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海绵城市雨水收集系统原理?

发布日期:2023-02-25

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海绵城市是新一代城市雨洪管理概念,指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性",采用“源头处理,分散集中”的方法,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用,从而优化城市排水系统。


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01
海绵城市的组成

建设海绵城市就要有“海绵体”。城市“海绵体” 既包括河、

湖、池塘等水系,也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用,最后剩余部分径流通过管网、泵站外排,从而可有效提高城市排水系统的标准,缓减城市内涝的压力。




02
海绵体相关的施工技术措施

要实现海绵城市的弹性以及其对雨水的“吸、保、排”功能就要具体落实到“渗、滞、蓄、净、用、排”各分项工程的建设当中去,并对各分项工程进行合理的组装和空间规划以达到最优的雨水截取效果。


“渗”工程 

城市地表硬化严重,水循环被截断必须回归自然,利用自然的力量处理水资源。对于城区内的市政景区、居住景区可采用透水性铺装截留雨水,再通过引水沟引至附近的滞留设施中;一般来说道路面积占城区面积的 10%~25%。所以可将受荷较小的非主干道的铺装材料改成透水混凝土;利用城区广阔的屋顶空间,在城区上部空间完成雨水的减排净化。

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透水铺装

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引水沟


“蓄”工程 

通过“渗”工程已初步控制了雨水的径流污染。我们应按规模分区域的将雨水存储起来以达到调蓄和错峰的目的。蓄水模块是一种新型蓄水设备。可针对其优缺点选取合适的修建区域,如地下空间利用率较高的地区;地下蓄水池规模较大,附属的配套基础设施齐全,储水量大,且具有初步的净水功能。但其占地空间大、造价高,适用于居住园区;还可以通过河、湖、池塘进行蓄水。

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“滞”工程 

为进一步减少雨水的径流污染、控制水土流失,我们要逐级减少径流总量,用时间换空间,延缓径流高峰的形成;建设雨水花园主要是利用城市绿地、公园、广场等大面积空旷地区的植被、树木来截挡雨水并下渗掉一部分,同时可以利用低洼区域来存储一部分雨水,在减少雨水污染的同时,还可避免其过快的汇集;建设生物滞留区与雨水花园类似,通过基质过滤、人工材料与微生物的作用实现雨水的净化,不同场地条件有不同的设置形式;建设人工湿地主要是利用人工修建的池塘低洼地进行雨水渗透、补给地下水,能够有效的削减雨水的峰值流量。

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“净”工程和“用”工程 

直接收集到的雨水一般要经过土壤或人工的净化作用才可用于使用,根据雨水的使用目的,选择净化方法、净化程度。

居住区建筑、绿化面积大,收集到的雨水稍经生物、物理技术处理后可用于冲洗、灌溉;工业区地表硬化严重,绿地面积小,加上工业污染,那么地表截留就显得十分重要,将雨水汇集至地下存储设施后要经过多重净化处理才可用于工业用水、消防用水;市区绿化面积大、地势多变,要因地制宜选择净化方案,各地下蓄水设施收集到的雨水经初步处理后可用作道路清扫、灌溉、景观用水。

“排”工程 

海绵城市雨水处理的最后环节就是过多雨水的有序排放、补给地下水。采取智能监控合理有序的将雨水错峰排放,以达到防止城市内涝的目的。做到排水的竖向与水平相结合、自然与工程相结合、排水防涝设施与天然河湖水系相结合。

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03
绿色屋顶海绵策略

雨洪来临时,建筑屋顶产生的径流是导致城市内涝的重要原因之一。因此,将城市的建筑屋顶改造为绿色屋顶能有效缓解城市雨水径流压力。一方面,通过海绵城市结构来收集、储存雨水,并利用雨水进行浇灌,可以节省各种能耗;另一方面,绿色屋顶将形成良好的城市景观,提升城市的整体绿化率。

绿色屋顶策略中,表面种植绿色植被,用以吸收雨洪期间多余的雨水径流,通过植物根系净化过滤,将雨水收集到雨水桶进行存储回用;绿色屋顶底层有轻质土层、防根系穿透层、排水层以及防水层等多层结构保护,同时能保护建筑表层,多样植物搭配的绿色植被层可以吸收建筑热量,缓解城市热岛效应。

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 开敞型屋顶花园 

绿色屋顶设计有基本结构层,同时屋面坡度大于2度,以有效汇聚、收集雨水。

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 密集型绿色屋顶 

密集型绿色屋顶荷载承受能力较高,能够种植覆土较高的乔木、灌木,打造景观体验丰富的屋顶花园。

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04
城市道路海绵策略

城市道路作为城市主要不透水下垫面之一,占建设用地的比例超过了30%。城市道路运用海绵城市设计策略,在收集利用道路雨水径流、污染排放等方面可产生巨大的经济、生态和美学效益。


 生态树池 

树池的标高一般比路面低一些,用以收集、初步过滤雨水径流。就行道树而言,一系列连贯的树池可以被设计成潜在的收水装置,最大限度地发挥收集、过滤雨水径流的作用。

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 生物滞留池 

生物滞留池是一种窄的、线性的、配置丰富景观植物、具有规则形状(常为长方形或正方形)的下凹式景观空间,具有垂直的池壁和平缓的纵向坡。

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 道路渗井 

在空间极为受限的邻里街道,因为没有有利条件设置生物滞留设施,通常采用设置渗井的方式来实现海绵城市。

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 道路中心隔离带 

道路中心绿化作为常见的道路绿化形式,在海绵城市建设上有很大的潜在利用价值。道路两侧的滞留池和中心绿化在本来没有联系的情况下,结合道路横坡的现状,可整合为一个新的排水绿化生态系统,是一个可以用来应对道路积水的新策略。

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 立体交通 

采用入水口初期弃流、入水口拦截装置、高架下滞留池设计等方式。

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 生态停车场 

生态停车场是一种具备环保、低碳功能的停车场,具有高绿化、高承载的特点,同时使用年限也长于传统停车场,生态停车场可与生物滞留池及植草沟结合设计。




05
城市公园绿地海绵策略

 城市公园道路 

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 大型下凹绿地 

小雨时,通过植草沟、雨水花园或雨水管渠输送到下凹绿地最低点海绵社设施中;大雨时大型下凹绿地能够大量收集周边建筑、道路和广场等雨水径流,统一调蓄下渗,当下凹绿地水量超过标准时,会通过溢流管排放发到市政管道。

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 雨水花园 

一般公园中使用抬高的绿地,雨洪时期不能收集雨水,同时雨水冲刷泥土中的垃圾汇集路面,会堵塞排水系统,造成下凹路路面积水。下凹的雨水花园能够有效收集周边雨水径流,避免雨洪内涝危害。

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06
案例展示

 深圳深湾街心公园 

该公园项目是打造高密度业态间的缓冲带及润滑剂,满足了超总片区居民运动交流的需求,具有生态和城市活力的示范性。公园的活力来源于城市,它以健康为主题激活邻里社交,以雨水生态循环装置激发儿童对大自然的兴趣。公园是周边城市居民的生活外延,社区慢跑者的集结地;是自然语言在高密度都市核心区的表达。

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深圳深湾街心公园以生态方法蓄水、净水,需要时将水加以利用,雨水蓄水池容积为283.5m³,雨水日径流可收集总量为665m³,收集的雨水可用于绿化浇灌和景观补水。海绵系统利用自然做功,实现了自然系统中雨水、风能、动能的循环利用。


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海绵城市雨水循环系统

场地内别具一格的标识性风车,可将风能转化为动能,把湿地中蓄积的雨水抽到水渠桥,成为水景观的起点。10m高的飞瀑下落,经层层台地的滞留、净化,形成叠瀑景观,最终重新回到湿地的水循环中,滋养浇灌湿地水景。


 沙河源公园 

沙河源公园,位于大西南建材城旧址,大量遗留的铁轨及存储木材的厂房被作为设计要素加以提炼。

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运用生态草沟、雨水花园、湿地、生态溪流,打造完全自净自洁的生态湖泊,打造海绵城市的示范典型。

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透水铺装


 沣河湿地生态公园 

项目位于沣河西岸西宝高速至科技六路之间的滨河生态景观带,全长4公里,河岸平均宽度100米,占地面积约88万平方米,是进入西咸国际文化教育园的东部门户。沣河作为贯穿西咸新区南部的主水脉,是西安文化古城与西咸国际新区的交界线,承载了自西周以来灿烂的历史文化遗产,也被寄望城市的未来。

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利用雨水的滞蓄过程,设置环境友好的抛石围堰,创造更丰富的湿地系统,营造适合鸟类栖居的生境。而通过植物空间阻隔与人行流线引导,同时不干扰鸟类的活动。重构沣河及周边的生态环境,让河道焕发新的生机。

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西咸新区沣西新城为全国首批海绵城市建设试点区,项目担当起文教园景观绿地系统实践海绵城市的试验点。

用填-挖方技术,营造微地形形成天然海绵体,通过雨水花园、人工湿地、生态草沟、渗透池、蓄水模块等设计收集酸性雨水,地面选用会呼吸的环保材料,符合年径流总量控制率超过85%,雨水径流面源污染消减量大于60%,用水回用30%以上的技术要求,真正具有“弹性”和“可持续性”。

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低影响开发分析

用现状供水泵站每日排出的反清洗用水,设计梯级净湿地化/雨水花园,构建线性人工生态湿地,在超量雨水时由末端原规划的排涝泵站排出,达到水源的动态平衡,形成集科普性、参与性、观赏性为一体的湿地体验。


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梯级净湿地化/雨水花园


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湿地净化体系图 Wetland Purification System


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线性生态公园 A linear ecological park


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海绵城市是新一代城市雨洪管理概念,指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的"弹性",采用“源头处理,分散集中”的方法,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用,从而优化城市排水系统。


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01
海绵城市的组成

建设海绵城市就要有“海绵体”。城市“海绵体” 既包括河、

湖、池塘等水系,也包括绿地、花园、可渗透路面这样的城市配套设施。雨水通过这些“海绵体”下渗、滞蓄、净化、回用,最后剩余部分径流通过管网、泵站外排,从而可有效提高城市排水系统的标准,缓减城市内涝的压力。




02
海绵体相关的施工技术措施

要实现海绵城市的弹性以及其对雨水的“吸、保、排”功能就要具体落实到“渗、滞、蓄、净、用、排”各分项工程的建设当中去,并对各分项工程进行合理的组装和空间规划以达到最优的雨水截取效果。


“渗”工程 

城市地表硬化严重,水循环被截断必须回归自然,利用自然的力量处理水资源。对于城区内的市政景区、居住景区可采用透水性铺装截留雨水,再通过引水沟引至附近的滞留设施中;一般来说道路面积占城区面积的 10%~25%。所以可将受荷较小的非主干道的铺装材料改成透水混凝土;利用城区广阔的屋顶空间,在城区上部空间完成雨水的减排净化。

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透水铺装

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引水沟


“蓄”工程 

通过“渗”工程已初步控制了雨水的径流污染。我们应按规模分区域的将雨水存储起来以达到调蓄和错峰的目的。蓄水模块是一种新型蓄水设备。可针对其优缺点选取合适的修建区域,如地下空间利用率较高的地区;地下蓄水池规模较大,附属的配套基础设施齐全,储水量大,且具有初步的净水功能。但其占地空间大、造价高,适用于居住园区;还可以通过河、湖、池塘进行蓄水。

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“滞”工程 

为进一步减少雨水的径流污染、控制水土流失,我们要逐级减少径流总量,用时间换空间,延缓径流高峰的形成;建设雨水花园主要是利用城市绿地、公园、广场等大面积空旷地区的植被、树木来截挡雨水并下渗掉一部分,同时可以利用低洼区域来存储一部分雨水,在减少雨水污染的同时,还可避免其过快的汇集;建设生物滞留区与雨水花园类似,通过基质过滤、人工材料与微生物的作用实现雨水的净化,不同场地条件有不同的设置形式;建设人工湿地主要是利用人工修建的池塘低洼地进行雨水渗透、补给地下水,能够有效的削减雨水的峰值流量。

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“净”工程和“用”工程 

直接收集到的雨水一般要经过土壤或人工的净化作用才可用于使用,根据雨水的使用目的,选择净化方法、净化程度。

居住区建筑、绿化面积大,收集到的雨水稍经生物、物理技术处理后可用于冲洗、灌溉;工业区地表硬化严重,绿地面积小,加上工业污染,那么地表截留就显得十分重要,将雨水汇集至地下存储设施后要经过多重净化处理才可用于工业用水、消防用水;市区绿化面积大、地势多变,要因地制宜选择净化方案,各地下蓄水设施收集到的雨水经初步处理后可用作道路清扫、灌溉、景观用水。

“排”工程 

海绵城市雨水处理的最后环节就是过多雨水的有序排放、补给地下水。采取智能监控合理有序的将雨水错峰排放,以达到防止城市内涝的目的。做到排水的竖向与水平相结合、自然与工程相结合、排水防涝设施与天然河湖水系相结合。

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03
绿色屋顶海绵策略

雨洪来临时,建筑屋顶产生的径流是导致城市内涝的重要原因之一。因此,将城市的建筑屋顶改造为绿色屋顶能有效缓解城市雨水径流压力。一方面,通过海绵城市结构来收集、储存雨水,并利用雨水进行浇灌,可以节省各种能耗;另一方面,绿色屋顶将形成良好的城市景观,提升城市的整体绿化率。

绿色屋顶策略中,表面种植绿色植被,用以吸收雨洪期间多余的雨水径流,通过植物根系净化过滤,将雨水收集到雨水桶进行存储回用;绿色屋顶底层有轻质土层、防根系穿透层、排水层以及防水层等多层结构保护,同时能保护建筑表层,多样植物搭配的绿色植被层可以吸收建筑热量,缓解城市热岛效应。

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 开敞型屋顶花园 

绿色屋顶设计有基本结构层,同时屋面坡度大于2度,以有效汇聚、收集雨水。

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 密集型绿色屋顶 

密集型绿色屋顶荷载承受能力较高,能够种植覆土较高的乔木、灌木,打造景观体验丰富的屋顶花园。

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04
城市道路海绵策略

城市道路作为城市主要不透水下垫面之一,占建设用地的比例超过了30%。城市道路运用海绵城市设计策略,在收集利用道路雨水径流、污染排放等方面可产生巨大的经济、生态和美学效益。


 生态树池 

树池的标高一般比路面低一些,用以收集、初步过滤雨水径流。就行道树而言,一系列连贯的树池可以被设计成潜在的收水装置,最大限度地发挥收集、过滤雨水径流的作用。

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 生物滞留池 

生物滞留池是一种窄的、线性的、配置丰富景观植物、具有规则形状(常为长方形或正方形)的下凹式景观空间,具有垂直的池壁和平缓的纵向坡。

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 道路渗井 

在空间极为受限的邻里街道,因为没有有利条件设置生物滞留设施,通常采用设置渗井的方式来实现海绵城市。

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 道路中心隔离带 

道路中心绿化作为常见的道路绿化形式,在海绵城市建设上有很大的潜在利用价值。道路两侧的滞留池和中心绿化在本来没有联系的情况下,结合道路横坡的现状,可整合为一个新的排水绿化生态系统,是一个可以用来应对道路积水的新策略。

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 立体交通 

采用入水口初期弃流、入水口拦截装置、高架下滞留池设计等方式。

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 生态停车场 

生态停车场是一种具备环保、低碳功能的停车场,具有高绿化、高承载的特点,同时使用年限也长于传统停车场,生态停车场可与生物滞留池及植草沟结合设计。




05
城市公园绿地海绵策略

 城市公园道路 

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 大型下凹绿地 

小雨时,通过植草沟、雨水花园或雨水管渠输送到下凹绿地最低点海绵社设施中;大雨时大型下凹绿地能够大量收集周边建筑、道路和广场等雨水径流,统一调蓄下渗,当下凹绿地水量超过标准时,会通过溢流管排放发到市政管道。

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 雨水花园 

一般公园中使用抬高的绿地,雨洪时期不能收集雨水,同时雨水冲刷泥土中的垃圾汇集路面,会堵塞排水系统,造成下凹路路面积水。下凹的雨水花园能够有效收集周边雨水径流,避免雨洪内涝危害。

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06
案例展示

 深圳深湾街心公园 

该公园项目是打造高密度业态间的缓冲带及润滑剂,满足了超总片区居民运动交流的需求,具有生态和城市活力的示范性。公园的活力来源于城市,它以健康为主题激活邻里社交,以雨水生态循环装置激发儿童对大自然的兴趣。公园是周边城市居民的生活外延,社区慢跑者的集结地;是自然语言在高密度都市核心区的表达。

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深圳深湾街心公园以生态方法蓄水、净水,需要时将水加以利用,雨水蓄水池容积为283.5m³,雨水日径流可收集总量为665m³,收集的雨水可用于绿化浇灌和景观补水。海绵系统利用自然做功,实现了自然系统中雨水、风能、动能的循环利用。


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海绵城市雨水循环系统

场地内别具一格的标识性风车,可将风能转化为动能,把湿地中蓄积的雨水抽到水渠桥,成为水景观的起点。10m高的飞瀑下落,经层层台地的滞留、净化,形成叠瀑景观,最终重新回到湿地的水循环中,滋养浇灌湿地水景。


 沙河源公园 

沙河源公园,位于大西南建材城旧址,大量遗留的铁轨及存储木材的厂房被作为设计要素加以提炼。

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运用生态草沟、雨水花园、湿地、生态溪流,打造完全自净自洁的生态湖泊,打造海绵城市的示范典型。

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透水铺装


 沣河湿地生态公园 

项目位于沣河西岸西宝高速至科技六路之间的滨河生态景观带,全长4公里,河岸平均宽度100米,占地面积约88万平方米,是进入西咸国际文化教育园的东部门户。沣河作为贯穿西咸新区南部的主水脉,是西安文化古城与西咸国际新区的交界线,承载了自西周以来灿烂的历史文化遗产,也被寄望城市的未来。

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利用雨水的滞蓄过程,设置环境友好的抛石围堰,创造更丰富的湿地系统,营造适合鸟类栖居的生境。而通过植物空间阻隔与人行流线引导,同时不干扰鸟类的活动。重构沣河及周边的生态环境,让河道焕发新的生机。

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西咸新区沣西新城为全国首批海绵城市建设试点区,项目担当起文教园景观绿地系统实践海绵城市的试验点。

用填-挖方技术,营造微地形形成天然海绵体,通过雨水花园、人工湿地、生态草沟、渗透池、蓄水模块等设计收集酸性雨水,地面选用会呼吸的环保材料,符合年径流总量控制率超过85%,雨水径流面源污染消减量大于60%,用水回用30%以上的技术要求,真正具有“弹性”和“可持续性”。

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低影响开发分析

用现状供水泵站每日排出的反清洗用水,设计梯级净湿地化/雨水花园,构建线性人工生态湿地,在超量雨水时由末端原规划的排涝泵站排出,达到水源的动态平衡,形成集科普性、参与性、观赏性为一体的湿地体验。


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梯级净湿地化/雨水花园


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湿地净化体系图 Wetland Purification System


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线性生态公园 A linear ecological park



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