引言：海绵城市理念下的公园新机遇

在快速城市化的今天，传统城市面临着严峻的”水安全”与”水生态”双重挑战。暴雨内涝频发、水资源短缺、水环境污染等问题日益突出。”海绵城市”作为一种创新的城市雨洪管理理念，通过”渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，旨在构建低影响开发雨水系统，实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。而公园，作为城市中最大的绿色基础设施，天然具备成为海绵城市”海绵体”的潜力。海绵公园项目，正是将海绵城市理念与公园建设深度融合的产物。它不仅要满足市民休闲游憩的传统功能，更要承担起雨水管理、生态修复、环境教育等多重使命。如何在提升公园功能的同时，最大化其生态效益，实现”双赢”，是海绵公园项目成功的关键。

一、海绵公园的核心内涵与双赢目标

1.1 海绵公园的核心内涵

海绵公园不仅仅是”有绿地的公园”，而是经过精心设计的、能够像海绵一样吸水、蓄水、净水和释水的生态空间。其核心内涵包括：

  • 生态优先：尊重自然本底，利用绿色、生态的设施（如植被、土壤、砂石）来管理雨水，而非过度依赖灰色基础设施（如管道、泵站）。
  • 功能复合：在满足雨水管理功能的同时，融合休闲、运动、科普、景观等多种功能，提升土地利用效率。
  • 韧性适应：能够应对极端降雨事件，缓解城市内涝，同时在干旱季节能够涵养水源、调节微气候，增强城市生态系统的韧性。
  • 自然教育：通过可视化的设计，让公众直观了解雨水管理的过程，提升环保意识。

1.2 双赢目标的具体体现

功能提升：指的是超越传统公园仅提供绿地和休闲设施的局限，赋予公园更强大的”生态服务功能”。这包括：

  • 雨水调蓄功能：有效收集、滞留、净化周边区域的雨水径流，减轻市政排水管网压力。
  • 水质净化功能：通过植物和土壤的过滤、吸附、生物降解等作用，去除雨水中的污染物。
  • 微气候调节功能：通过水体蒸发、植物蒸腾，降低环境温度，增加空气湿度，缓解城市热岛效应。
  • 生物多样性提升功能：为鸟类、昆虫、两栖动物等提供栖息地，构建更完整的城市生态系统。
  • 科普教育功能：成为展示可持续发展理念和技术的户外课堂。

生态效益：指的是项目对自然环境产生的积极影响，主要体现在：

  • 改善水环境：减少面源污染，保护下游水体水质。
  • 修复水生态：恢复水体的自净能力，重建健康的水生生态系统。
  • 保护水资源：增加雨水资源化利用，减少对自来水的依赖。
  • 提升生物多样性：为野生动植物提供生存空间，维护生态平衡。
  • 固碳释氧：植物通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，改善空气质量。

双赢：意味着功能提升与生态效益并非相互制约，而是相互促进。强大的生态功能是实现生态效益的基础，而显著的生态效益又反过来提升了公园的品质和价值，使其成为更具吸引力的公共空间，从而更好地发挥其社会功能。

二、实现功能提升与生态效益双赢的设计策略

海绵公园的设计是一个系统工程，需要从整体规划到细节处理，全方位融入海绵城市理念。以下是实现双赢的关键设计策略：

2.1 总体规划：因地制宜，系统布局

核心原则：分析场地水文地质条件，将公园作为一个完整的”海绵体”进行系统规划，明确雨水的”源头-过程-末端”控制路径。

具体措施：

  1. 水文分析：详细勘察场地地形、土壤渗透性、地下水位、周边汇水区特征，确定雨水的主要流向和汇集点。
  2. 功能分区：根据场地条件和周边需求，将公园划分为不同的功能区，如：
    • 雨水收集区：位于地势较低处或汇水区，设置湿塘、雨水花园等。
    • 净化展示区：设置生态滤池、植草沟等，展示净化过程。
    • 休闲活动区：在地势较高、排水良好的区域设置广场、运动场地。
    • 生态保育区：保留或恢复原生植被，为野生动物提供栖息地。
  3. 竖向设计：通过微地形改造，引导雨水自然流向低洼处的海绵设施，避免积水。例如，将道路设计为”绿色道路”，路面高于周边绿地，让雨水自然流入绿地。

案例说明：某海绵公园在规划时，发现场地内有一处天然洼地。设计团队没有将其填平，而是改造为中心湿塘。周边道路和绿地的雨水通过植草沟汇集于此，湿塘不仅调蓄了雨水，还形成了开阔的景观水面，成为公园的核心景观。同时，在湿塘周边设置了木栈道和观鸟平台，既满足了休闲需求，又保护了生态。

2.2 绿色基础设施（LID）技术集成

这是实现海绵功能的核心。需要根据不同的场地条件和功能需求，选择合适的LID技术组合。

2.2.1 雨水花园（Rain Garden）

  • 功能：收集、净化、下渗雨水，景观美化。
  • 设计要点：
    • 选址：宜设置在汇水区的末端或低洼处，避免建筑物基础。
    • 构造：通常由蓄水层、覆盖层（树皮/卵石）、种植土层（改良土壤）、砂滤层和砾石排水层组成。底部可设穿孔管，将过滤后的雨水排入地下或市政管网。
    • 植物选择：选择耐旱、耐湿、净化能力强的乡土植物，如千屈菜、黄菖蒲、美人蕉等。避免选择需水量大或易产生过多落叶的植物。
  • 双赢体现：
    • 功能提升：有效削减雨水径流峰值，去除悬浮物、重金属等污染物。同时，多彩的植物配置提升了景观效果。
    • 生态效益：为蜜蜂、蝴蝶等传粉昆虫提供食物来源和栖息地，增加生物多样性。

2.2.2 透水铺装（Permeable Pavement）

  • 功能：增加雨水下渗，减少地表径流，补给地下水。
  • 类型：透水混凝土、透水砖、嵌草砖等。
  • 设计要点：
    • 基层设计：需要有足够的碎石基层作为蓄水空间，基层厚度根据汇水面积和降雨强度计算。
    • 维护：定期使用高压水枪清理孔隙，防止堵塞。
  • 双赢体现：
    • 功能提升：在广场、停车场、人行道等硬质区域应用，解决了传统铺装”不透水”的问题。雨后地面干燥快，提高安全性。
    • 生态效益：减少市政管网的雨水流量，补充地下水，缓解地面沉降。

2.2.3 植草沟（Vegetated Swale）

  • 功能：输送、净化雨水，替代传统的雨水管道。
  • 设计要点：
    • 断面：通常为梯形或浅碟形，边坡坡度不宜过陡。
    • 流速：通过设置挡水堰或放缓坡度，控制雨水流速，保证净化效果。
    • 植物：种植耐淹、耐冲刷的草本植物。
  • 双赢体现：
    • 功能提升：作为”绿色管道”，连接公园内各个海绵设施，形成完整的雨水管理系统。相比灰色管道，具有景观性和生态性。
    • 生态效益：在输送雨水的同时，通过植物和土壤过滤污染物，减少面源污染。

2.2.4 生态滞留区/湿塘（Retention Basin/Wetland）

  • 功能：调蓄峰值流量，深度净化雨水，营造水景。
  • 设计要点：
    • 常水位与最高水位：设计明确的常水位和最高水位（调蓄容积），最高水位以上设置安全缓冲带。
    • 水生植物系统：构建由沉水植物（如苦草）、浮水植物（如睡莲）、挺水植物（如芦苇）组成的完整生态系统，强化净化效果。
    • 溢流设施：设置溢流口，当水位超过调蓄容积时，雨水溢流排入市政管网或下游水体。
  • 双赢体现：
    • 功能提升：是公园内最大的”蓄水海绵”，能应对较大降雨。形成的开阔水面是重要的景观要素，可用于划船、观景等。
    • 生态效益：为鱼类、两栖动物、水生昆虫和鸟类提供栖息地，形成小型湿地生态系统，显著提升区域生物多样性。

2.3 景观融合与公众参与

海绵设施不能是冷冰冰的工程构筑物，必须与公园景观完美融合，并让公众理解和参与。

  • 可视化设计：
    • 展示净化过程：在雨水花园、植草沟旁设置解说牌，图文并茂地解释雨水如何被净化。例如，设置透明的观察井，可以看到雨水过滤的过程。
    • 艺术化处理：将透水铺装的图案、雨水花园的形态与公园整体艺术风格结合。例如，用不同颜色的透水砖拼出水波纹图案。
  • 互动性设计：
    • 亲水设计：在湿塘边缘设置安全的亲水平台、戏水区（浅水区），让儿童可以接触水，感受自然。
    • 科普设施：设置雨水收集利用的展示装置，如收集屋顶雨水用于灌溉的展示系统，并标注水量数据。
  • 公众参与：
    • 社区共建：邀请周边居民参与雨水花园的植物种植和维护，增强归属感。
    • 自然教育活动：定期组织观鸟、水质检测、自然笔记等活动，将公园变为自然教育基地。

案例说明：某海绵公园在设计植草沟时，没有将其设计成简单的土沟，而是结合了儿童游乐需求。他们在植草沟中设置了汀步（可以踩踏的石头）和小型的木质水车。雨天时，孩子们可以观察雨水如何流过植草沟，踩动水车，直观感受水流的力量。这不仅提升了公园的趣味性，也实现了自然教育的功能。

2.4 智慧化运维管理

功能提升与生态效益的长期维持，离不开科学的运维管理。引入智慧化手段是关键。

  • 物联网监测：
    • 水位监测：在湿塘、雨水花园等关键节点安装液位计，实时监测水位变化，评估调蓄能力。
    • 水质监测：安装在线水质监测设备（如浊度、COD传感器），评估净化效果。
    • 设备状态监测：监测水泵、阀门等设备的运行状态。
  • 数据平台：
    • 建立海绵公园智慧管理平台，集成所有监测数据，进行可视化展示和分析。
    • 设置预警阈值，如水位过高、水质超标时自动报警，指导管理人员及时干预（如开启溢流阀、清理堵塞设施）。
  • 基于数据的维护：
    • 根据监测数据，精准判断何时需要清理透水铺装、收割湿地植物、补充过滤介质，避免过度维护或维护不足。

编程示例（概念性）：假设我们使用Python和一些模拟数据来展示如何分析雨水花园的水位数据，判断其工作状态。

import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 模拟某雨水花园的水位监测数据 (单位: cm)
# 数据包含正常降雨、暴雨、干旱等情况
data = {
    'timestamp': pd.to_datetime([
        '2023-07-01 08:00', '2023-07-01 10:00', '2023-07-01 12:00', 
        '2023-07-01 14:00', '2023-07-02 08:00', '2023-07-03 08:00',
        '2023-07-10 08:00', '2023-07-10 09:00', '2023-07-10 10:00',
        '2023-07-10 11:00', '2023-07-10 12:00', '2023-07-11 08:00'
    ]),
    'water_level_cm': [
        0, 5, 15, 8, 0, 0,  # 正常降雨后回落
        0, 10, 25, 30, 20, 5  # 暴雨后快速回落
    ]
}
df = pd.DataFrame(data)
df.set_index('timestamp', inplace=True)

# 定义阈值
MAX_NORMAL_LEVEL = 20  # 正常调蓄水位上限
DRAIN_TIME_HOURS = 12  # 期望的雨水排空/下渗时间

# 分析函数
def analyze_rain_garden_status(dataframe):
    print("--- 雨水花园状态分析报告 ---")
    
    # 检查最高水位是否超过设计标准
    max_level = dataframe['water_level_cm'].max()
    if max_level > MAX_NORMAL_LEVEL:
        print(f"【警告】最高水位达到 {max_level}cm，超过正常阈值 {MAX_NORMAL_LEVEL}cm。")
        print("  可能原因：降雨量过大，或排水/下渗不畅。")
    else:
        print(f"【正常】最高水位 {max_level}cm，在设计范围内。")

    # 检查排水时间
    # 找到水位开始下降的点（简化逻辑：从峰值到接近0的时间）
    peak_time = dataframe['water_level_cm'].idxmax()
    peak_level = dataframe['water_level_cm'].max()
    
    # 找到峰值之后水位首次低于1cm的时间点
    try:
        drain_end_time = dataframe.loc[peak_time:][dataframe['water_level_cm'] < 1].index[0]
        drain_duration = (drain_end_time - peak_time).total_seconds() / 3600
        
        if drain_duration > DRAIN_TIME_HOURS:
            print(f"【注意】排水耗时 {drain_duration:.1f} 小时，超过期望的 {DRAIN_TIME_HOURS} 小时。")
            print("  可能原因：土壤渗透性降低（需要更换过滤介质），或排水口堵塞。")
        else:
            print(f"【良好】排水耗时 {drain_duration:.1f} 小时，符合预期。")
    except IndexError:
        print("【信息】数据期间水位未完全回落。")

# 执行分析
analyze_rain_garden_status(df)

# 可视化
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(df.index, df['water_level_cm'], marker='o', linestyle='-')
plt.axhline(y=MAX_NORMAL_LEVEL, color='r', linestyle='--', label='正常水位阈值')
plt.title('雨水花园水位变化监测')
plt.xlabel('时间')
plt.ylabel('水位 (cm)')
plt.legend()
plt.grid(True)
plt.xticks(rotation=45)
plt.tight_layout()
# plt.show() # 在实际环境中运行此行可显示图表
print("\n图表已生成，展示了水位随时间的变化。")

代码解释： 这段代码模拟了雨水花园的水位监测数据。通过设定正常水位阈值和期望排水时间，程序可以自动分析：

  1. 是否发生溢流（水位过高）。
  2. 排水速度是否正常（反映渗透/排水性能）。 这为管理者提供了数据驱动的决策支持，是智慧化运维的体现。

三、关键挑战与应对策略

在实现双赢的过程中，海绵公园项目也面临一些挑战：

3.1 初期建设成本较高

  • 挑战：LID设施（如透水铺装、复杂的土壤结构）的建设成本通常高于传统设施。
  • 应对策略：
    • 全生命周期成本分析：向决策者展示长期效益，如减少的市政管网投资、降低的内涝损失、节约的灌溉用水和维护成本。
    • 分步实施：优先在关键区域建设核心海绵设施，后续根据资金情况逐步完善。
    • 多元化融资：结合政府投资、社会资本（PPP模式）、专项债券等多种方式。

3.2 长期运维管理难度大

  • 挑战：LID设施需要专业的维护（如植物修剪、过滤介质更换、堵塞清理），传统公园管理团队可能缺乏相关技能。
  • 应对策略：
    • 制定标准作业程序（SOP）：详细规定各项设施的维护周期、方法和标准。
    • 专业培训：对管理人员进行海绵设施运维的专业培训。
    • 引入第三方专业服务：将专业性强的维护工作（如传感器校准、深度清理）外包给专业公司。
    • 公众参与维护：招募志愿者参与简单的维护工作，如除草、清理落叶，降低人力成本。

3.3 公众认知与接受度

  • 挑战：部分市民可能不理解”杂草丛生”的雨水花园，或担心湿塘滋生蚊虫。
  • 应对策略：
    • 加强科普宣传：通过标识牌、微信公众号、社区活动等方式，解释海绵设施的生态价值和环境效益。
    • 精细化设计：通过艺术化设计和精细管理，保持设施的整洁美观，消除”脏乱差”的误解。
    • 科学管理水体：通过投放食蚊鱼、种植驱蚊植物等方式控制蚊虫，而非简单填埋水体。

四、双赢效益的量化评估

为了证明项目的成功，需要建立一套科学的评估体系，量化功能提升和生态效益。

4.1 功能提升指标

  • 雨水调蓄能力：年径流总量控制率（%）、峰值削减率（%）。
  • 水质净化效果：主要污染物（如TSS、COD、TP、TN）的去除率（%）。
  • 公众满意度：通过问卷调查，评估市民对公园环境、功能、舒适度的满意度。
  • 使用频率：通过人流监测，评估公园的利用率。

4.2 生态效益指标

  • 生物多样性：鸟类、昆虫、植物种类的数量变化。
  • 水资源节约：雨水利用量（吨/年）、自来水灌溉减少量（%）。
  • 微气候改善：夏季平均温度降低值（℃）、空气湿度增加值（%）。
  • 碳汇能力：植被固碳量（吨/年）。

评估示例： 项目建成后，可与建设前或周边未改造区域进行对比监测。

  • 水质：在降雨事件中，采集雨水花园进水和出水水样，化验分析污染物浓度，计算去除率。
  • 生物多样性：采用样方法，定期记录公园内的鸟类和昆虫种类，绘制物种变化曲线。
  • 公众满意度：设计包含”景观美观度”、”活动设施”、”环境舒适度”、”生态认知”等维度的问卷，随机发放给游客填写。

五、结论与展望

海绵公园项目是实现城市功能提升与生态效益双赢的典范。它通过系统性的规划设计，将雨水管理、生态修复、景观营造和公众教育融为一体，将传统的”灰色”雨水排放设施转化为具有多重效益的”绿色”生态基础设施。

成功的关键在于：

  1. 科学规划：基于水文分析，因地制宜地选择和组合LID技术。
  2. 精细设计：将生态功能与景观美学、公众需求紧密结合。
  3. 智慧管理：利用现代技术实现设施的长期高效运行。
  4. 公众共治：让市民理解、喜爱并参与到海绵公园的维护中。

展望未来，随着技术的进步和理念的普及，海绵公园将更加智能化、精细化。例如，利用AI预测降雨并提前调控蓄水设施，利用VR/AR技术提供沉浸式自然教育体验。海绵公园不仅是解决城市水问题的有效途径，更是构建人与自然和谐共生的美丽城市的重要载体。通过持续的探索和实践，我们完全有能力在提升城市功能的同时，守护好我们的绿水青山，实现真正的可持续发展。