场地空间尺度的水体生态设计分析

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水是所有生物生存的根本条件，被认为是生命孕育的“要素”与“场所”。本文从场地空间尺度的水体生态设计入手，阐述水体生态设计的原则，分析和总结了水体生态设计中水体天然循环、水体平面形态、水体生态驳岸、水体深度、水生植物的生态设计技术手法，并结合广州大学城中心湖公园水体，论述其水体生态设计各要素的准确性。得出的结论是：场地空间尺度的水体生态设计，需要从水体的天然循环、水体自然平面形态、水体生态驳岸、水体深度和水生植物五个方面考虑，并将此应用到水体生态设计中，以此发挥水体的最优功能。



01.
水体生态设计的必要性分析

1.1我国水资源短缺，水体污染严重 随着我国城市化的不断加快，原有的林地、草地、农田等疏松透水透气的地表逐渐被沥青、混凝土、砖石等不透水材料铺就的硬质地面所取代，阻隔了雨水向市区下部土壤的自然渗透。同时城市作为人口高密度聚居的区域，经济文化活动密集，必然要消耗大量的淡水资源。城市地下水既得不到应有的补充，还要被超采，使得许多城市地下水位下降，形成地下水漏斗，引发地面沉降、裂缝等地质灾害。另一方面，水资源污染导致全国多地出现水质型缺水问题，这是导致全国水质问题严重的因素之一。由此可见，我国的水资源存在地区污染加剧、生态环境恶化等情况，使水资源面临严峻的供需失衡问题。
1.2水体是生命孕育的“要素”和“场所” 水是世间生物生存的必备物质，是大自然赋予人类的珍贵财富。水体四周是人类以及其它各种生物生存和发展的优质场所。水和水边的基本功能，是生命育成的“要素”。水体具有直接功能和间接功能两大类。直接功能主要是给生产和生活活动提供水资源，包括工业性用水、生活性用水、农业活动用水等。间接功能为水体带来的环境功能，具体表现在以下几个方面：水体可以提供生物栖息的场所，形成生物的生息空间；水体可以营造水体娱乐场所，增加居民生活的乐趣；水体能够改善局部小气候，可以调节城市局部的温度，增加空间湿度；水体有利于形成水体景观，塑造美丽且丰富的水边景色。水体可以提供良好的居住环境，在水边形成水边地带，形成观光产业等立地条件。从水体的功能入手，对水体进行生态设计和改造利用，使水体更好地服务于人类。
表1水体功能分析

02.
场地空间尺度水体生态设计的技术要点分析

2.1水体生态设计原则 2.1.1保证水体的天然循环和自由性 水是自然界中不断进行循环的物质，在进行水体设计时，对流向的所在、水源的位置、水系的连续性、水质的维持等方面都要进行适当的考虑。水体设计不仅要符合水体的天然形态及其运动规律，还要符合其构造特征和自由性。水体是自然的天然物体，水体设计就是将大自然的水体美，更好地呈现为自然风景，也较好地体现于人工景观中。
2.1.2保证水体的生态特性 生态环境作为人们生活的自然环境，为人类生存和发展提供了一种背景。水为生命之源，水体的生态设计强调将人工环境与自然环境有机结合，将设计结合自然，因地制宜地建设水体，保证水体的生态特性。
2.1.3 保持水体的环境功能 对水体进行生态设计和改造利用时，充分保持水体的环境功能，使水体更好地服务于人类。水体可以提供生物栖息的场所，形成生物的生息空间；水体可以营造水体娱乐场所，增加居民生活的乐趣；水体能够改善局部小气候，水体可以调节局部的气温、增加湿度；水体有利水景观的形成，形成水边连续景观。水体可以提供良好的居住环境，在水边形成水边地带，形成观光产业等立地条件。
2.2水体生态设计技术手法分析 水体生态设计技术手法主要从水体天然循环、水体平面形态、水体生态驳岸、水体深度和水生植物五大方面来考虑。
表2水体生态设计技术手法分析
2.2.1水体天然循环设计 水是自然界中不断进行循环的物质。水体天然循环设计主要包含两方面内容，一方面是场地内水体与场地外水体循环，另一方面是场地内部的水体循环。
场地内水体与场地外水体循环设计首要手法是水体连通法。水体连通法主要是让场地内的水体与附近的河流或湖泊进行连通，保持水的自由性和流动性。水体连通法尽量采用天然河流进行连接，如人工开挖小河流，需在地形的基础上，利用水的动力开挖生态河流。同时，为了考虑交通和经济发展的需要，在开挖生态河流的局部地段，可以设置为地下河，这样既保证水的连通性，也保证了场地内部的水体与场地外部的水体进行良好的天然循环。
场地内部的水体循环设计，可根据当地的实际情况，主要考虑场地单个水体内部的循环。当只有一个水体时，可分成一个大水体和一个小水体。大水体水位较低，小水体水位较高，使小水体流向大水体，保证单个水体内部的内循环。同时，场地内部水体循环，也需要考虑水体与雨水的关系。雨水是我国大部分地区的主要水体补给来源，对雨水的充分利用，可以很好的解决场地的水体问题。场地的水体选址主要结合当地的地形，选址于地势较低的位置。场地雨水收集主要将来源于场地周边，包括场地周边的建筑雨水收集、场地周边的雨水排水管收集、场地周边经过处理过后或经过自然净化后的（土、石头、植物）污水收集。同时，雨水在各户的蓄留、公共设施蓄留、广场蓄留、公园蓄留、停车场蓄留均可借助地形排放到场地水体中。
表3水体天然循环设计要点
图 1单个水体内循环示意图

2.2.2自然水体平面形态设计 水体具有自然属性，流动性是水体的天然属性。水的自由和灵动带给自然纯洁和安全。
自然水体平面形态主要有湖、湾、畔、岬、半岛、离岛六要素。
“湖”是水体平面中聚积的大片水域。“湖”的面积较大，供多种生物生存。“湖”在水体深度中主要为深水区，为深水区的生物提供越冬和产卵场所。
“湾”是水流弯曲的地方，面积根据实际情况可大可小。“湾”为小生物提供避难所，适合多数小生物的生存。
“畔”主要考虑水深，只与水深有关系。“畔”所在的水深均属于浅水，一般在30cm内。
“岬”与“湾”相交相融。“岬”指伸向水中的陆地，通常由水浪淤积下来的砂粒或砾石所组成，“岬”为生物交流提供了良好的交流场所。
“离岛”意指远离主体的岛屿，“离岛”上包含小型植被和小面积的湿地塘，这既为生物提供了良好的栖息场所，也为水体景观提供对景。
“半岛”指陆地的一半伸入湖中，另一半同与陆地相连的地貌状态，它的其余三面被水包围。“半岛”是生物进入水体前沿阵地。
自然水体平面的岸线处理要避免平直，尽量达到凹凸变化，营造了各种类型的水体环境，为水体动植物提供了丰富多彩有生存空间。岸线转弯、凹入处形成的港湾可为生物创造很好的庇护条件，水湾处形成的水流也可为鱼类提供丰富的食物源；岸线凸出的地方又可为人类提供亲水、赏景的空间；同时曲折的岸线加大了水陆接触面，可以增加雨水排放路径及水体净化效果。
图 2水体自然平面形态图—六要素
2.2.3水体生态驳岸设计 驳岸是陆面生态系统和水体生态系统的联络线形体，水体岸边属于水陆交错带。天然驳岸一般围合成自然且活泼的平面形状，同等高度的驳岸围合成平面的静水景观，而不同等高度的驳岸围合形成立体的流动水体景观。生态驳岸将水体和绿地紧密联系形成一体，构造成为一个完整的生态系统。
1）生态驳岸设计原则 生态驳岸设计需要遵循稳定性、生态性和景观性三原则。稳定性指驳岸的护岸功能，能满足岸坡的的安全性和稳定性，岸边植物不仅具有发达的根系和茂密的枝叶，更能有效地团结坡面土壤，达到驳岸的安全性。生态性指驳岸能为水体和陆地动植物提供一定的生态连接通道，同时具有稳定的自然生态性。景观性指驳岸使人、水和生物之间具有微妙的关系，设计建设一个植被葱郁的人性化的水陆交错带，使人便于与水和生物亲近，进而创造水、生物和人在一个边缘生态环境中相融共生的美好场景。
2）自然驳岸设计 自然驳岸设计的根本思路是采用大自然本身的力量来处理人与自然的和谐共生问题。在水流情况和水文情况非特殊的情况下，首先采用自然驳岸设计。自然驳岸设计时为了保证其水体岸线的稳定，应更多地利用耐水喜水乔木和水生湿生植物，能更好地预防水土流失。同时，自然驳岸设计在场地空间相对富裕的条件下，可以采用平缓的驳岸形式，平缓驳岸虽然占用空间较大，但能较好地保证绿地和水体的过渡衔接，营造湿生植物的生长环境，促进水体系统和陆地系统的平衡和稳定，为生物的多样性提供了更好地自然空间。同时岸线的水生和湿生植物可以过滤水体中的污染物和杂质体，净化公园水体，并创造宜人的水体景观。
图 3自然驳岸原型驳岸断面示意图
图 4自然型驳岸（卵石护底）断面示意图
图 5珠江生态驳岸（广州大学城外环路）
3）人工驳岸设计 在水流情况和水文情况相对特殊的情况下，一般采用人工驳岸设计的手法。虽属于人工驳岸，亦需要采用生态驳岸设计的三原则，使人工驳岸达到最高的生态效益。通常手法为采用比常水位低的蜂巢网箱或彻体来保障人工驳岸的稳定性。当部分水域由于我国季节性气候降水差异导致水位落差较大，此水域适宜采用分层性人工自然驳岸。同时，人工驳岸的低层自然驳岸不仅要满足低水位的要求，更要构造自然孔隙，在自然孔隙中植入沉水植物或树枝，在近水区域植入挺水植物如菖蒲、千屈菜或芦苇等，在高水区域形成带状绿地并种植乔木。这种设计能使生物有效地隐藏在孔隙或沉水植物中，使水体、生物和绿地紧密联系形成一体，构造成为一个完整的生态系统。
图 6缓坡式人工自然驳岸断面示意图
图 7广州大学生物楼旁人工自然断面
4）驳岸植物配置 驳岸植物的配置一般采用根系比较发达的植物，更有利于预防驳岸水土流失，保持驳岸结构的稳定性。同时，驳岸植物对驳岸还有美化作用，与周围外观更具协调化，也能与附近环境有较高的契合度。在堤岸边侧宜种植若干乔木，乔木既保持水土，也形成地区标志，把人们自然性地吸引到水体空间。驳岸附近种植部分花草，软化硬直的岸线，也很好地表达季节感。另外，如需要采用人工材料植物，最好使用可降解的绿色环保材料或自然有机材料（生态性固坡种植袋、木桩等），保证水体与绿地形成有机联系。
2.2.4水体深度生态设计 水体深度生态设计的首要目标是保证水体的稳定或正常流动，其次要促进水体生物多样性。水体中有着较多的动植物，动植物对水体的深度也有着不同的需求，一方面要保证水体生物的食物源，同时要考虑各类水生生物的生存场所和活动空间需求。
根据不同的水体深度可以分为三个区域：深水区域、浅水区域和浅滩区域。不同区域对鱼类起着不同的生态功能：（1）深水区域的水体深度通常为2.0m-4.0m，该区域一般距水岸较远，常处于湖心区位置，主要的作用为深水区的鱼类提供越冬和产卵场所，同时还包括一些洄游性鱼类的洄游通道。（2）浅水区域的水体深度通常为0.3m-2.0m，该区域是各类水体动植物活动最多最为频繁的区域，同时，该区域在水体面积中所占比例最大，一般为50%以上。浅水区域是各类水生植物生长的场所，包括沉水植物、挺水植物、浮水植物、浮叶植物和漂浮植物等。浅水区域各类植物创造出复杂多样的水体场所，为水生昆虫和浮游动物等提供了良好的生存环境。因此，浅水区域是鱼类获取食物最佳区域，水草丛生的多变环境也是鱼类产卵和躲避天敌的理想场所。（3）浅滩区域的水体深度通常为0m-0.3m，该区域位于水体和陆地的交错区域，是部分挺水植物和湿生植物的生长区域。该区域对水体生物有着重要的作用：①此区域有较多的水草和乔灌木，可为周边生物提供大量的安全庇荫区。②该区域多为浅水卵石滩或水草丛生，这样的环境是石砾产卵型和草上产卵型生物的理想产卵场。③净化城市污水、拦截部分洪水，对水质和水体生物栖息地有着净化和过滤的作用。④为水体生物提供比较安全的生存场所，降低外界对水体生物的干扰。⑤浅水区域有着较大的生物量，可为近岸生物提供较富裕的食物量。
图8水深设计示意图
2.2.5水生植物设计 1）水生植物功能 水生植物设计是水体生态设计的重要方面之一。水生植物具有水体产氧、氮循环、抑制浮游藻类繁殖、吸附沉积物、减轻水体富营养化、提高水体自净能力的重要功能，同时还能为微生物和水生动物提供栖息场所和食物源，保持水岸带的物种多样性。水生植物还具有增强河流水体自净能力、去污净水以及旅游观光等功能。水生植物与鸟类、水禽、阳光、肉食性水生动物、植食性浮游动物、滤食性水生动物以及微生物共同形成了一定的生态循环系统。
2）水生植物类型 水生植物主要包括有沉水植物、浮水植物、挺水植物和湿生植物四大类型。沉水植物主要有水毛茛、金鱼藻、水马齿、水蓟等。浮水植物主要生于浅水中，叶子浮在水面之上，根生长在水底泥土之中，主要有王莲、睡莲、狸藻等。挺水植物主要有水蜡烛、水葱等。湿生植物主要生长在相当潮湿的环境当中，主要有泽泻、香蒲、灯心草、乌头、假升麻、小花泽泻、羊胡子草、花叶水生甜茅、水芋、鸢尾、马利筋、菖蒲、泽兰、千屈菜等。
3）水生植物配置手法 水生植物的配置应依据水体流动速度、水体的宽窄及水体面积的大小等条件，把不同种类、不同生活习性、较高观赏性、不同季相的乡土植物混合搭配使用，以此打造成与稳定且富有层次性、与附近环境相协调的水生植物景观。水生植物的种植要以乡土水生植物为主，不同地域种植不同类型水生植物。其次，要兼顾观赏性原则和功能性原则，打造和谐有序的的植物群落，另一方面，还需要考虑植物景观层理结构的完善，丰富景观结构。
水生植物配置主要有以下几种手法：
湿生乔木+湿生地被，如垂柳+鸢尾。这个模式适用于水岸边水生植物的配置，水岸边土壤较为湿润，适合湿生植物生长。这种配置方式会形成开阔的林下空间，大面积群植和片植可围合水面空间，散植和孤植时则可以增强水面与陆地的空间感。
沉水植物+挺水植物，如苦草+荷花。这个模式不适用于溪流或河涌，其余情况均可使用，以挺水植物群落为观赏焦点，配以苦草，净化水体的同时还可以改变水体颜色，形成“水下森林”景观。
沉水植物+浮叶植物+挺水植物，如苦草+睡莲+红鞘水竹芋。这个模式适用于小面积水体配置。此类搭配有浮叶与挺水植物作为主景，散植或丛植具有较高的观赏性，搭配苦草净化水体，提升水体可见度，使植物景观与水面倒影融为一体，制造优美的镜面景观效果。
表4 水生植物配置

03.
水体生态设计在广州大学城中心湖公园中的应用

3.1广州大学城中心湖公园区位分析 广州大学城中心湖公园位于广州市番禺区广州大学城中央，周边有十所广东省重点大学包围。中心湖由中部宽阔向四周廓狭长扩展，向东以地下暗河形式穿过轮滑中心、华南理工大学、广东中医药大学以及广东药科大学，最终向东与珠江水系连通。

图 9中心湖公园在广州市位置图

图 10中心湖公园在广州大学城的位置图

中心湖公园位于广州大学城中部。中心湖公园的整体海拔在10-25米之间。其中，中心湖公园南部、西部和北部海拔较高，中心湖公园的水体位于中心湖公园中部，三面较高的海拔形成了天然的铜锣形状，东侧是中心湖公园海拔较低的地方，中心湖公园水体从东部和珠江水进行交换，形成天然循环。
图 11广州大学城高程分析图
3.2广州大学城中心湖公园水体生态设计要点分析 3.2.1中心湖公园水体天然循环设计 1）中心湖公园水体与珠江水系形成内外水系循环u 水是自然界中不断循环的物质，进行水体设计时，对水体水源、水质、流向方面，需要着重考虑。中心湖公园南、西、北为山体环绕，唯独东部地势较低。中心湖公园的水体设计时，首先在考虑中心湖公园地形的基础上，从东部与珠江水进行连通形成小河流。同时，考虑到广州大学城生活居住和教育的功能，小河流在广州大学城内环路、中环路和外环路地段设置为地下河，保证地上交通的需要。在小河流中部，结合学校景观设计，在广州中医药大学内部开凿学校湖，与西部中心湖公园水体相连接，再与东部的珠江水相贯通。最终形成中心湖公园水体—小河流—暗河—广中医水体—小河流—珠江水的水体天然循环，既保证了中心湖公园水体的流动性和循环性，也为中心湖公园水体景观设计增加了基础条件。
中心湖公园水体和珠江水互为补给，其中主要为珠江水补给中心湖公园水体。4月-9月份，广州雨水较多，中心湖公园水位迅速上升，中心湖公园水体将补给珠江，最终流入南海。10月-次年3月，广州雨量较少，中心湖公园水体较少，水位下降，这时珠江水便补充给中心湖公园，使中心湖公园水体常年保持在稳定水位。
图 12中心湖公园水体与珠江水系的内外循环图
2）中心湖公园水体内部循环 中心湖公园的水体内部循环主要体现在中心湖公园单个水体平面设计和中心湖公园水体与周围雨水循环设计。
中心湖公园平面设计中，有大面积是开阔水域，有小部分是狭窄的水体。通过大面积开阔的水域与小面积的狭窄的水域进行水体上的交换，形成中心湖公园内部的水体循环。同时，在内部水域的设计中，中心湖公园的水体设计采用了高程分级设置，在狭窄的区域中，水体稍高于大面积的水体水位，通过在标高上的不同设置，确保中心湖公园内部形成内部循环。
中心湖公园水体与周围雨水循环设计时，根据当地地形，计算出中心湖公园的集水面积。中心湖公园的水体补给主要依靠雨水和场地周边水体流入，包括中心湖公园周边的建筑雨水收集、周边的雨水排水管收集、周边经过处理后或经过自然净化后的（土、石头、植物）污水收集。同时，中心湖雨水在各户的蓄留、公共设施蓄留、广场蓄留、公园蓄留、停车场蓄留均可借助地形排放到场地水体。
图 13中心湖公园水体内循环示意图
3.2.2中心湖公园自然水体平面设计 中心湖公园的平面设计遵循了自然型平面设计，结合了“湖、湾、畔、岬、离岛、半岛”六大要素。
中心湖公园平面设计中，在中心湖中部有大面积的开阔水域，这是湖的部分。在中心湖公园水体的北部、西部和南部，有三个湾，其中，南部湾面积较小，中间被小河流隔开，湾为部分生物提供了良好的活动空间。在中心湖南部和北部，设置二处半岛，伸向中心湖水体，为植物动物与水体的交流提供了良好条件。在中心湖南部的开阔水域，设置一处离岛，离岛相对海拔为8米，面积为30平方米左右，在离岛上开挖小水塘，种植乔灌草，既为生物提供了良好的栖息场所，也营造了中心湖对景景观。中心湖公园有多处岬的位置，岬的设计为生物生态联系提供条件。中心湖公园有多处畔的位置。畔所在的地方都是浅水。畔的设计与岸边的滩相结合，营造出更为自然和谐的水体边界。
中心湖公园的岸线处理避免平直并凹凸变化，营造了各种类型的水体环境，为水体动植物提供了丰富多彩的生存空间。中心湖公园岸线弯转处所形成的港湾为水体动植物营造了良好的庇护场所，水湾处形成的缓慢水流为鱼类提供丰富的食物源；岸线凸出的地方为十所高校的师生提供了亲水、慢行和游赏的活动空间；同时曲折的岸线加大了水体和陆地接触面，可以增加水体净化效果和雨水排放路径。

图 14中心湖公园自然水体平面示意图

图 15中心湖公园离岛示意图

3.2.3中心湖公园水体生态驳岸设计 中心湖公园生态护岸设计主要有以下特征：中心湖公园的生态驳岸较好地保护了水土、净化了水体、稳定了驳岸；中心湖公园的生态驳岸带是以对外开放式的系统，较好地保证了大学城师生的亲水性漫步和游赏以及优美且生态的水边景观；中心湖公园生态驳岸充分体现了人与自然的和谐共生；中心湖公园水体能够保持水体系统和陆地系统之间的物质、能量、信息交流。
中心湖公园的生态驳岸的营建充分考虑了中心湖水体与驳岸之间水分的交换和调节，不仅能防止水土流失和保持岸边的稳定性，还能维持水体和陆地的生态结构，丰富水陆生物的栖息地，同时形成自然的水体景观和岸线景观，方便大学城师生慢行和游赏。其形式根据水体和陆地的具体情况选择，依据水体流动速度和流量大小以及公园附近的土壤状况，保证生态驳岸满足不同水量和不同水位的实际要求。
中心湖公园水体的驳岸以自然的平面曲线为主，充分体现了生态型驳岸理念，同时根据岸线的地势、亲水设施、功能、环境的不同，在不同的区域运用不同形式的护岸形式，从而与周围环境浑然一体，在河道、湖底、岸线设计中全部是自然土壤，模仿天然河流及湖泊在适当位置设置湾、浅滩、深潭、岛均等，以便为形成多种多样的迈合不同生物生长的水域环境创造条件。浅滩河岸水流急，多为卵石、砾石河岸，较大的孔隙适合藻类附着在石了上生长，成为水生小昆虫和一些藻类等生物的生存场所：深潭域一般水流比较缓慢，会有周期性的泥沙沉淀游积，营养物质丰富，成为水生动物的觅食地，同时对于水域内的大型植物有重要的生态功能。

图 16中心湖公园水体生态驳岸示意图

3.2.4 中心湖公园水体深度设计 中心湖公园的水体设计充分考虑了水体深度的综合运用。中心湖公园水体设计时，按照鱼类和水生植物的生境要素，设计了比较适宜的水深。其中，设计深水水深区（带）（1.6-2.4m）、中水水深区（带）（0.6-1.2m）、浅水水深水区（带）（0.2-0.4m）。水体深度与植物设计也进行了充分的搭配。中心湖公园水体在深水区主要种植深水植物，在中浅水中主要种植浮叶植物，在浅水中主要种植挺水植物，在滩涂和岸边主要种植湿生植物。
图 17中心湖公园水体深度设计示意图
3.2.5中心湖公园水生植物设计 中心湖公园的水生植物有护岸、维护生态环境、净化水体、提高生物多样性等多种生态功能。植物抵抗流水冲刷，过滤地表径流，从而起到增加堤岸结构的稳定性、保持堤岸、净化水质、涵养水源的作用，而且随着时间的推移，这些作用被不断加强。中心湖公园水体是广州大学城内最大的水体，其沿岸周边植物设计全面考虑坡的高度、坡面景观及水体景观的需要，在滨水区构建一个桥、花灌木和水生植物融为一体的植物景观带。
中心湖公园水生植物包括水体中的挺水植物、浮叶植物、沉水植物。水生植物的配置原则突出两个重点，一是针对乡土植物的多样性，加强地区重要的湿地植物群落的恢复与展示；二是针对公园的游览需要，突出湿地植物、岸边水生植物的观赏特征。
广州大学城中心湖公园水生植物的选择采用了乡土树种，种类比较丰富。中心湖公园湿生植物主要有鸢尾、小花泽泻、泽泻、水芋、羊胡子草、花叶水生甜茅乌头、泽兰、假升麻、马利筋、灯心草、千屈菜等。挺水植物主要有水蜡烛、水葱等。浮水植物主要有主要有睡莲、王莲、狸藻等。水生植物沉水植物主要有金鱼藻、水蓟、水毛茛、水马齿等。
图 18中心湖公园水生植物示意图

04.
结论

水是所有生物生存的根本条件，被认为是生命孕育的“要素”与“场所”。水体生态设计是我国生态文明建设的重要内容之一，也是与自然相协调相融合的良好方式，它要求综合性思维，不局限于一种生态手法。同时，要求我们考虑人、自然和水体三者的关系，转换只注重经济不考虑环境的思维方式，转换只注重人类休闲娱乐不考虑生物多样性的思维方式。进行水体生态设计时，更多地需要从水体的天然循环、水体自然平面形态、水体生态驳岸、水体深度和水生植物五个方面考虑，并将此应用到水体生态设计中，以此发挥水体的最优功能。


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