摘 要：哈爾濱群力國家城市濕地公園是以細胞的設計理念建立的城市雨洪公園，在保護濕地的基礎上發揮了重要的雨洪調蓄作用。本文基于設計和建成情況，評價公園的雨洪調蓄能力。利用濕地高程數據建立模型計算群力濕地公園在正常條件下和最大蓄水條件下蓄滯雨水的能力分別為71905.85立方米和137674.638立方米。根據水量平衡模擬雨水收集供給方式下群力濕地公園所能收集的雨水范圍。分析不同水源補給方式下群力濕地公園的水量及水質凈化情況，通過比較得出雨水收集補給方式最優。

哈爾濱市屬于中溫帶大陸性季風氣候，四季分明，年平均降水量529.08 毫米。松花江在哈爾濱城區段綿延123 公里，為哈爾濱帶來豐富的濕地資源。全市濕地總面積為32.9 萬公頃。其中，沼澤濕地面積為13.7 萬公頃，河流濕地面積為19.2 萬公頃。（2010 年數據）濕地生物多樣性豐富，野生動物種類繁多，水生動植物、陸生植物以及鳥類等生物資源豐富。

由于工農業發展、城市開發、氣候變化、降水減少、大型水利工程建設等原因，黑龍江流域濕地出現了濕地面積銳減、濕地生態環境惡化、生物多樣性受損害、濕地功能減退、濕地景觀消失等危機。哈爾濱濕地面積迅速減少，大部分的城市濕地由于面積減小，與水源斷開，加之周邊城市建設的發展，已逐步成為濕地孤島。
由于城市化的迅速發展，道路、建筑群等不透水面積的擴大，雨水不能再滲入地下水補水；加上地下水的嚴重超采，城市水緊缺、生態環境破壞等問題日益突出，雨水的收集與利用對于水資源的保護與利用、城市生態環境的建設有著重要的價值和意義。城市雨洪公園的誕生，為解決城市澇災指明了一條出路，一條通過生態和景觀設計來解決常規市政工程所沒能解決的更有效的途徑。城市雨洪公園一方面可以解決城市雨水的排放和滯留，使城市免受澇災威脅，另一方面通過利用城市雨洪，恢復濕地系統，營造出具有多種生態服務的城市生態基礎設施。 
1 理想模式下雨洪調蓄潛力分析
理想模式是指場地的水環境完全滿足設計預想，即全部采用降雨量補給濕地。基于景觀中水文過程與空間要素和格局的關系，分析群力濕地公園的蓄滯雨水能力，公園周邊地區的地表徑流蓄集能力、地表徑流產生能力。通過對這些空間關系綜合得到最終的研究區域的雨洪調蓄潛力。

1.1 主要水文過程
場地的水文過程主要指陸地水的流量及流向過程，包括兩個部分，一是原生濕地的徑流過程，二是人工濕地系統的給排水過程。
在GIS中將已有的原生濕地高程點進行克里金空間插值，得到群力濕地公園自然條件下的高程模型。可知，場地較為平整，周圍高，內部低，陡坎處最大高差約2 m，濕地內最大高差約1 m。原生濕地整體東高西低。通過GIS水文過程模擬，得到濕地公園原生濕地的徑流量和流向。
人工濕地系統通過給排水管道與城市雨水管道相連，城市雨水管道收集周邊地區的雨水徑流，排入公園給排水管道，將水引入外圍的人工濕地泡，濕地泡之間通過給排水管相連，通過高程調節流向，由外側向內流通，最終排入原生濕地。場地共有38 個排水通道，每個通道連接2-5 個濕地泡。  
由此，群力濕地公園場地的地表水文過程為：外圍人工濕地系統通過給排水管道，水由外側人工濕地泡逐層留下，最終注入原生濕地；原生濕地根據自然地形，在各級徑流的匯流處形成較大的匯水區，最終流向西側大匯水區。

1.2蓄滯能力計算
群力濕地公園的濕地蓄滯雨水能力通過原生濕地和人工濕地兩部分分析。其中原生濕地的蓄滯能力由GIS模擬地形條件得到，人工濕地的蓄滯能力則根據工程設計來計算。蓄滯能力分為正常蓄滯能力和最大蓄滯能力兩個方面。正常蓄滯能力指能夠滿足景觀要求下，濕地所能蓄滯的雨水；最大蓄滯能力則是水全部淹沒該區域，場地能容納的最大雨水量。1.2.1 正常蓄滯能力
濕地的正常蓄滯能力需要滿足景觀要求，滿足游人的觀賞游憩需求。因此雨水不能淹沒步道及步道包圍的人工濕地泡，可以淹沒原生濕地及與原生濕地相同的部分人工濕地泡。根據場地分析，確定淹沒的標高為117.6 米。淹沒范圍如圖5，其中深灰色為被淹沒區域，淺灰色為未淹沒區域。
計算濕地泡蓄水體積時，將濕地泡視為圓臺，單個濕地泡蓄水體積公式（公式1）為：
                    V=12πh(R2 Rr r2)              

公式1式中h為設計高程；S為水面面積；s為泡底面積。最終得到正常條件下群力濕地公園的蓄水體積為71 905.85 立方米（具體見表1）。1.2.2 最大蓄滯能力
最大蓄滯能力則是水全部淹沒該區域，場地能容納的最大雨水量。以此為據，選取的場地最大標高應為道路的最低高程，即場地蓄滯的雨水水位不能超過道路標高。因此，最大蓄滯能力的水位標高為118 米。淹沒范圍下的最大蓄滯容量為137 674.638 立方米。（計算方式與上文相同）
1.3 匯水面積估算
由于群力國家濕地公園的雨洪能力主要體現在收集周邊地區的雨水，降低暴雨洪峰流量，增加雨水資源的利用，增加濕地補給用水。因此需要根據公園的蓄滯能力估算所能進行雨水收集的最大范圍。1.3.1 水量平衡分析
將群力國家濕地公園視為一個流域，則該流域的水量收入主要為公園范圍的降水，周邊地區的雨水徑流；水量支出為公園蒸發和下滲（水量平衡分析如圖7）。
水量平衡公式（公式2）為：
               V=P R-E-I                                  

公式2式中，V為濕地蓄水容量；P為降水量；R為徑流量；E為蒸發量；I為滲透量。
由于濕地公園的土壤水分基本處于飽和狀態，因此假設滲透量為零。公式變為：V=P R-E。1.3.2 降雨量
根據中國氣象數據共享網站的數據，計算出哈爾濱市1957 年以來的年、月平均降雨量，進而得到群力濕地公園范圍下的月均降雨量。
根據松花江干流哈爾濱段歷史暴雨統計，哈爾濱日最大降雨量為241.1毫米，此數值可作為降雨量的極值。1.3.3 蒸發量
根據下墊面的不同，蒸發量有所不同。由于濕地公園大部分被水覆蓋，因此通過水面蒸發量來計算場地的蒸發量。

1.3.4蓄水量
根據上節計算，群力國家濕地公園的正常蓄水量為71 905.85 立方米，最大需水量為137 674.638 立方米。1.3.5雨水徑流量
根據《建筑與小區雨水利用工程技術規范》（GB50400-2006），雨水徑流總量的計算公式（公式3）為：
             R=φhF                                    

公式3式中，R：雨水徑流總量（m3）；φ：徑流系數；h：降雨厚度(m)；F：匯水面積(m2)。
根據《德國雨水入滲規范》（ATV-DVWK-A138）中不同下墊面類型的雨水徑流系數來定義徑流系數。據場地分析，群力濕地公園周邊地區主要為高層住宅居住區，根據《城市居住區規劃設計規范》（GB 50 180—93）中居住區的用地構成，以及實際場地用地類型分區計算，確定群力新區建筑、道路及廣場、綠地的比例及徑流系數（周邊用地類型見圖8）。
根據各類型用地所占的面積比例及其徑流系數，加權得到該地區的平均徑流系數為0.568，即φ=0.568。1.3.6匯水面積計算
由于每日、每月的降雨量、蒸發量都不同，由此求得的匯水面積也不同。因此計算年平均匯水面積，以及日最大降雨時的匯水面積。此外，由于蓄水容量有正常蓄水容量和最大蓄水容量兩類，因此求得的匯水面積。
經計算，正常情況下，群力濕地公園一般可以收集123 公頃范圍的雨水，最多可以收集144.89 公頃的雨水；極端暴雨的情況下，群力濕地公園尚可以收集至少0.86 公頃，至多48.92 公頃范圍的雨水。如果雨水管鋪設完好，通過雨水收集的方式獲取水源，既可以起到充分利用雨水的作用，也可以是補給濕地的水源充足。
2 現實雨洪調蓄能力調查與評價
根據2011、2012 年兩次現場勘查，群力國家濕地公園尚未開始將雨水收集作為濕地補給的水源。2011 年采用地下水補給，2012 年5 月份起通過引松花江水補給濕地。

2.1 地下水補給的公園水環境評價
濕地的全部補給水源來自于公園周邊的四口地下水井。由于這里的水質受到污染，鐵錳含量嚴重超標。打出的地下水顏色發黃，鐵銹多，影響了濕地公園的景觀效果。
2.1.1水量供給分析
由于每一次地下水井抽取的水量由濕地泡的水位決定，通過對濕地泡的水位測量可以估算出地下水補給的水量。通過實地觀測和照片判讀，濕地泡的水位并不均衡。有些濕地泡水位高，水漫過觀景臺，有些水位低，植被根部露出。將水位分為四個等級，分級標準為：極多—距岸高度小于10 cm；正常—距岸高度10-50 cm；極少—大于50 cm；干涸—無水。濕地泡水位分布及個數比例見圖9和表6：
2.1.2濕地泡凈化能力分析
根據濕地泡中的沉積物，水體清澈程度以及濕地泡散發的味道等評價因素，將人工濕地泡的水質分為五個等級。分別是：A水質很差；B水質較差；C水質較好；D水質很好；Dr干涸濕地泡。根據拍攝照片及現場的訪談調研記錄，得出人工濕地泡的水質等級分布圖（圖10）。可見，A級濕地泡有34 個，B級42 個，C級24 個，D級3 個，干涸濕地泡35 個。A、B兩級濕地泡比重為55.07%，濕地泡整體水質較差。從分布看，干涸濕地泡分布在場地最外側，A、B級濕地泡在中層，C、D級濕地泡在內側，靠近原生濕地。
通過對38條給排水通道中濕地泡的水質變化可知，水通過層層濕地泡得到了一定程度的凈化。第一個濕地泡水質為A級的占39.47%，B級39.47%，C級21.05%，最后一個濕地泡，即溢流入原生濕地的水質為A級23.68%，B級36.84%，C級39.47%。（表7）濕地泡在完全依托生態凈化的情況下，對污染較為嚴重的群力新區的地下水有較為明顯的的凈化作用。
2.2  2012年群力濕地公園水環境評價
2012 年5 月起，群力濕地公園關閉了所有的地下水井，引用松花江水作為濕地水源。將原來廢棄的自來水廠重新啟用并改造，建立新的水泵站管理群力新區幾大公園的供水。據了解，群力濕地公園每星期向濕地注一次水，每次兩天三夜，注滿就停，水量并不固定。松花江水直接注入到原生濕地中，并不是通過給排水管從外圍濕地泡逐層流入，最終流至原生濕地。這使外圍的人工濕地系統大部分嚴重缺水，而與原生濕地相連的人工濕地泡水量充足甚至過多。
2.2.1人工濕地泡水位分析同樣采用與2011 年一樣的分級標準，將水量分為極多，正常，極少，無水四個等級。其中干涸濕地泡有54個，比去年和設計旱地泡多了19 個；水量極少的濕地泡有15 個，比去年的多了7 個；正常水位有50 個，比去年少了33 個；水量極多的有19 個，比去年多了7 個。（見表9）這說明水直接注入濕地后，人工濕地泡的水量分配極不平衡，外圍濕地泡水量極少甚至沒有，中心濕地泡水量極多，很多泡內的平臺被水淹沒，這極大的影響了人工濕地系統的景觀效果，也危害了先前營造的植物生境。

2.2.2水質狀況分析
引入的松花江水質良好，因此濕地泡內的水質狀況明顯得到改善。同樣根據之前的分級標準，濕地泡水質較
差，較渾濁的僅有19個，占22.62%。這些水質較差的濕地泡同樣分布在最外側，靠近原生濕地的濕地泡水質則較好，說明濕地泡起到了一定的凈化過濾作用。
3  三種水源補給方式的比較
由于雨水、地下水、松花江水的水質不同，引水的水量和成本不同，為群力濕地公園帶來的景觀效果和起到的生態價值也不同。因此，將三種補給方式的水量、水質、費用、景觀效果和生態價值進行對比排序，具體見表10：
（1）水量
地下水抽取的水量可以保證所有人工濕地泡都達到設計要求，原生濕地同樣也得到了大量的水；松花江水直接注入原生濕地，原生濕地獲取的水量最大，然而過半的人工濕地泡都獲取不到水源，因此水量排第二；雨水收集獲取的水量受到雨水管鋪設范圍的影響，由于哈爾濱降雨量較小，且年際分布不均，僅僅依靠雨水收集可能無法達到原生濕地和人工濕地的水量要求，排第三位。
（2）水質
雨水的水質受到大氣質量以及下墊面的影響。由于城市大氣污染嚴重以及屋面和道路的材料有一定的污染性，雨水徑流也相應的受到污染，大部分的雨水重金屬含量超標。群力新區的環境狀況良好，雨水的水質相應比城區要好。群力新區濕地公園建成前曾為一片荒地，周圍有垃圾廠和工廠，對土質有嚴重的污染，水質也遭到了污染。據測量，地下水的鐵錳、氨氮、總磷含量嚴重超標。松花江哈爾濱段水質達三類水體標準，相對于雨水和地下水，水質較好。
（3）成本
由于引用松花江水需要建立水廠和水泵站，成本較大；地下水抽取需要設置地下水井，電費和水井成本較高；雨水收集使用現有的城市雨水管道，成本很低。
（4）生態意義
收集雨水的生態意義很大，一方面緩解了城市內澇問題，將雨水有效的收集利用，補給濕地；另一方面，收集的雨水通過濕地泡的凈化，水質得到改善，為濕地生境改善創造了條件。地下水的抽取使雨洪公園失去了其最初的設計意義。濕地的退化一部分是由于地下水水位的下降，繼續抽取地下水會形成地下漏斗，加速地下水水位下降和地表水的下降，形成惡性循環。
（5）景觀效果
松花江水由于直接注入原生濕地，外圍的干涸濕地泡增多，一部分的濕地泡水量較少，還有一部分的濕地泡被水淹沒，景觀效果最差；地下水補給的濕地泡水量合適，但是由于水質較差，水面上漂浮著黃色鐵銹，一些濕地泡還有惡臭，景觀效果較差。綜上分析，三種補給方式中雨水收集的方式最優，松花江水補給第二，地下水補給方式最差。
根據與群力政府的訪談，不采用雨水收集補給方式的主要原因是哈爾濱的降雨量較少，且年際分布不均。采用該方式收集量較小，需要鋪設大面積的雨水管道。筆者認為，除了收集城市雨水徑流，還可以采取中水回用的方式來滿足濕地生態需水。將群力居住區的生活用水經凈化處理，達到景觀生態用水標準后注入濕地。收集的雨水回用的中水水量應該可以滿足了濕地生態用水的需要，同時對于水資源的可持續利用具有重要意義。具體的數據支撐需要進一步的研究。
本文具有以下幾方面的誤差：1）觀測公園的水量和水質時，由于測量工具的限制，大部分采用目測的方式，測量結果有一定誤差；2）計算雨水收集的匯水面積時，由于專業限制，對于水量平衡公式中各指標的計算不夠精準。
4 結論
1）根據設計與施工的對比，群力國家城市濕地公園的雨水收集和利用的工程建設較好，若啟用該方式補給濕地，可以達到預想的效果。
2）群力濕地公園的蓄水量很大，正常蓄水量為71 905.85 立方米，最大蓄水量可以達到137 674.638 立方米；在全部采用雨水收集補給濕地的條件下，正常情況下群力濕地公園可以收集123 公頃范圍的雨水，最多可以收集144.89 公頃的雨水；極端暴雨的情況下，群力濕地公園可以收集至少0.86 公頃，至多48.92 公頃范圍的雨水。即周邊很大范圍內的城市雨水可以得到有效利用。
3）根據2011、2012年兩次實際觀測結果發現，人工濕地泡系統對水質的凈化效果比較明顯，凈化后的水質可以滿足植被的正常生長需求。
4）將2011年采用的地下水補給、現在采用的松花江水補給與設計的雨水補給三種方式的供水量、水質、費用、景觀效果與生態意義對比分析，發現雨水補給方式最優，松花江水補給方式其次，地下水補給方式最差。