海綿城市背景下雨水LID模型研究及規(guī)劃應(yīng)用
——以武漢市武昌濱江商務(wù)核心區(qū)為例

雷洪犇

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市 200092)

海綿城市背景下雨水LID模型研究及規(guī)劃應(yīng)用
——以武漢市武昌濱江商務(wù)核心區(qū)為例

雷洪犇

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司，上海市 200092)

當(dāng)今城市雨水排放問題成為社會關(guān)注的焦點。以武漢濱江商務(wù)核心區(qū)為例，以建立三種不同雨水模型為基礎(chǔ)，尋求雨水LID模型的理論基礎(chǔ)和計算方法，落實“海綿城市”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

海綿城市;低影響開發(fā);雨水LID模型

0 引言

2014年10月，住建部頒布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》。該指南旨在指導(dǎo)各地新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，優(yōu)先利用自然排水系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)排水設(shè)施，充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使城市開發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開發(fā)前，有效緩解城市內(nèi)澇，削減城市徑流污染負(fù)荷，節(jié)約水資源，保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境[1]，為建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市提供重要保障。

近年來，雨水問題成為社會關(guān)注的焦點，也成為關(guān)系到人民生命財產(chǎn)安全的頭等要務(wù)。隨著城市化的進(jìn)程發(fā)展，開發(fā)建設(shè)造成地面硬化(如建筑房屋、路面、廣場、停車場等)，改變了原地面的水文特性，干預(yù)了自然的水文循環(huán)，忽視了兩側(cè)用地開發(fā)帶來的雨水量，傳統(tǒng)的雨水管網(wǎng)暴雨重現(xiàn)期取值較低，管網(wǎng)管徑較小，無法滿足現(xiàn)今雨水排放的需求[2]，造成雨水在城市里面大量積壓，無法排放。

在國家鼓勵建設(shè)“海綿城市”的新時代背景下，如何在城市規(guī)劃階段落實城市雨水的LID開發(fā)，體現(xiàn)規(guī)劃引領(lǐng)、生態(tài)優(yōu)先的規(guī)劃理念，也是近年來研究的熱點和方向。

1 雨水LID模型簡介

雨水LID模型是基于城市低影響開發(fā)(Low Impact Development)理念，通過對城市雨水低影響開發(fā)利用技術(shù)的選擇和組合，指標(biāo)化定量落地布局各類雨水開發(fā)利用技術(shù)，通過分散的、小規(guī)模的源頭控制機制和設(shè)計來達(dá)到對暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，實現(xiàn)開發(fā)后水文特征接近于開發(fā)前的目標(biāo)[3]，構(gòu)建復(fù)合的城市雨水“海綿系統(tǒng)”。圖1為低影響開發(fā)水文原理示意圖。

圖1 低影響開發(fā)水文原理示意圖

2 項目概況

該規(guī)劃項目位于武漢市武昌區(qū)濱江核心地段，毗鄰長江二橋，規(guī)劃面積約4 km2。該區(qū)域是以現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為特色，集商務(wù)辦公、商業(yè)服務(wù)、文化娛樂、高檔居住為一體的標(biāo)識性、多元化濱江綜合發(fā)展區(qū)。規(guī)劃區(qū)定位高、起點高、開發(fā)強度高，為武漢市城市發(fā)展重要節(jié)點，是武漢市在“十三五”期間重點打造的城市核心區(qū)域，具有一定的規(guī)劃示范性和前瞻引領(lǐng)性。

該規(guī)劃項目為武漢濱江商務(wù)核心區(qū)雨水工程專項規(guī)劃。圖2為武漢濱江商務(wù)核心區(qū)效果圖。

3 規(guī)劃思路

該項目在城市各層級、各相關(guān)專業(yè)規(guī)劃以及后續(xù)的建設(shè)程序中，落實海綿城市建設(shè)、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的內(nèi)容，先規(guī)劃后建設(shè)，體現(xiàn)規(guī)劃的科學(xué)性和權(quán)威性，發(fā)揮規(guī)劃的控制和引領(lǐng)作用。

該項目以“開發(fā)后水文特征接近于開發(fā)前”為目標(biāo)，從分析規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀水文特性模型入手，研究調(diào)查現(xiàn)狀年綜合雨水量徑流系數(shù)、現(xiàn)狀雨水峰值流量等，評估現(xiàn)狀雨水模型[4]。定量制定規(guī)劃區(qū)雨水LID控制目標(biāo)，并與傳統(tǒng)開發(fā)模式下的雨水模型作為參照，確定雨水LID開發(fā)初步方案模型，以控制目標(biāo)為基礎(chǔ)比對，進(jìn)行初步方案模型評估，并對LID設(shè)施進(jìn)行布局優(yōu)化，確定規(guī)劃區(qū)的LID開發(fā)方案模型。圖3為規(guī)劃總體思路。

圖2 武漢濱江商務(wù)核心區(qū)效果圖

圖3 規(guī)劃總體思路

4 規(guī)劃目標(biāo)

該項目確定規(guī)劃目標(biāo)為規(guī)劃區(qū)開發(fā)建設(shè)后的年徑流總量不大于現(xiàn)狀值，并以年綜合雨量徑流系數(shù)表征。同時，針對全年中最強的一場降雨進(jìn)行控制，但其不確定因素眾多，故要求規(guī)劃區(qū)高強度開發(fā)建設(shè)后的峰值流量不大于現(xiàn)狀值很難實現(xiàn)，且意義不大，所以針對峰值流量的控制目標(biāo)為開發(fā)建設(shè)后的峰值流量目標(biāo)盡量接近于現(xiàn)狀值。

5 規(guī)劃原則

(1)安全為重。以保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟安全為出發(fā)點，綜合采用工程和非工程措施提高低影響開發(fā)設(shè)施的建設(shè)質(zhì)量和管理水平，消除安全隱患，增強防災(zāi)減災(zāi)能力，保障城市水安全。

(2)因地制宜。根據(jù)武漢武昌當(dāng)?shù)刈匀坏乩項l件、水文地質(zhì)特點、水資源稟賦狀況、降雨規(guī)律、水環(huán)境保護(hù)與內(nèi)澇防治要求等，合理確定低影響開發(fā)控制目標(biāo)與指標(biāo)，科學(xué)規(guī)劃布局和選用低影響開發(fā)設(shè)施及其組合系統(tǒng)。

(3)規(guī)劃引領(lǐng)。規(guī)劃區(qū)各層級、各相關(guān)專業(yè)規(guī)劃以及后續(xù)的建設(shè)程序中，應(yīng)落實海綿城市建設(shè)、低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的內(nèi)容，先規(guī)劃后建設(shè)[5]，體現(xiàn)規(guī)劃的科學(xué)性和權(quán)威性，發(fā)揮規(guī)劃的控制和引領(lǐng)作用。

(4)統(tǒng)籌建設(shè)。當(dāng)?shù)卣畱?yīng)結(jié)合城市規(guī)劃和建設(shè)，在各類建設(shè)項目中嚴(yán)格落實本規(guī)劃中確定的低影響開發(fā)控制目標(biāo)、指標(biāo)和技術(shù)要求，統(tǒng)籌建設(shè)。低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)與建設(shè)項目的主體工程同時規(guī)劃設(shè)計、同時施工、同時投入使用。

6 規(guī)劃方案

6.1 現(xiàn)狀分析

規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)用地主要是以零散居住、工業(yè)用地為主，同時存在大量的閑置荒地，整體地勢地形較為平坦。該項目通過現(xiàn)場調(diào)研踏勘，分析現(xiàn)狀雨水模型，主要從以下幾個方面分析。

(1)匯水區(qū)域劃分

依據(jù)規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀道路、豎向等條件，對規(guī)劃區(qū)雨水現(xiàn)狀排放分區(qū)進(jìn)行劃分?，F(xiàn)狀雨水模型劃分為8個排水(雨水)分區(qū)，并進(jìn)行每個分區(qū)不透水面積比例統(tǒng)計，見圖4。

圖4 現(xiàn)狀雨水排放分區(qū)

(2)現(xiàn)狀下墊面分析

對規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀地表類型進(jìn)行解析，按照水體、草地、樹木、裸土、道路、廣場、屋頂和小區(qū)內(nèi)鋪裝等類型進(jìn)行分類。分析統(tǒng)計下墊面類型和不透水比例，見表1。

表1 規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀下墊面統(tǒng)計

(3)現(xiàn)狀模型計算結(jié)果

通過對上述現(xiàn)狀雨水分區(qū)劃分以及排水下墊面的研究分析建模，計算得到規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀雨水模型，包含現(xiàn)狀總徑流量、年綜合徑流系數(shù)、峰值流量等規(guī)劃區(qū)排水(雨水)基底，見表2。

表2 規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀雨水模型計算結(jié)果

6.2 傳統(tǒng)開發(fā)模型方案

依據(jù)規(guī)劃區(qū)上位控規(guī)和城市設(shè)計方案，按照傳統(tǒng)的開發(fā)模式和開發(fā)強度，分析規(guī)劃區(qū)建設(shè)后區(qū)域下墊面的變化情況[6]，按照前述現(xiàn)狀模型的分析方法，對傳統(tǒng)開發(fā)模式下的雨水模型進(jìn)行建模計算分析。規(guī)劃區(qū)經(jīng)過高強度開發(fā)后，下墊面變化統(tǒng)計和雨水模型計算見表3、表4。

表3 傳統(tǒng)開發(fā)模式下區(qū)域下墊面統(tǒng)計

表4 傳統(tǒng)開發(fā)雨水模型計算結(jié)果

通過對比現(xiàn)狀和傳統(tǒng)開發(fā)模型，得到如下結(jié)論:(1)規(guī)劃區(qū)高強度開發(fā)，致使雨水徑流系數(shù)增大，規(guī)劃區(qū)開發(fā)前后徑流總量增加105%，峰值總量增加72%;(2)應(yīng)通過采用適當(dāng)?shù)拇胧┫鳒p管網(wǎng)不能承載的降雨量。

6.3 LID開發(fā)模型方案

通過前述研究，確定規(guī)劃區(qū)LID模型目標(biāo)為:年綜合雨量徑流系數(shù)不大于0.26，峰值流量接近于3.14 m3/s。

依據(jù)“海綿城市”建設(shè)指南要求，選擇各類下墊面LID開發(fā)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃組合。該規(guī)劃確定區(qū)域LID設(shè)施為雨水花園、下凹綠地、綠色屋頂、透水鋪裝、LID樹池等。LID模式下的徑流組織見圖5。

圖5 LID模式徑流組織方案

該規(guī)劃對規(guī)劃區(qū)LID設(shè)施的設(shè)計參數(shù)按照“海綿城市”要求進(jìn)行選取，確定具體參數(shù)見表5。

表5 LID設(shè)施參數(shù)表

依據(jù)各設(shè)施設(shè)計參數(shù)，確定各類LID設(shè)施的規(guī)模，結(jié)合城市設(shè)計和建筑單體方案，對規(guī)劃區(qū)LID設(shè)施進(jìn)行布局。以規(guī)劃區(qū)典型地塊為例，制定LID設(shè)施布局的原則和方案，明確規(guī)劃圖則。表6為規(guī)劃區(qū)典型地塊LID賦值。

表6 規(guī)劃區(qū)典型地塊LID賦值

對雨水LID模型進(jìn)行初始賦值，計算結(jié)果可能出現(xiàn)LID設(shè)施過多的情況，進(jìn)行反復(fù)的賦值計算，最終得到最優(yōu)LID開發(fā)模型，對LID設(shè)施進(jìn)行組合布局，規(guī)劃區(qū)外排雨水總量和峰值達(dá)到開發(fā)前的水平。表7為LID雨水模型最優(yōu)計算結(jié)果。

表7 LID雨水模型最優(yōu)計算結(jié)果

6.4 模型比對

通過比對現(xiàn)狀模型、傳統(tǒng)開發(fā)模型、LID開發(fā)模型可知，傳統(tǒng)開發(fā)模式由于硬化地面的大量增加，造成雨水徑流量和峰值流量顯著增大。在LID開發(fā)模式下，通過在不同的下墊面綜合應(yīng)用多種LID設(shè)施，可以使規(guī)劃區(qū)開發(fā)后的水文狀態(tài)盡量接近于開發(fā)前。圖6為三種模型下規(guī)劃區(qū)雨水參數(shù)變化圖。

圖6 三種模型下規(guī)劃區(qū)雨水參數(shù)變化圖

7 規(guī)劃結(jié)論

通過該規(guī)劃項目得到如下結(jié)論:

(1)對于規(guī)劃區(qū)，并非所有的下墊面均需建設(shè)LID設(shè)施，對于某一類下墊面而言，只需建設(shè)一定比例的LID設(shè)施即可。例如，對于屋頂而言，只需將地塊內(nèi)48%的屋頂建設(shè)為綠色屋頂即可。

(2)規(guī)劃區(qū)所有LID設(shè)施的面積占規(guī)劃區(qū)面積的44.6%?？傮w而言，各類LID設(shè)施的面積均不超過其所在下墊面面積的一半。

(3)規(guī)劃區(qū)通過各類LID設(shè)施的有效組合，可適當(dāng)削減雨水量，滿足“海綿城市”的建設(shè)指南要求，具有一定的示范作用。

[1] 張辰.我國城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治:由理念到標(biāo)準(zhǔn)體系建立[J].城市道橋與防洪，2014(187):2-4.

[2] 喬納森帕金森.發(fā)展中國家城市雨洪管理 [M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3] 住建部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南[M].北京:住房城鄉(xiāng)建設(shè)部，2014.

[4] 譚瓊.排水系統(tǒng)模型在城市雨水水量管理中的應(yīng)用[D].上海:同濟大學(xué)，2007.

[5] 鐘春節(jié)，呂永鵬.國內(nèi)外城市雨水資源對上海的啟示[J].給水排水，2009，35(S2):154-158.

[6] PUB.Code of Practice on surface water drainage(six edition)[S]. Singapore: Public Utiities Board，2011.

TU992

B

1009-7716(2015)11-0093-04

2015-01-12

雷洪犇(1984-)，男，四川成都人，碩士，工程師，從事市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計工作。