上海海綿城市綠地建設指標及低影響開發(fā)技術示范

于冰沁　車生泉　嚴巍　謝長坤

上海海綿城市綠地建設指標及低影響開發(fā)技術示范

于冰沁車生泉嚴巍謝長坤

面對亟待解決的城市水生態(tài)環(huán)境問題，海綿城市的建設迫在眉睫，然而海綿城市建設的主要手段——低影響開發(fā)技術的適應性卻與區(qū)域的氣候、土壤等自然地理條件息息相關。通過對上海不同類型城市綠地的群落特征、土壤理化性質(zhì)及滲透率的調(diào)查，結合室內(nèi)人工降雨模擬實驗和SWMM水文水利模型對匯水區(qū)徑流量和污染物含量的模擬演算結果，構建適合上海氣候及土壤條件的綠地建設指標體系，篩選適宜上海地區(qū)的低影響開發(fā)技術，并在上海首個城市綠地低影響開發(fā)技術示范項目中進行實踐驗證，為上海城市綠地的低影響開發(fā)技術的實踐和海綿城市的建設奠定基礎。

海綿城市；雨洪管理；低影響開發(fā)技術；綠地建設指標

Fund Item： National sci-tech support plan： protection and restoration on country natural ecosystem （2015BAL02B01） ； Research on the key techniques of green land system planning and construction for sponge city at Shanghai （15DZ1203605） and Startup project for new teacher at Shanghai Jiao Tong University （15X100040043）

1　 引言

城市化進程的加速帶來諸多環(huán)境問題，城市內(nèi)澇成為亟待解決的城市水生態(tài)環(huán)境問題之一。黨的“十八大”報告中明確提出的將生態(tài)文明建設放在突出地位的要求，并提出大力推進建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”來解決城市生態(tài)環(huán)境中的雨洪管理問題；住建部于2014年推出《海綿城市建設技術指南》，全國各地相應地開展了相關研究和實踐探索。上海市也正在制定適合當?shù)貧夂驐l件的海綿城市建設技術標準，并積極推進相關的建設示范。上海海綿城市綠化建設技術應用研究與示范工作的首要任務是明確現(xiàn)有綠地的雨洪調(diào)蓄能力，并根據(jù)現(xiàn)狀有針對性地制定建設的目標及篩選適應性的低影響開發(fā)技術。目前，基于上海市中心、郊區(qū)和遠郊的不同發(fā)展階段的綠地現(xiàn)狀，結合上海市降雨、徑流、土壤、植被等方面的特征，綜合上?，F(xiàn)狀園林綠地雨洪調(diào)蓄能力評估結果，可篩選適合上海城市綠地條件的低影響開發(fā)技術，確定不同城市園林綠地的低影響開發(fā)技術組合應用模式，并結合上海共康綠地的改造項目開展首個低影響開發(fā)技術的綜合示范，為上海海綿城市建設過程中綠地規(guī)劃設計奠定基礎。

2　現(xiàn)狀綠地對雨水調(diào)蓄能力的評估

上海平均年降雨量約為1 150.6mm，2000年以后降水偏多，總體有增加趨勢，1991年至2014年，上海平均降水量比前30年平均值增加了11%［1］。近年上海短時暴雨強度有所增大，年平均降水強度約9.2mm/d，比30年前增強12%，短時局部強降雨產(chǎn)生的大量地表徑流易對城市交通、市政管網(wǎng)、水體水質(zhì)等產(chǎn)生不利影響，增加灰色基礎設施的負荷，加劇城市內(nèi)澇風險，已成為上海地區(qū)最亟待解決的問題之一［2］。

表1　上海市海綿城市建設綠地體系規(guī)劃總體指標體系Table 1. Indicator system of green space construction for sponge city at Shanghai

上?，F(xiàn)狀綠地系統(tǒng)對雨水調(diào)蓄能力的評估對于上海城市綠地雨水調(diào)控功能的提升及上海海綿城市的建設至關重要，同時也是建立適合上海地區(qū)氣候及用地條件的評價指標體系、篩選及應用適用性低影響開發(fā)技術的基礎?，F(xiàn)狀綠地雨水調(diào)蓄能力主要包括地上和地下兩個部分。其中，地上部分為喬木和灌木冠層對自然降雨的截留作用，包括喬木郁閉度、喬木類型、灌木類型、灌木面積等影響因素；地下部分主要指土壤的蓄水能力，包括土壤質(zhì)地和坡度等影響因素。

根據(jù)上海不同功能和區(qū)位的城市綠地的現(xiàn)狀雨水蓄留能力的計算方法［3］，位于近郊（78%）和遠郊（80%）的城市綠地的單位面積蓄水能力相對接近，遠高于位于城市中心區(qū)（73%）的現(xiàn)狀綠地。其中，在市中心的現(xiàn)狀綠地中，商務辦公綠地的單位面積蓄水能力最強（106%），公園（83%）和廣場（86%）綠地次之，而社區(qū)綠地（82%）、道路綠地（74%）等蓄水能力最低；與之不同的是位于近郊和遠郊的綠地功能，即公園綠地對雨水的蓄留能力最強（110%），其次是道路綠地（83%），能力最弱的是商務辦公綠地（45%）。可見，就雨水管理功能而言，城市中心公園建設年代相對久遠，群落更新速度較慢，游憩密度過高，可能導致了其植物群落和土壤對雨水的調(diào)節(jié)功能較低，而社區(qū)綠地面積有限，也限制了其對徑流的控制能力。對于近郊和遠郊的綠地，公園綠地的建設更完善，土壤改良和植物群落構建技術都有一定的提升，因此其綠地的雨水調(diào)節(jié)能力也相應有所提高，而道路、社區(qū)、廣場、商務辦公等綠地的雨水管理功能則可以通過低影響開發(fā)措施的適應性應用加以改善。

3　海綿城市綠地建設指標體系及低影響開發(fā)技術的篩選

3.1上海海綿城市綠地建設指標體系構建

通過對上海城市現(xiàn)狀綠地對雨水調(diào)蓄能力的評估可知，城市中心區(qū)域的城市綠地環(huán)境功能（雨水管理）相對較低，其次是位于近郊和遠郊的城市綠地；通過對上海城市現(xiàn)狀綠地的實地踏勘、測試分析、降雨模擬實驗和模型演算的結果，獲得建設指標的現(xiàn)狀值。根據(jù)循序漸進、分類指導的原則，指標數(shù)值的確定應充分考慮現(xiàn)狀、新建、改建以及不同綠地類型等因素。根據(jù)《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》（試行）中相關控制目標的要求［4］，新建指標以年徑流總量的85%控制量為依據(jù)，改建指標以75%為依據(jù)。指標體系分為總體指標（約束性指標和鼓勵性指標）和技術性指標（徑流、土壤、植物、景觀、屋頂綠化）兩個部分。總體指標適用于上海城市綠地的規(guī)劃階段（表1），技術性指標適用于綠地的設計和建設階段。

此外，技術性指標包括徑流、土壤、植物、景觀、屋頂綠化等部分，并針對城市中心區(qū)、城市近郊和城市遠郊的改建和新建項目分別制定建設的技術性指標。其中，徑流控制相關指標包括綠化區(qū)域服務面積比、生態(tài)緩沖帶寬度（m）、瞬時徑流延滯時間（min）、固體懸浮物削減量（%）、化學需要量削減量（%）、總氮削減量（%）、總磷削減量（%）；土壤相關指標包括土壤蓄水能力（%）、土壤穩(wěn)定入滲率（m/s）、土壤有機質(zhì)含量（g/kg）；植物相關指標包括冠層雨水截留能力（mm）、喬木冠層蓋度（%）、強截留能力型植物覆蓋率（%）；景觀相關指標包括地形要素比例（%）、水面率（%）和景觀結合度（分值）等。

3.2適宜上海城市綠地的低影響開發(fā)技術的篩選

表2　上海城市不同類型綠地中單項低影響開發(fā)技術的篩選Table 2. Selection of LID techniques for diverse green space types

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根據(jù)對上海城市現(xiàn)狀和優(yōu)化后的綠地雨洪調(diào)蓄能力的評估結果比較可知，道路綠地的平均蓄水能力僅為850.42mm，占年平均降雨量的73.95%，而作為海綿城市示范地的松江三新北路群落的單位面積蓄水能力提升至1 087.23mm，占年平均降雨量的94.54%。實測的驗證結果顯示，采用適合上海地區(qū)氣候條件的低影響開發(fā)措施對城市現(xiàn)狀綠地予以優(yōu)化改造，綠地的雨水蓄留能力得到了顯著的提升。

低影響開發(fā)技術具有保護、修復、滲透、凈化、儲存、傳輸?shù)榷鄠€功能，可實現(xiàn)徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等多個目標，包括落水管截留、雨水收集、雨水花園、種植盒、生態(tài)溝、透水鋪裝、綠色屋頂、綠色街道、綠色停車場、冠層截留和土地保護等多項單項和組合技術［6］。應根據(jù)各地區(qū)自然氣候條件、規(guī)劃建設目標即各類綠地及周邊用地雨水控制利用情況，以及不同類型綠地的功能、植被群落類型、土地利用形式和布局、水文地質(zhì)特征等條件，結合低影響開發(fā)設施的主要功能、經(jīng)濟性、適用性、景觀效果等因素［7］合理選擇。因此，結合上海地下水位高、降雨量大、徑流量多等水文特征，選擇適合上海市水文條件和綠地現(xiàn)狀的單項低影響開發(fā)技術，以系統(tǒng)性構建低影響開發(fā)技術體系（表2）。

需要說明的是，由于道路荷載等問題，透水鋪裝多適用于步行道路及廣場，不適合車行道路。2003年，上海市政府就綠色屋頂實施方法進行相關調(diào)研及計劃制定，并成為我國第一個以立法形式對屋頂綠化進行規(guī)范的城市。2006年10月，上海市綠化部門在《上海市綠化管理條例》中增加屋頂綠化，為屋頂綠化的推廣提供了法律層面的支持。因此，通過人工降雨模擬實驗，針對上海市水文條件和綠地現(xiàn)狀構建的拓展型綠色屋頂、生態(tài)植草溝、雨水花園及具有較高雨水截留能力的植被緩沖帶技術有助于低影響開發(fā)技術在上海的大面積推廣。

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4　上海城市綠地低影響開發(fā)技術應用示范

選取了上海海綿城市建設的示范工程中首個公共綠地改造項目作為研究案例，即上海共康綠地優(yōu)化改造示范項目，以闡釋海綿城市理論和低影響開發(fā)技術的實踐應用。

2015年8月，在閘北區(qū)長臨路上的共康林帶內(nèi)，上海建成了市公共綠地系統(tǒng)中首個面積約1hm2的低影響開發(fā)技術應用的示范項目。根據(jù)海綿城市的建設要求，優(yōu)化改造后的綠地是下凹式的，低于地平面約25cm；道路采用透水鋪裝材料，道路一側的生態(tài)植草溝將疏導地表徑流流入池塘，或排入市政管網(wǎng)，以減少雨水管網(wǎng)的壓力。除了蓄水和傳輸功能，生態(tài)植草溝和雨水花園還具有凈化水質(zhì)的作用，匯集后的雨水徑流中的污染物可以被植物的根系吸收，例如，美人蕉（Canna indica）的塊莖可以大量吸收雨水徑流中的重金屬，而黃菖蒲（Iris pseudacorus）則可以有效吸收容易導致水質(zhì)惡化的氮氧化物［8］。

共康綠地原是一片建造于上世紀90年代的高壓線下林帶，其中的植物種植密度過大，郁閉度較高，植物個體之間對光照、養(yǎng)分、空間等生存條件的競爭加劇，影響了生長。綠地與道路高差約30cm，不能滿足綠地自然排水需求，且由于踐踏等長期人為活動，土壤的孔隙比＜0.60，即土壤密實、板結、滲透性差，排水不順暢也影響了苗木的生長，并且在雨季林帶中長期積水，為居民的休閑游憩活動帶來了諸多不便。

為將共康林帶改為具有雨水調(diào)蓄功能的公共綠地，上海市綠化指導站、上海交通大學園林科學與工程系與建設方多次溝通，對現(xiàn)狀綠地的下墊面進行改造，安裝下滲設施，鋪設粗礫石層、無紡布、卵石等墊層結構，并由人力完成開挖和回填等施工，以保護原有林木資源（圖1-3）［9］。在植物配置方面，池塘和雨水花園中以大量耐濕性強、抗污染的水生植物為主，如鳶尾（Iris tectorum）、吉祥草（Reineckia carnea）、千屈菜（Lythrum salicaria）、細葉針茅（Stipa lessingiana）、花葉蘆竹（Arundo donax var. versicolor）、旱傘草（Cyperus alternifoloius）、吉祥草、美人蕉、醉魚草（Buddleja lindleyana）等［10］。林間以原有的水杉（Metasequoia glyptostroboides）、香樟（Cinnamomum camphora）等抽稀而成，再配以桂花（Osmanthus fragrans）、梅（Prunus mume）、桃（Prunus persica）、紅葉李（Prunus Cerasifera）等小喬和花灌木，以通過植物的蒸騰作用，調(diào)節(jié)林內(nèi)的小氣候，改善周邊環(huán)境。優(yōu)化改造后，共康綠地內(nèi)的積水情況得到了很大程度的改觀，調(diào)節(jié)了林內(nèi)的小氣候，吸引了昆蟲、魚類、兩棲類、鳥類等小型野生動物，并且居民可以直觀地感受到園林綠地作為城市“海綿體”的作用。此外，綠地中還設置了多處觀測井，用以在日常維護中收集徑流數(shù)據(jù)，作為上海海綿城市建設的參照。

通過環(huán)境功能型綠地植物群落模式的應用及生態(tài)植草溝和雨水花園等低影響開發(fā)技術實施應用后，共康綠地群落的林冠郁閉度由97%降低到72%，多樣性指數(shù)（Simpson）提升至0.654；綠地植物群落冠層截留能力從原來1.13mm提升到2.10mm，土壤蓄水容量空間由7.27%提升到24.23%，顆粒物削減率由2.12%提升到5.97%（圖4-5）。同時，調(diào)整后綠地群落雨水蓄積調(diào)控能力、群落滯塵能力、降溫增濕效應、負離子效應及固碳效應等約提高了2倍，景觀效果也有所提升。共康綠地作為上海首個應用具有上海地區(qū)適宜性低影響開發(fā)技術的示范項目對闡釋海綿城市的技術研發(fā)及組合應用具有重要的價值。

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4　 結論與展望

綜上所述，隨著上海市年平均降雨量的增加、降雨量分布呈現(xiàn)區(qū)域特征、短時暴雨強度增大，容易導致市政排水管網(wǎng)的負荷增大等城市水澇問題。上海不同功能和區(qū)位的城市綠地的現(xiàn)狀雨水蓄留能力的計算結果表明，位于上海近郊和遠郊的城市綠地的單位面積蓄水能力遠高于位于城市中心區(qū)的現(xiàn)狀綠地（約高出10%）。其中，城市公園、社區(qū)綠地、道路綠地、廣場綠地、商務辦公、科教等綠地的雨水蓄積能力差異性較大，但可以通過土壤改良和低影響開發(fā)措施的適應性應用加以改善。因此，應根據(jù)不同綠地類型的現(xiàn)狀、新建、改建情況，參考《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》（試行）中相關控制目標的要求，為海綿城市建設中城市園林綠地的建設構建指標體系，并包含總體指標和技術性指標兩部分。

此外，根據(jù)等實地踏勘、測試分析、降雨模擬實驗和模型演算的結果，篩選適合上海地區(qū)氣候條件的低影響開發(fā)技術（如綠色屋頂、生態(tài)植草溝、雨水花園等），對城市現(xiàn)狀園林綠地予以優(yōu)化改造，并通過閘北共康綠地等海綿城市示范地的建設，驗證了篩選的低影響開發(fā)技術對上海城市綠地雨水資源的調(diào)蓄、管理和利用的效能，為上海海綿城市的建設奠定理論和實踐的基礎。

（References）：

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Shanghai Greening and City Appearance Administration，Shanghai Science Institute of Landscape Architecture，Shanghai City Greening Guidance Station. CJ/T340-2011 Greening Soil for Planting ［S］. Beijing： 2002.

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Chen shu. A Study about Structures Screening and Application Patterns of Rain Garden Applicable to Shanghai ［D］. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2014.

Construction Indexes and Practices of Suitable Low Impact Development Techniques at Shanghai Urban Green Space

YU Bing-qin CHE Sheng-quan YAN Wei XIE Chang-kun

In order to relieve urban environmental problems， especially for storm water， it is urgent to attempt to build a sponge city. However， as the main media for sponge city construction， the suitability of Low Impact Developemnt （LID） techniques is related to the regional natural context， as climate and soil condition. With field investigation， soil test and rainfall simulation experiment， indicator system of green space was constructed and the suitable LID structures were identified for Shanghai urban green space bythe calculation results of SWMM model. The first demonstration project at Shanghai using LID techniques was introduced to verify the assessment system and its environmental benefits， which providing foundation for LID technique practices on green space.

Sponge City； Rainwater Management； Low Impact Development Technique； Green Construction Indexes

TU986

A

1673-1530（2016）03-0021-06

10.14085/j.fjyl.2016.03.0021.06

2016-02-01

2016-03-15

國家十二·五科技支撐計劃：鄉(xiāng)村自然生態(tài)系統(tǒng)保護與修復技術研究及示范（2015BAL02B01）；上海市海綿城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃與建設關鍵技術研究（15DZ1203605）及上海交通大學新進教師啟動項目（15X100040043）共同資助

于冰沁/1983年生/女/遼寧人/滿族/上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院園林科學與工程系講師/北京林業(yè)大學博士/研究方向為風景園林生態(tài)規(guī)劃及綠色基礎設施（上海200240）

YU Bing-qin was born in 1983 at Liao Ning Province， getting the PhD degree at Beijign Forestry University. Now she is a lecturer at Department of Landscape Architecture， School of Agriculture and Biology， Shanghai Jiao Tong University，does research on ecological design of green infrastructure （Shanghai 200240）.

車生泉/1968年生/男/山東人/上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物學院教授/博士/研究方向為風景園林生態(tài)規(guī)劃及城市生態(tài)（上海 200240）

Che Sheng-quan was born in 1968 at Shan Dong Province. He is the deputy dean at School of Agriculture and Biology，

Shanghai Jiao Tong University， does research on landscape architecture ecological planning and urban ecology （Shanghai 200240）.

嚴巍/1972年生/女/上海人/上海市綠化管理指導站站長/高級工程師/研究方向為城市生態(tài)學（上海 200240）

Yan Wei， female， was born in 1972 at Shanghai City. She is the head of Shanghai Green Management Guidance Station， does research on urban ecology（Shanghai 200240）.

謝長坤/1987年生/男/湖南人/上海交通大學農(nóng)業(yè)與生物

學院在讀博士/華東師范大學碩士/研究方向為風景園林生態(tài)規(guī)劃與生態(tài)園林城市（上海 200240）

Xie Chang-kun was born in 1987 at Hu Nan Province. He is PHD candidate at School of Agriculture and Biology，Shanghai Jiao Tong University， and got the master

degree of East China Normal University， doing research on landscape architecture ecological planning and ecocity（Shanghai 200240）