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新加坡海绵城市建设的三个要素
ABC水域设计景观有助于降低高度城市化集水区的水文影响，保持水道和水库的的水质，同时还能够美化环境，提高生物多样性。鉴于新加坡三分之二的土地都是集水区，在规划开发区过程中融入ABC水域设计景观是最为理想的做法。
与上一篇整体雨洪管理体系:源头解决方案、路径解决方案、去向解决方案相对应的，在整体解决方案中融入ABC城市设计导则，涉及到三大要素：
集水区要素
处理要素
输送和储水要素
集水区要素城市环境的地表（集水区要素）各不相同，主要归为以下几类：交通基础设施（机动车道路、非机动车道以及行人步道）、构筑物（建筑物、遮盖物和城市广场）、景观（田地和公园）、水道（河流、水渠及泄水沟）及水体（湖泊、池塘及水库）等。集水区要素-规划策略
针对新加坡建国初期市区中心交通过度拥挤、住房、就业等方面的问题及挑战，新加坡逐渐形成了一套系统、全面的规划体系。
在开始设计某一开发区之前，需了解场地的限制因素和潜力以及可能影响雨水流动的因素：
1.地形条件（天然斜坡/洼地）
2.地质条件（土壤类型和质量——孔隙率、渗透性和输水性）
3.内部排水、分集水区以及公共排水沟的连接点
开发区的设计还受限于建筑密度、容积率、高度限制和土地用途等基本城市规划参数。鉴于多项城市规划参数，允许利用不同的城市开发策略，每项策略的风景构型各不相同。
除了作为可持续雨洪管理系统的要素之外，ABC水域设计景观还补充了土地用途要求和空间功能。例如，间歇收集处理地面径流的雨水花园可以用于营造景观或不同的水景。
集水区要素-规划策略中的户外公共空间营造
城市公共广场作为城市空间的重要组成部分，承载了大部分的城市公共活动。传统的公共广场具有以下两个特征：
1.将景观与水文分隔开来
在传统的城市规划设计中通常将景观和水文视为两个独立分离的系统。水景较为普通，但是很少作为自然元素。他们通常是平铺的混凝土泳池，设置少量的景观或几乎无景观。虽然植物包括在这些水景范围内，它们只作为美学元素，种植在单独的花盆或种植槽之内。
2.将娱乐设施与水景和雨洪管理系统分隔开来
越来越多的公共广场选择设置喷泉，供人们娱乐休闲。但是，喷泉大多数起的是美学作用，很少起到雨洪管理功能，通常都是由自来水作为补充，浪费水资源，成本巨大。
在ABC城市设计导则下的水域景观综合广场结合了环境、水体及社区。提高了广场的综合效率，并且具有以下优点：
1.净化
植被通过吸收营养物和其他污染物净化或处理雨水径流，从而改善水质。
2.维护成本低ABC城市设计导则下的水域设计景观属于自持式自然循环系统，几乎不需要维护。
3.美学功能
ABC水域设计景观不仅兼具雨水处理和管理作用，同时与水景和植被相结合后还能营造出充满活力和令人轻松的环境，供人们进行社交活动。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
德国柏林波茨坦广场-生态净化群落
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
德国辛德尔芬根迈巴赫卓越中心-生态净化群落
集水区要素-户外公共空间中绿色建筑
在新加坡，ABC水域设计景观在建筑中的常见应用可以根据下列几种建筑要素进行分类：
1.屋顶
主要可分为密集型绿色屋顶和粗放型绿色屋顶。密集型绿色屋顶是屋顶指定为休闲区域的大型绿色空间，密集型绿色屋顶的基质深度一般可达mm以上，在屋顶收集净化雨水（利用雨中花园或生态净化群落），之后引入各个水景，灌溉阳台花园、垂直绿化等，除对雨水的滞蓄、净化功能外，还强调雨水的回用功能；
粗放型绿色屋顶属于几乎不需要维护的植被屋顶系统，利用轻质植生基材和较浅的排水层/贮水层存储雨水，基质深度一般在mm以内，在无降雨时用于浇灌屋顶植被，与没有粗放型绿色屋顶的传统屋顶相比，粗放型绿色屋顶可以减少屋顶径流，滞蓄雨水，改善“热岛”效应。
2.空中花园、阳台、播种筒及垂直绿化
在使用处理要素时，不受限于空间的大小。可以在分层式系统或多层系统和序列式系统中使用生态净化群落和生物滞留播种筒，达到同等的净化标准（ABC水域设计基于对新加坡试点项目的初步评估和检测结果，认为总悬浮物去除率80%，总氮去除率45%，总磷去除率45%的目标是可以实现的）。
3.地面绿色植物
地面绿色植被洼地作为地面蓄水的一部分也对收集到的雨水起到一定的净化作用。净化后的雨水通过绿地下渗或者缓慢排入到河流和地下管道。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
美国芝加哥市政厅-屋顶花园
集水区要素-户外公共空间中交通系统
新加坡常见的道路有向路缘石或中央分隔栏倾斜的车道，其中路边排水口将雨水径流导入排水沟和涵洞，最终引向主干雨水渠。
在这种情况下，可以较为轻松有效地整合生物滞留洼地和低地，不仅仅用于雨水滞留（减缓雨水径流流向排水沟和水渠的流速），同时还可以在雨水径流排入目的地水道之前实施净化。
对于小型的集水区而言，植被洼地可以用作路边排水沟，输送雨水径流，允许某些沉淀物沉降。
目前，新加坡的道路通常包括人行道、车道、绿色路缘和相互平行的路边排水沟。如果空间足够大（如靠近停车场的道路），可以将人行道设置为蜿蜒小道，并与排水沟或景观相结合，增强行人的体验。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
JTC洁净科技园的蜿蜒石头小路（点击名称查看项目信息）
处理要素RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例台北电信公园
处理要素（或ABC城市设计导则水域景观设计）可用于城市形态，以减缓、滞留或截留初期冲刷的雨水径流，同时完成净化。
对于城市雨洪管理而言，这些景观兼具成本效益、可持续性和环境友好性。这项景观成本在开发区总资本成本中占据的比例很小，同时还能产生众多环境效益。
处理要素-ABC导则在雨洪管理方面的作用
ABC城市设计导则下的景观设计属于自然植物和土壤系统。在水景观设计实施中各处理要素净化能力不尽相同。例如，沉淀池在消除颗粒物质或可溶性营养成分方面的作用几乎可以忽略不计，但是却能有效地沉淀和分离较大的污染物或中等大小的污染物。
可以按照下列两种基本属性理解各项处理要素：
1.其主要采用哪种处理工艺？（沉淀、过滤或生物吸收）
2.其主要的雨洪管理功能是什么？（输送、滞留或截留）
处理要素-植被洼地
植被洼地是带缓坡的天然排水沟，其主要作用是：
1.降低流速，保护下游水道在暴雨期间免遭水流带来的侵蚀损害；
2.通过清除粗颗粒等方式为生物滞留洼地、雨水花园或人工湿地等下游ABC水域设计景观实施有效的预处理；
3.美化周围的景观，有助于实现绿色空间要求；
4.作为小型集水区的天然排水系统，成本效益显著。
植被洼地的断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形，边坡坡度不宜大于1:3，纵坡不应大于4%，在设计时应设置最大防冲流速，避免雨水径流对植被的冲刷。
植被洼地应当维持水流输送功能，确保适当地防洪。为此制定了一项关键的维护要求，确保植被洼地的横断面维护妥当，不遭受可能阻碍雨水通道的残骸或过密植被造成的腐蚀或过度沉积。其维护主要包括：
1.定期检查入口和溢流点，清除堵塞物
2.定期清除垃圾、残骸和沉淀物
3.定期检查修复植被洼地侧面
4.维持健康的植被发育——有必要定期养护，如除草、割草、修剪和虫害防治等
5.清除管理入侵杂草
6.干旱时期实施灌溉
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
德国柏林波茨坦广场-植被洼地
处理要素-生物滞留洼地
生物滞留洼地为地区内具备生物滞留系统的植被洼地，设计坡度平缓，能够有效处理雨水径流，其主要作用是：
1.降低流速，使得粗粒沉积物沉淀
2.鼓励生境创造，增加多样性
3.美化周围的风景
4.在无需使用化学品的情况下自然过滤净化水分
生物滞留洼地应当维持水流输送功能，确保适当地防洪。为此制定了一项关键的维护要求，确保生物滞留洼地的外形维护妥当，不遭受可能阻碍雨水通道的残骸造成的腐蚀或过度沉积。入口点和溢流点应当保持畅通无阻。其维护主要包括：
1.定期检查修复生物滞留洼地的侧面
2.定期检查入口和溢流点，清除堵塞物
3.定期清除垃圾、残骸及沉淀物
4.将生物滞留洼地的表面耙松，当有证据证明管道已堵塞时冲刷下层土多孔管
5.维持健康的植被发育，因为植被在维持土壤介质的多孔性以及吸收地面径流的营养物方面起着很重要的作用。有必要定期进行养护，如灌溉、除草、割草、修剪和害虫防治等。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
天津空港物流园-生物滞留洼地（点击名称查看项目信息）
处理要素-生物滞留池（雨水花园）
生物滞留池是设计用于滞留处理雨水径流并且覆盖有植被的洼地。其主要作用是：
1.降低流速
2.鼓励生物环境创造，提高多样性
3.美化景观
4.在无需使用化学品的情况下自然过滤净化雨水
生物滞留洼地的蓄水层深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能来确定，一般为-mm，并应设mm的超高；在换土层底部设置土工布或者厚度不小于mm的沙层，防止换土层介质流失；底部的砾石排水层厚度一般为-mm，可在其底部设置穿孔排水管。生物滞留设施内应设置溢流设施，可采用溢流竖管、盖篦溢流井或雨水口等，溢流设施顶一般应低于汇水面mm。
植被在维持过滤介质表面的多孔性以及吸收地面径流的营养物方面扮演着很重要的作用。同时，植被还能够加快氧气到土壤微生物群落的输送速度，便于对污染物实施生物转化。因此，要想保持植被的性能，关键是维持健康强劲的植被发育。其维护主要包括：
1.维持洼地外形，确保通往生物滞留池的路径畅通无阻，水流清澈；
2.定期检查入口、出口和溢流点，清除任何堵塞物；
3.定期清除垃圾、残骸和沉淀物；
4.将生物滞留池的表面耙松，当有证据证明管道已堵塞时冲刷下层土多孔管；
5.维持健康的植被发育，因为植被在维持土壤介质的多孔性以及吸收地面径流的营养物方面起着很重要的作用。有必要定期进行养护，如灌溉、除草、割草、修剪和害虫防治等。
下渗式雨水花园
在通常情况下，下层土管道主要铺设在排水层，将过滤后的雨水排向附近的排水沟。但是，如果附近没有合适的排水沟并且周围的土壤具有适当的渗透性，可以使用下渗式雨水花园。下渗式雨水花园很容易建设，特别适用于学校或私人房屋等小型开发区。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
德国奥斯特菲尔登沙恩豪瑟公园-下渗式雨水花园
处理要素-沉淀池
沉淀池是用于暂时滞留雨水、降低雨水流速并通过重力加快颗粒沉降的水池，专门用于收集70%-90%的粗颗粒或中颗粒沉淀物（一般大于um），这些沉淀物在之后将被定期清除。
沉淀池进水口应设置碎石、消能坎等消能设施，防止水流冲刷侵蚀，生态软驳岸边坡一般为1:2-1:8；其主要作用是：
1.对雨水径流实施预处理，以便于下游ABC水域设计景观对雨水径流实施进一步的处理。
2.减缓雨水径流的流速，保护下游景观
3.轻松清除沉积物
4.通过在路缘种植湿地植物产生环境效益
5.可以设计为具有美学价值的水景
6.已存储的雨水可以用于非饮用目的
沉淀池作为一项城市雨水的预处理措施，在雨水流入专为清除细砂和可溶性污染物而设置的下游处理系统之前收集粗颗粒或中颗粒沉淀物，其维护主要包括：
1.确保适当使用避免进口冲刷或用于能量耗散的结构
2.监测泥沙淤积情况，及时清除沉积物
3.防治杂草，确保在设计各个特定场地时规定的植被种类健康生长
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
德国阿卡迪亚温嫩登气候适应型社区-沉淀池
处理要素-人工湿地
鉴于新加坡气候湿热，植物生长和其他生物活动的速度都较快，因此湿地的效率很高。
一般而言，湿地可以被分为表流湿地、潜流湿地和漂浮湿地。其中，表面流湿地最适于处理表面径流，实现可持续的雨洪管理。湿地同时还能营造栖息地，有助于防洪。
i）表流湿地
该类型湿地包括较浅沼泽，主要生长挺水植物，雨水径流在挺水植物中间的流动速度很慢。水位通常保持在固定深度。植物有助于清除雨水径流中的杂质，改善出口水质。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
美国波特兰坦纳斯普林斯公园-表流湿地
ii）潜流湿地
在这类湿地中，无法观察到水流，因为雨水径流是在表面以下流动，通过过滤介质清除悬浮固体。植物的根部能够吸收水中的杂质，从而净化水质。过滤介质维持大量的细菌种群，以便于消耗分解污染物。该类型湿地通常用于净化有机物含量更高的雨水。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
天津文化中心-潜流湿地（点击名称查看项目信息）
iii）漂浮湿地
作为一项工程系统，漂浮湿地主要利用在水表浮排生长繁殖的植物。选择在漂浮湿地种植带根部的挺水植物（在水中生长，但是其叶子和花朵露出水面的植物）。
植物的根部也可以作为能够分解水中有机污染物的微生物群落生长繁殖的自然环境或基质。
在众多城市环境中，人工湿地被广泛地应用于雨洪管理。人工湿地系统属于较浅的水体，覆盖有大面积的植被，其主要作用是：
1.在无需使用化学品的情况下自然过滤净化雨水，人工湿地对雨水中污染物的净化效果非常明显，如对总悬浮物的去除率一般可达80%。
2.鼓励生境创造，提高生物多样性
3.美化周围风景
在维护时需注意：
1.保持水流持续流向和流经湿地系统
2.保持植被茂盛。选定存活能力强并且能够清除营养物等污染物的适当植物。
3.定期清除淤积物
4.定期除草，拔除已经枯死的植物
5.定期清除垃圾、残骸和沉淀物
6.采用与沉淀池相同的方式维护进水区
处理要素-生态净化群落
生态净化群落是一种人为设置的垂直流湿地，通常具有再循环功能。其主要作用是：
1.在无需使用化学品的情况下自然过滤净化雨水，生态净化群落对雨水中污染物的净化效果非常明显，如对总悬浮物的去除率一般可达80%。
2.鼓励生境创造，提高生物多样性
3.美化景观
生态净化群落在维护时需注意：
1.维持健康的植被发育，因为植被在维持土壤介质的多孔性、吸收营养物和促进微生物生长方面起着重要的作用，其中微生物能够对渗透出的地面径流携带的污染物实施降解。有必要实施定期养护，如灌溉、除草、割草、修剪及虫害防治。
2.生态净化群落应当细分为轮流工作的若干块区域。允许为了恢复生态净化功能可以将部分区域闲置若干天。
3.在极端条件下，过滤介质可能在地表被有机物质堵塞。出现这种情况时，立即停止浇水，使得基质和有机物质在干燥状态下持续若干天，并使生态净化群落的表面矿化。过滤介质的顶层也应当耙松。之后，允许再次开启生态净化群落系统。
输送和储水要素水道和水体是城市的血脉，新加坡的雨水网络涉及17座水库、32条主要河流以及km长的水渠和排水沟。但是在ABC城市设计导则下的水域景观设计的可实施性和适宜性还受到众多因素的影响，其中包括：i）土地用途
1.影响污染物的种类
城市开发区雨水污染物来自集水区的多种源头。悬浮固体主要是因水土流失而产生；营养物、有机物和微生物主要来自排放的污水、动物粪便和肥料等；油类主要来自车辆和加油站；垃圾来自人口密集地区，而干树叶来自风景区。悬浮固体、营养物、油类及垃圾通常会影响美学价值，引发社区人们的担忧。
2.影响设施和活动
一般沿着靠近商业区或居住区的河畔，或靠近居住区的水库设置娱乐设施。另一方面，位于自然保护区范围内或靠近自然保护区的河流和水库（如双溪布洛和克兰芝水库）通常保护静谧和自然，保护此处的动植物群体。
3.影响径流流量
由于新加坡土壤中黏土比例很高，导致土壤的渗透水平或地下水补给水平很低。然而，建筑物和已铺路面的地区密度很大，对雨水渗透水平产生了逆反效益，提高了径流流速。
ii）土壤条件和地质条件
土壤的组成会影响多种特性。正如上文所述，新加坡的土壤绝大多数为黏土，虽然会影响水流渗透，但是可以加快径流输送。同时，这类土壤的可塑性很强，能够沿着河岸或地形建造更陡峭的斜坡。但是，这类土壤不适于实施生物工程，因为其孔隙度很低，植物无法繁茂，从而降低了含氧能力。
与混凝土衬砌的水渠相比，含有大岩石和骨料的粗制土的表面粗糙度也会降低水流流速。
iii）生态整合
鉴于每条水渠是大型排水系统和集水区的一部分，在出现变更之前认真分析确定干预措施对上下游条件的影响就显得尤为迫切。
自然系统的生物多样性极为敏感，即使是最轻微的变化也会对其产生影响。认真研究确定当前动植物物种有助于维持生态平衡。
输送和储水要素-改善水道
i）水道绿化
在不拆除混凝土水渠的情况下改善水道的方式就是利用匍匐植物对水道实施绿化。对水道实施绿化的另一种方式是使用石笼，与被部分清除的水渠墙壁相结合。匍匐植物沿着石笼生长，加强水渠的美学性。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
改造后的梧槽河道（点击名称查看项目信息）ii）生态工法
作为一项施工技术，生态工法能够利用天然材料（如植物、石头、树枝或根部等）内在的质量和能力，在确保结构完整的同时保持生态效益和美学性质。生态工法通常用在自然环境中，如加固稳定岸堤。
在改善水道的大背景下，生态工法可以使其回归自然，不仅稳定岸坡，同时保护岸坡免遭暴雨侵蚀。
某些生态工法技术“更软”，原因在于他们的建筑材料几乎完全依赖植物物质，包括使用柴排、柴捆以及通过种植利用土工织物。或者，也存在某些“更硬”的生态工法技术，如抛石和石笼墙，绝大多数是利用岩石施工，更接近传统工程。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
新加坡碧山宏茂桥公园加拉河项目的生物工程试验河道利用了三项技术：扦插石墙、木条扦插护岸、带灌木层的石笼（点击名称查看项目信息）
输送和储水要素-改善水道措施的原则和应用
改善水道的措施多种多样，至于某项技术是否适合，主要取决于现场条件，如：
1.斜坡的坡度
2.土壤类型
3.沿着水道的水流流速
这些现场条件将确定是否需要采用更具有弹性的技术。应当聘用专业的生态工法顾问准确评估现场条件，提议适当的技术。同时，也需检查水道的水流容量是否符合规定。
在ABC城市设计导则下的生态水道结合了自然和技术，具有多样化的作用:
1.保护土表免遭恶劣气候要素（如风雨）造成的土壤侵蚀
2.降低水流流速
3.加快沙土淤泥的沉降和沉积，从而保护下游水体的水质
4.通过截留营养物提高土壤的肥力
5.美化周围的风景
6.通过建立根系网络改善土壤的完整性
7.鼓励生物环境创造，改善生物多样性
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
修复后的天津社会山小区丰产河
维护
只要维持适于植物生长的适当条件，生态工法就能以动态的形式维持，自我调整和改善，无需额外的维护。随着时间的推移，根系向土壤深处延伸，不断提高土壤的稳定性，避免土壤侵蚀。
与硬体结构不同的是，生态工法水道包括动态松散的要素。基岩移动（如通过高水流流速移动和携带的石头和鹅卵石）和沉淀（因被侵蚀的岩石、植物损害和退化而产生的残骸和淤泥）都是河流的自然作用。只需要定期（但不经常）进行少量的维护（替换被移位的岩石、修剪植物避免破坏等）。
某些维护要求具体如下所述：
1.清除天然河道和斜坡的垃圾和残骸
2.清除在指定沉淀池内聚集的沉积物
3.维持健康的植被发育。有必要实施定期养护，如除草、割草、修剪及害虫防治等。
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
修复后的德国哈根市沃尔姆河
RambollStudioDreiseitl安博戴水道项目案例
修复后的挪威奥斯陆海伦卡拉埃纳河
然而，水道和水体的自然化不仅仅只限于公共项目或大型开发区。ABC城市设计导则下的水域景观设计同样适用于与私人开发区相交或经过私人开发区的某一段水渠。同理，人工泳池的某一部分或位于渠堤一侧某一小段也可以实现自然化，加强邻近开发区的美学价值、生态价值和社会价值。
RambollStudioDreiseitl将一共推出新加坡海绵城市导则系列四篇。
视频总览——新加坡中央地区水环境规划-活力、美丽、洁净水敏城市设计导则（ABC导则）
导则综述——深度解读新加坡海绵城市（二）-ABC城市设计导则
实施策略——深度解读新加坡海绵城市（三）-ABC城市设计导则规划、设计和实施
认证评估——深度解读新加坡海绵城市（四）-ABC城市设计导则认证和评估体系
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图文整理：RambollStudioDreiseitl安博戴水道潘苏苏张东熠
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