水深不是一个定值，根据功能片区的划分，不同位置采用不同值。

一般来说，滨水景观区（亲水休闲无栏杆）水深0.2～0.5 m，湿地区水深0.2～1 m，垂钓区水深0.8～1.5 m，码头及通航区域水深应大于1.5 m，水体自净要求深水区大于2 m，水生动物活动适宜水深一般在0.8～1.0 m，北方还应考虑冬季鱼类安全越冬，加上冬季的多年平均结冰厚度。

湖区水深的重要参数是确定湖区的平均水深。

人工湖泊的水深是人为的，没有绝对的标准。

从理想的角度，水深越深，水体越大，湖泊的功能越强，湖泊的生命力越旺盛；但从投资的角度，人工湖泊在满足各项功能需求的前提下，湖区水深尽量采用较小值，以减少工程开挖量，降低工程投资。

因此，需要结合地形条件、地质条件综合考虑功能要求、景观效果、水生态、工程量四个因素。

统计国内人工湖的实例，一般平均水深在1.6～4 m 之间。

一般水源补给条件差，水质标准低、入湖污染物多，换水周期长，为了使湖区形成良好的生态系统，增强水体自净能力，选择的平均水深就深，反之则选择的平均水深就浅。

4 运行水位运行水位包括正常蓄水位、最高蓄水位、湖区最低设计水位等，重点是正常蓄水位的确定。

在水深一定的情况下，正常蓄水位越高，湖底开挖高程也越高，开挖工程量相应减少；但同时对于补水水源以及周边雨水汇流的影响也会增大；另外，挡水建筑物的高度也随之增大，将增加挡水建筑物的规模与投资。

因此，要针对不同的蓄水位方案，进行技术、经济、运行等方面的综合分析比较，推荐最优方案。

5 水体运行方式湖区水体运行方式主要考虑城市水资源分布利用、水体运行费用、水质保护及补水水源的运行方式等因素。

一般来说水体运行方式有两种情况：5.1 湖区水体自循环通过水泵等工程措施，实现湖区内部水体循环，以保持湖区水体具有良好的水质，一般需要结合人工湿地等水环境保护措施。

5.2 湖区水体外循环当有充足的补水水量、水源水质满足湖区水质标准要求、且下游有用水要求时，可采用水体外循环对湖区水体进行置换。

从人工湖水体自循环及外循环两种运行方式来看，自循环运行可靠度高，不受外部影响，但运行费用较高。

而外循环受制于供水水源的运行方式和水质、下游用水要求等多种因素。

实际设计过程中，解决湖区水体的运行方式需要明确以下4 部分内容：（1）对湖区水体的功能定位。

主要了解湖区有没有调蓄暴雨洪水要求；周边雨、污水是否要汇入湖中，如果汇入，是哪些区域的水汇入，汇入的面积是多少；是否承担和承担多大范围区域的绿化用水；是否承担农业灌溉，如果有农业灌溉的要求，要掌握灌区的面积和作物种类。

（2）人工湖应达到的水质标准。

首先要明确人工湖的水体功能定位，一般来说，人工湖主要是景观用水，参照中华人民共和国国家标准GB3838—2002《地表水环境质量标准》的要求，人工湖水体应达到地表水Ⅳ类水质标准。

（3）供水水源及水质。

人工湖作为开挖的城市湖泊，供水水源的选择必须首先满足初期湖区库容的供水水量；同时，还需满足湖区运行过程中的补水量和为了保证湖区较高水质的换水水量要求。

（4）水体水量供需分析。

人工湖正常运行后，其补水需求量主要包括以下几部分：①湖面蒸发；②湖体渗漏；③绿化用水；④灌溉用水量；⑤其它功能性用水。

确定了以上内容后，就可以按月分别统计计算各类的水量损耗，按月统计计算湖区降雨和汇流补水量，制作水量平衡分析表，从而可以得出每个月的湖区需要的补水总量。

根据水量平衡分析表和可能的供水水源的运行方式，分析可能的补水方案。

据此，制定出最终的湖区水体运行方案、确定各种特征水位以及引水建筑物和引水渠道的规模。

总的说来，湖区水体的运行方式不是一个孤立的问题，与水环境保护是相互关联的，应该根据整个城市的水资源分布、退水用途、水系规划等进行系统的分析，综合考虑水质保护、旅游景观、休闲等城市服务功能、城市防洪、弃水综合利用、运行管理、对地下水的影响等因素。

6 水环境保护水环境保护措施决定着湖区水体置换的频率，因此，水环境的保护制约着水体运行方式的确定。

一般水环境保护主要包括水环境现状评价、水环境污染分析、水环境保护目标、水环境保护措施的布置与设计以及水环境保护综合效果评价等。

（1）水环境的现状评价与污染分析。

首先，通过对供水水源的水质监测和现场调研，对各种入湖的水体水质做出评价。

其次，分析湖区的外源污染物和内源污染物。

外源污染物主要包括供水水源的污染物、湖周和湖心岛部分雨水径流污染物、湖面降雨和降尘的污染物、旅游污染、岸边枯枝落叶等污染源进入湖区量；内源污染物主要包括底泥污染物释放量、水生生物产生的污染量等。

然后，选取主要水质指标预测未来湖区污染物的总量。

最后，根据上述预测的湖区接纳污染物总量，对人工湖水体水质进行预测评价，得出如不采取任何水环境保护措施在水体自净能力的情况下，湖区水体水质可能达到的标准，以此来判断是否采取必要的水环境预防和治理措施。

（2）水环境的保护措施。

水环境保护措施包括外源污染物的控制措施、内源污染物的控制措施以及水环境保护的工程措施。

外源污染物的控制措施主要指对进入湖区的水体、大气污染、旅游污染、周围生活污染提出控制措施，避免和降低进入湖区污染物的数量。

内源污染物的控制措施主要指对底泥和湖区水生动植物采取的控制措施。

水环境保护的工程措施主要指随着湖区运行时间的增长，污染物在水体内会不断累积，条件适合时有发生水体富营养化的可能，在外源、内湖污染物得到控制的基础上，为了维持水体的目标水质，仍需在湖区内进行水生生态系统工程建设和局部强化净化工程措施。

一般人工湖水生生态系统设计的总体思路是：通过改善湖区水质环境来恢复水生植物→通过水生植物的恢复引导生态系统向草型湖泊改变→使湖泊生态系统具备完善的自净系统→通过物种的人为搭配形成完整的生态系统。

局部强化净化工程措施指的是石湖区水生态系统建立中，会存在一些相对封闭的区域，这些区域内的水体很难与人工湿地等出水进行交换，相对于整个湖区水体，这些区域的水体的水质更易发生恶化，为防止这些局部水体水质的恶化，采取局部强化净化的工程措施。

7 防渗处理一般防渗处理包括水平防渗和垂直防渗 2 种，设计中应根据当地的地质条件，地下水位和相对隔水层的埋深，各土层的渗漏系数，湖区的防渗面积，通过技术经济比较来分析判断是否采取防渗措施以及采取哪种防渗方式。

一般来说，国内的人工湖大部分采用水平防渗的方式。

表1 是目前国内一些人工湖的防渗方案统计，从表中可以看出，早期，国内人工湖防渗在粘土缺乏地区多以膜料类为主，2005 年以后，湖区的防渗更加重视生态性，更多的采用环境友好型、为其它物种提供生存空间的防渗材料，体现人与其他物种的和谐共生。

目前常用的水平防渗材料有粘土防渗、膨润土防水毯防渗、土工膜防渗，表2 是常见的3 种防渗材料的技术经济比表，具体设计中应根据工程的特点选用合理的防渗方案。

表1 国内一些人工湖防渗情况统计表表2 常见水平防渗材料综合比较表8 结束语水资源是 21 世纪国家和城市发展的关键，城市水体，特别是城市湖泊作为重要的城市水体形态和财富资源，对城市的生态和微环境的营造起着决定性的作用。

目前，为了改善人文环境，提升城市品位，人工湖已成为城市规划和发展中的首要选择。

国内许多城市都通过合理的开挖人工湖，打造城市滨水景观，完善城市的总体景观格局。

一般而言，城市湖泊属非河道型浅水淡水湖泊，但建设城市人工湖泊具体的技术标准并没有建立，因此，在设计过程中，我们要注重挖掘人工湖的特点，掌握人工湖设计的关键技术，通过对天然要素的“人化”过程，将湖泊景观有机融人城市整体景观框架之中。