引言
随着中国城市发展，城市规划过程中人工水体的引入已成为常态化设计手段，但小型人工湖及较为静止的支流在修建后的两三年里就会出现严重的富营养化问题。深规院市政规划院的生态环境规划研究中心通过运用物理环境分析与生态学理论创新研发，解决规划设计阶段无法预测水体富营养化位置及情况的问题，判断建成后可能出现水体富营养化的水域范围，操作分析过程简单，利于规划设计院推广使用。
该技术于2015年3月正式取得中国发明专利授权，2015年12月获得“深圳市2015年度市属国企自主创新优秀项目” 二等奖，经效果验证后获得2019年《中国给水排水》专利技术创新奖二等奖；2016年正式申请美国发明专利，2019年8月获得授权。
01 研究背景 2015年之前，业界关于水体方面的富营养化量化模拟研究主要是运用ELCOM-CAEDYM模型或者遥感和计算结合流体动力学的方法，主要研究对象是现状已存在的水体，研究过程通常对参数要求过于细致，如实测的氮、磷元素及叶绿素a含量、水体消光系数、长波辐射表面反射率等规划层面较难落实的数据。规划设计阶段仅能基于周边现状及用地类型规划初步估计点源及面源污染情况，针对截污制定相关的规划和控制措施。 图片来源：pixabay 基于湖泊生态学原理，水体的内源污染以及进入的外来污染是富营养化决定性因素（这部分在规划阶段仅能提出管控要求或估算，无法准确量化），而风力扰动、温度、光照是湖泊产生富营养化最重要的气候影响因素，尤其是风力扰动对湖体水层微藻及营养物质分布情况产生重要影响。 02 应用范围 规划水体富营养化预警技术主要应用领域在于城乡规划设计、水环境治理与水生态修复领域，特别涉及规划水体富营养化预测分析。在城市总体规划、分区规划、详细规划、城市设计阶段，结合规划设计方案（城市用地布局、建筑模型、规划水体）、气候条件等进行预测，适宜应用在进行规划设计涉及到水体建设的所有存在富营养化潜在风险的地区。 03 创新点与技术优势 （1）解决规划设计阶段无法预测水体富营养化位置及情况的问题，技术反向优化规划布局方案，源头减缓问题，降低建成后的整治成本。 图片来源：pixabay （2）结合本地气象、水体、规划方案数据分析，运用软件模拟得出的规划人工水体在特定地理、道路走向、建筑布局条件下的流动性、水温、水深、藻类聚集适宜性等情况，判断建成后可能出现水体富营养化的水域范围，适宜运用于所有存在水体富营养化风险的地区。 （3）数据需求较易获取，操作分析过程简单，利于规划设计院推广使用。 图片来源：pixabay 04 实施案例与效果 2013年，在我国中部某市新区概念规划项目中，首次应用此技术对规划方案进行评估与分析。 4.1 采用专利技术进行规划阶段的方案评估及调整 （1）原规划方案规划水体的富营养化具体分析如下： 原方案模型及湖泊富营养化高风险区域范围图（繁殖区、聚集区） 综合以上分析，采取以下措施进行方案调整：近湖建筑密度减少、近湖建筑层高降低、上风向建筑坐向调整、湖泊形态减少湖湾及支流。 （2）调整后的规划水体的富营养化具体分析如下： 调整方案模型及湖泊富营养化高风险区域范围图（繁殖区、聚集区） （3）两方案对比分析及未来预测： 调整后方案比原方案静风区范围明显减少，即产生有毒有害蓝藻藻华的可能性大为降低，同时藻类聚集区域减少，湖泊景观维持更为容易。最后概念规划方案确定采用简化调整后的水体形态和布局方案。 最终的概念规划方案 4.2 实际建设后专利技术在规划阶段预测的有效性验证 2019年7月对其进行水质指标以及生物指标的采样检测，实际建设形态进一步简化变为偏长方形，细长型水体已经取消，但规划设计阶段的专利技术对于水体的富营养化发生的区位预测和前期设计指导仍在设计与建设过程中得到重视和沿用，水体的中部和东部采用大型水生植物控制藻华的措施。检测结论东部监测点水质比水体中部及西部水质略差，这可能与下风口的位置有关。 该检测结论与本专利技术在概念规划设计阶段作出的富营养化情况分布预测高度吻合，显示水体中部预测为藻类繁殖区，中部采用生态生物技术的措施后的确能起到控制水体中部富营养化的效果，而水体东部预测为藻类聚集区，虽实际也采用了生态生物控制技术，但由于风力干扰藻类丰度和生物量仍高于水体其他的区域。证明专利技术在规划设计阶段对规划的水体进行未来富营养化不同区域差异情况预测的有效性。 05 不足与思考 “一种规划人工水体富营养化预警分析方法”研发基于城市规划尺度与阶段，对空间布局与微气候的影响能得到相对准确判断，对于未来建成后污染物的进入量与影响的预测在此方法中将其作为可控相对恒定的因素。 研发团队后续进行海绵城市污染削减研究时也尝试进一步量化优化此方法，但是发现目前的常规污染计算方法对于预测来说量与空间分布的不确定性太大，难以支撑富营养化状态在水体空间上的差异分布预测，且污染物的排入可通过管控手段基本解决，除此之外重要的影响因素是水生态系统本身的结构组分与外部的气候条件。虽然跟踪监测证明了实际建设中方法的有效性，但也借此对这个专利方法进行一些优化的反思，希望与同行们合作与讨论。 06 专利信息 国际（美国）发明专利“METHOD FOR EARLY WARNING ANALYSIS OF EUTROPHICATION OF A PLANNED ARTIFICIAL WATER BODY”，专利号：US 10,387,586 B2。 对应中国发明专利“一种规划人工水体富营养化预警分析方法”，专利号：ZL201410033490.5，发明人李晓君、李峰、俞露、杜雁、丁年。 发明专利证书（中国） 发明专利证书（美国） “一种规划人工水体富营养化预警分析方法”于2015年3月正式取得中国发明专利授权，是深规院首个发明专利。2014年进行PCT国际检索，报告结论为具有创新性与工业实用性，2016年正式申请美国发明专利，除发明人外，生态环境规划研究中心邓立静协助英文申报材料准备，通过3年的多轮审查与答辩，于2019年8月获得授权。2015年12月获得“深圳市2015年度市属国企自主创新优秀项目” 二等奖，经效果验证后2019年8月获得2019年《中国给水排水》专利技术创新奖二等奖。 自2015年获得首个发明专利后，深规院技术成员持续创新，多个发明专利已相继获得授权，涵盖城市规划、生态环境、工程设计等多个领域，深规院将持续秉承创新与务实的规划理念，为城市的未来做更多，为生态环境做更多，与同行们共勉共进！ 李晓君，注册城乡规划师，注册咨询工程师，深圳市城市规划设计研究院副主任工程师 俞露，教授级高级工程师，注册咨询工程师，深圳市城市规划设计研究院副总工程师 编辑、排版 / 陈程
作者
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