海綿城市理論與運(yùn)用實(shí)踐初探

馬婷婷　方莉　楊波

近年來，暴雨過后，“內(nèi)陸看?！钡亩巫颖愠闪私诸^巷尾茶余飯后的談資，調(diào)侃的背后是人們對于城市內(nèi)澇問題的無奈與關(guān)切。起初，媒體和大眾普遍關(guān)注的焦點(diǎn)幾乎都是地下管網(wǎng)排水不暢或是不合理，結(jié)果大量財(cái)力物力進(jìn)行管網(wǎng)建設(shè)，一場大雨過后仍就“海面”依然。經(jīng)過反省才發(fā)現(xiàn)，原來是城市在開發(fā)的過程中忽視了生態(tài)，建設(shè)密度太高，城市路面硬化，使城市失去了“彈性”，大量雨水無法下滲到土地中，只能利用管渠等方式排泄，多個(gè)洪峰一疊加很容易就會(huì)形成內(nèi)澇。在全國上下一片看海的呼聲中，習(xí)近平總書記2013年12月12日中央城鎮(zhèn)工作會(huì)議上指出：在提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。

1.海綿城市綜述

1.1海綿城市的概念

“海綿城市”是指城市能夠像海綿一樣，在應(yīng)對各種環(huán)境變化及自然災(zāi)害方面具有良好的彈性，在降雨時(shí)，通過吸收、儲(chǔ)存、凈化、下滲等途徑將雨水儲(chǔ)存并利用，從而補(bǔ)充地下水；在城市需要水時(shí)可以將儲(chǔ)存的雨水釋放利用，統(tǒng)籌完善降水、地表及地下水循環(huán)系統(tǒng)性，綜合協(xié)調(diào)給排水利用的各個(gè)環(huán)節(jié)，以應(yīng)對長期復(fù)雜的自然、人工環(huán)境。

“海綿城市”的概念來自于“低影響開發(fā)系統(tǒng)（LID）”（LOW Impact Development）。低影響開發(fā)技術(shù)是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種城市雨洪及污染控制的管理技術(shù)，旨在利用分散的、小規(guī)模的源頭控制來達(dá)到對暴雨產(chǎn)生的徑流及污染的控制，使開發(fā)后的地區(qū)盡量接近自然的（開發(fā)前的）水文循環(huán)。“海綿城市”建設(shè)就是要使得水體在城市中的循環(huán)流動(dòng)更加的順暢、自然，通過透水鋪裝、植草溝、綠地等城市海綿體，有效的滯留、吸收、排放地表徑流水，加強(qiáng)對城市降雨雨水的控制和管理，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)逐步緩解城市雨水內(nèi)澇、提高雨水利用率、降低市政管道建造成本、優(yōu)化美化城市環(huán)境等諸多目標(biāo)，最終構(gòu)建起可持續(xù)性的協(xié)調(diào)有序的城市水循環(huán)系統(tǒng)。

1.2“海綿城市”理論提出的背景

我國的降水受到季風(fēng)的影響極大，季節(jié)差異大且分布不均，夏季降水往往占到全年總降水量的一半以上。與此同時(shí)，由于我國的氣候存在著較大不穩(wěn)定性，因此常常出現(xiàn)暴雨、洪水等災(zāi)害，由此導(dǎo)致每年夏季城市內(nèi)澇多發(fā)。由于汛期中絕大多數(shù)洪水都未能下滲并得以利用，因此洪水泛濫與河流斷流的風(fēng)險(xiǎn)不僅交替出現(xiàn)，而且風(fēng)險(xiǎn)逐漸增大。

近年來，氣候變化和生態(tài)環(huán)境污染等的災(zāi)害對全球各地城市的抵抗能力造成了愈來愈嚴(yán)重的沖擊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，內(nèi)澇最嚴(yán)重的2011年，全國城市總計(jì)損失達(dá)到了驚人的4000億元；從2010年以來，年均損失在千億元以上，全國有15個(gè)省份的損失過百億。城市內(nèi)澇基本覆蓋所有31個(gè)省份，全國城鄉(xiāng)年均受災(zāi)人口在1億人左右。雨洪問題，發(fā)人深思！城市發(fā)生內(nèi)澇，表面上是由于城市地下排水系統(tǒng)落后于城市建設(shè)，但究其根源卻是建設(shè)和建筑改變了地表徑流量，增加了地下管網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。城市面臨的水生態(tài)問題以及水資源短缺和水安全問題，主要?dú)w咎于傳統(tǒng)城市工程管道式灰色排水基礎(chǔ)設(shè)施、防洪規(guī)劃和排水工程規(guī)劃的落后及雨水資源合理利用意識的薄弱，使得我國受災(zāi)城市的數(shù)量、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)損失程度和人員死傷均呈顯著上升的態(tài)勢。

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國對水資源開發(fā)空前過度，北方地區(qū)的大部分河流都存在下游斷流的情況，湖泊與濕地的面積也在迅速減少。與此同時(shí)，地下水與沿海海域的水質(zhì)也在逐漸惡化，地下水污染非常嚴(yán)重。由于城鎮(zhèn)化與基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的灰色化導(dǎo)致了很大程度上的水土流失、植被破壞以及地下水與地表水的連接中斷，這對于其周邊區(qū)域的水文地質(zhì)條件將會(huì)造成極為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

1.3“海綿城市”的理論內(nèi)涵

水環(huán)境與水生態(tài)問題是跨尺度、跨地域的系統(tǒng)性問題，也是互為關(guān)聯(lián)的綜合性問題。諸多水問題產(chǎn)生的本質(zhì)是水生態(tài)系統(tǒng)整體功能的失調(diào)，因此解決水問題的出路不在于河道與水體本身，而在于水體之外的環(huán)境。如：大量的雨并不是落在河道里，所以防洪不能僅僅死守河道；主要污染源來自水體之外，所以，水凈化的解決之道也不在于水體本身。解決城鄉(xiāng)水問題，必須把研究對象從水體本身擴(kuò)展到水生態(tài)系統(tǒng)，通過生態(tài)途徑，對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行調(diào)理，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的整體服務(wù)功能：供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、生命承載服務(wù)和文化精神服務(wù)，這四類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)構(gòu)成水系統(tǒng)的一個(gè)完整的功能體系。因此，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出發(fā)，通過跨尺度構(gòu)建水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施（hydro-ecological infrastructure），并結(jié)合多類具體技術(shù)建設(shè)水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，是“海綿城市”的核心。

2.“海綿城市”理論運(yùn)用實(shí)踐——青山區(qū)港西泵站海綿改造

2.1項(xiàng)目區(qū)位

港西泵站位于青山區(qū)臨江大道南側(cè)，建設(shè)五路東側(cè)，該地塊為公建用地。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)面積為10800平方米，其中現(xiàn)狀鋪裝面積為5527平方米，現(xiàn)狀綠地面積為2942平方米，建構(gòu)筑物占地面積2183平方米，水面148平方米。

2.2工程目標(biāo)

2.2.1總體目標(biāo)

堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，創(chuàng)新新城鎮(zhèn)化建設(shè)模式，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)城市生態(tài)保護(hù)、土地利用、水系、綠地系統(tǒng)、市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及環(huán)境保護(hù)等關(guān)系，因地制宜的制定城市建設(shè)開發(fā)策略，努力建設(shè)青山“海綿城市示范區(qū)”，讓區(qū)域“彈性”適應(yīng)環(huán)境變化與自然災(zāi)害，為武漢市海綿城市建設(shè)起到良好的示范作用。

2.2.2建設(shè)目標(biāo)

（1）年徑流總量控制率

根據(jù)《武漢市海綿城市建設(shè)青山示范區(qū)年徑流總量控制規(guī)劃》，本工程的年徑流總量控制目標(biāo)為70%。

（2）城市排水防澇標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《武漢市中心城區(qū)排水防澇專項(xiàng)規(guī)劃》及《青山區(qū)排水防澇專項(xiàng)規(guī)劃》，本工程的排水防澇標(biāo)準(zhǔn)為有效應(yīng)對不小于50年一遇暴雨的要求。

（3）城市污水全收集全處理率

根據(jù)《武漢市主城區(qū)污水專項(xiàng)規(guī)劃》及《青山區(qū)“十三五”水務(wù)建設(shè)規(guī)劃》，本工程所在的青山區(qū)西部地區(qū)達(dá)到污水“全收集、全處理”的目標(biāo)。

2.3工程現(xiàn)狀及問題

2.3.1排水現(xiàn)狀及問題

通過現(xiàn)場勘察以及對泵站管網(wǎng)的分析，本次改造的泵站區(qū)域?yàn)楹狭髦?，總結(jié)排水管網(wǎng)問題主要有以下幾點(diǎn)：

①地勢低洼及雨水系統(tǒng)缺乏區(qū)域易漬水；

②區(qū)域內(nèi)部雨水接入污水的現(xiàn)象繁多；

③區(qū)域出口干管接入市政管網(wǎng)雨污混接；

④部分排水設(shè)施淤塞嚴(yán)重；

⑤區(qū)域出口排水干管標(biāo)準(zhǔn)偏低，部分排水設(shè)施破損嚴(yán)重；

⑥區(qū)域局部區(qū)域雨水系統(tǒng)不完善；

⑦區(qū)域內(nèi)部管網(wǎng)斷頭。

2.3.2功能區(qū)劃現(xiàn)狀及問題

通過現(xiàn)場勘察以及對社區(qū)功能區(qū)劃的分析，總結(jié)泵站功能區(qū)劃問題主要有以下幾點(diǎn)：

①停車位缺乏，隨意停車；

②施工場地占據(jù)廠區(qū)大塊綠地；

③現(xiàn)狀建筑除辦公樓外，棚式構(gòu)筑亂搭亂蓋；

④路面、鋪裝陳舊，均為水泥地，不透水；

⑤現(xiàn)狀綠地大部分為黃土裸露，空地上堆放排水設(shè)施器材。

2.3.3綠化現(xiàn)狀及問題

通過現(xiàn)場勘察以及對泵站區(qū)域園林景觀的分析，總結(jié)區(qū)域園林景觀問題主要有以下幾點(diǎn)：

①喬木長勢良好，覆蓋率高，維護(hù)不夠，品質(zhì)下降；

②透光率低，小喬木生長不佳；

③植被單一，缺乏層次感，缺少成片組團(tuán)；

④新建綠地綠化缺失，地面露土，設(shè)施雜物亂堆亂放。

2.3.4現(xiàn)狀海綿型評估

本項(xiàng)目根據(jù)最新地形，進(jìn)行了區(qū)域地表高程信息及下墊面屬性提取。泵站區(qū)域下墊面類型共4種，分別為屋面、道路、綠地及水面。進(jìn)行海綿改造的泵站區(qū)域下墊面情況如下表所示：

本項(xiàng)目進(jìn)行海綿改造的“水生態(tài)、水環(huán)境、水資源、水安全”四個(gè)方面控制指標(biāo)現(xiàn)狀如下表所示：

2.4方案設(shè)計(jì)

2.4.1總體布局

根據(jù)泵站現(xiàn)有布局，分為辦公區(qū)、停車場、廠房區(qū)、游憩區(qū)和南區(qū)綠地5大部分。

（1）辦公區(qū)：緊鄰泵站主入口，主要功能為辦公人流集散。因此在設(shè)計(jì)中保留了現(xiàn)有的鋪裝場地，根據(jù)現(xiàn)有功能對活動(dòng)區(qū)內(nèi)的鋪裝進(jìn)行改造，改為透水混凝土或透水磚。場地中央的水景保留，僅對高出地面的池壁拆除，在外圍增加生物滯留帶，凈化入池的雨水，并修繕現(xiàn)有花壇，保留長勢較好的喬木，并增補(bǔ)地被植物。

（2）停車場：位于辦公區(qū)南側(cè)，設(shè)計(jì)中主要對現(xiàn)有硬質(zhì)場地進(jìn)行改造，變?yōu)樯鷳B(tài)停車場，外圍臨近圍墻及建筑區(qū)域增設(shè)綠地。

（3）廠房區(qū)：保留現(xiàn)狀廠房，僅對部分雨落管進(jìn)行改造，東側(cè)山墻周邊綠地改為下沉綠地，并種植爬藤植物和濕生植物為主。

（4）游憩區(qū)：現(xiàn)狀為施工場地，全部改為綠化及景觀用地，設(shè)雨水花園一處，沿花園設(shè)汀步路供游覽。

（5）南區(qū)綠地：現(xiàn)狀為倉庫和空地，全改為綠地，設(shè)置特色雨水花園，塘中放置排水用的水泥管做成花筒，做為排水泵站的特色文化符號，上游處設(shè)旱溪將雨水導(dǎo)入雨水花園。

2.4.2海綿設(shè)施的布局

（1）海綿設(shè)施設(shè)計(jì)流程圖

（2）海綿設(shè)施布局

通過對上位規(guī)劃的查詢，港西泵站海綿改造工程的年徑流總量目標(biāo)為70%。對設(shè)計(jì)總平面進(jìn)行下墊面解析，場地內(nèi)的綜合雨量徑流系數(shù)為0.29。

將辦公樓區(qū)域以外的鋪裝，更換為透水鋪裝，加大地表滲透空間。規(guī)劃停車場區(qū)域，做成生態(tài)停車場。將現(xiàn)有排水明溝改為生態(tài)溝，在現(xiàn)有綠地內(nèi)增加了雨水花園、旱溪和下沉綠地，通過對場地內(nèi)的雨水進(jìn)行收集，排入雨水花園后進(jìn)行凈化，合理組織綠地內(nèi)的地表徑流。

2.4.3豎向設(shè)計(jì)

（1）港西泵站的地形為南高北低，東高西低，由于場地內(nèi)有多棟現(xiàn)有低層建筑，因此不宜對現(xiàn)有標(biāo)高進(jìn)行大范圍的調(diào)整，豎向設(shè)計(jì)主要以滿足地表排水要求為主。

（2）地表徑流主要通過透水鋪裝和綠地進(jìn)行下滲，多余徑流則通過豎向找坡，疏導(dǎo)至雨水花園，生態(tài)溝和部分排水暗溝中，最終通過滲管和排水暗溝導(dǎo)入泵站內(nèi)部的雨水干管，統(tǒng)一排入市政雨水管網(wǎng)。

（3）綠地內(nèi)的微地形主要沿雨水花園和植草溝沿線設(shè)置，地形高度在0.3-0.5米之間，以滿足周邊徑流的排水坡度為主，兼顧景觀豎向的變化。

（4）港西泵站海綿改造工程挖方需2495立方米，地形整理填方需約2200立方米。

2.4.4種植設(shè)計(jì)

此地塊綠化面積約為5240平方米?，F(xiàn)狀有已綠化場地、黃土裸露地及已停工的施工場地?，F(xiàn)有已綠化覆蓋地內(nèi)保留原有長勢及樹形較好的植物，清理場地內(nèi)雜亂灌木，種植開花灌木地被。黃土裸露地和施工場地進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，結(jié)合微地形，雨水花園設(shè)計(jì)片式組團(tuán)種植喬木、灌木、地被和水生濕生植物，滿足港西泵站景觀要求和海綿城市設(shè)計(jì)需求。

2.5海綿建設(shè)效果評估

2.5.1年徑總量控制率的簡易評估根據(jù)本工程海綿建設(shè)目標(biāo)中對年徑流總量控制率70%的目標(biāo)要求，計(jì)算本工程所需蓄水容積：

V=10HφF

H——設(shè)計(jì)降雨量，年徑流總量控制率70%對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量H=24.5mm；

φ——場均綜合雨量徑流系數(shù)；根據(jù)改造后下墊面場均雨量徑流系數(shù)分析，φ不透水瀝青路面=0.9，φ透水鋪裝=0.25，φ下沉綠地=0.15，φ硬化屋面=0.9，計(jì)算出改造后年徑流總量控制率為70%；

F——匯水面積，地塊總匯水面積為10800m2，不同下墊面的面積詳見表2-5；

扣除下凹式綠地調(diào)蓄量后，本工程所需蓄水容積V=77m3可通過雨水花園、生態(tài)溝等提供調(diào)蓄容積，計(jì)算出本工程海綿建設(shè)改造后，年徑流總量控制率實(shí)際為70%，滿足建設(shè)目標(biāo)要求。

2.5.2面源污染消減量的簡易評估

海綿建設(shè)后，透水鋪裝的污染物去除率為80%，下沉式綠地的污染物去除率為50%，根據(jù)表2-5改造后不同下墊面的面積及所占比例，透水鋪裝面積比例如表2-6，計(jì)算出改造后，面源污染消減量（以TSS計(jì)，%）=60.2%，滿足建設(shè)目標(biāo)要求。

2.5.3峰值徑流系數(shù)的簡易評估

峰值流量徑流系數(shù)的建議算法采用加權(quán)平均法，根據(jù)項(xiàng)目區(qū)域不同下墊面面積，按不同下墊面的峰值流量徑流系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，現(xiàn)狀峰值徑流系數(shù)為：0.636。

根據(jù)改造后下墊面流量徑流系數(shù)分析，φ不透水瀝青路面=0.95，φ透水鋪裝=0.35，φ下沉綠地=0.2，φ硬化屋面=0.95，不同下墊面的面積詳見表，根據(jù)計(jì)算，峰值流量徑流系數(shù)～=0.402，根據(jù)《武漢市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，本項(xiàng)目區(qū)域?qū)儆诠迷O(shè)施用地，峰值徑流系數(shù)取值為0.6，φ=0.402<0.6，滿足建設(shè)目標(biāo)要求。

2.5.4內(nèi)澇防治水平的簡易分析

本項(xiàng)目新建了雨水排放主通道，雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期按照P=3年設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目的排水防澇標(biāo)準(zhǔn)能夠有效應(yīng)對不小于50年一遇暴雨的要求，滿足建設(shè)目標(biāo)要求。

2.5.5雨污管網(wǎng)分流完成率分析

本項(xiàng)目對工程范圍內(nèi)的雨污水系統(tǒng)進(jìn)行了全面梳理，按照修建規(guī)劃完善了雨污水系統(tǒng)，改造糾正了雨污混錯(cuò)接問題，雨污管網(wǎng)分流完善率可達(dá)到100%，滿足建設(shè)目標(biāo)要求。

2.5.6雨水資源化利用率分析

綠化灌溉就近采用雨水花園的調(diào)蓄水量，可以滿足25%雨水資源化利用率。

3.結(jié)語

國家對“海綿城市”的重視是改變城市規(guī)劃建設(shè)理念的重大契機(jī)。圍繞這一概念，社會(huì)各界通過廣泛的討論來關(guān)注城市洪澇問題和一系列相關(guān)的生態(tài)和環(huán)境問題，重新審視工業(yè)時(shí)代治水思路的利弊，深刻認(rèn)識生態(tài)雨洪管理和城市生態(tài)建設(shè)的重要性及方法和技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明和美麗中國具有重要意義。建設(shè)海綿城市這一系統(tǒng)性、綜合性、歷史性的造福工程，是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，并非朝夕之事，海綿城市建設(shè)要避免“萬能論”與“無用論”、“灰色派”與“綠色派”的極端誤區(qū)。我們應(yīng)該讓海綿城市建設(shè)真正成為“美麗中國”、“綠色城鎮(zhèn)化”的有力抓手和一種長效機(jī)制，充分發(fā)揮在我國的城鎮(zhèn)化和城市群建設(shè)發(fā)展過程中的重要?dú)v史作用。