“海綿城市”理論在建設工程設計應用的研究

文｜深圳市龍華區(qū)政府投資工程項目前期辦公室 崔婷

1 建設“海綿城市”的背景

近幾年，受城市開發(fā)過度、氣候變化及生態(tài)環(huán)境等自然因素的影響，城市內(nèi)澇儼然成為我國城市面臨的安全問題之一。以深圳為例，2014年5.11的特大暴雨，最大降雨量超過110毫米,部分區(qū)域日累計雨量已超300毫米。暴雨導致城市出現(xiàn)多處道路積水，車輛被淹，片區(qū)內(nèi)澇，動車全部停運，城市變“水城”，給居民的生活和工作帶來極其嚴重的影響。初步統(tǒng)計，一次暴雨造成的直接經(jīng)濟損失達到8000萬元，數(shù)百人受災。

城市內(nèi)澇是一個系統(tǒng)性、綜合的問題，亟需一個全面的解決方案。在借鑒國外知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新建立了積存-滲透-自然凈化的“海綿城市”理論。自然循環(huán)的“綠色海綿” 系統(tǒng)的形成，有利于整個城市適應新的環(huán)境，在水災害發(fā)生后快速恢復，以達到城市有效、彈性地適應環(huán)境變化和自然災害。建設海綿城市，對于解決城市內(nèi)澇頻繁發(fā)生等問題，城市人居環(huán)境的改善，城鎮(zhèn)化地健康發(fā)展，都將發(fā)揮十分重要作用。

2 “海綿城市”的涵義及由來

城市建設的傳統(tǒng)模式是通過泵站、管渠等多種設施組織排放雨水， 通過“迅速排除” 和“末端匯集”的手段作為主要設計理念。這種模式?jīng)]有考慮到水的循環(huán)利用，既是增加了收納水體的市政雨水管網(wǎng)和排澇設施的壓力， 同時，水環(huán)境質(zhì)量由于降雨初期大量污染物隨徑流雨水入河受到嚴重地影響 。

“海綿城市”的由來是將城市形象地比作海綿，在降水形成時，將雨水就地或就近地進行吸收-存蓄-滲透-凈化的過程，調(diào)節(jié)水循環(huán);積存水在缺水時加以利用，以實現(xiàn)城市內(nèi)良性的水循環(huán)，徑流雨水的滲、蓄、 凈、用和排的能力顯著提高，從而釋放城市的 “海綿” 的特質(zhì)。建設海綿城市，密切地結(jié)合雨水和排水，將內(nèi)澇防治、徑流污染控制、雨水資源綜合利用和水環(huán)境生態(tài)修復等進行綜合、全面地考慮。

3 建設工程設計融入“海綿城市”理念的必要性

建設工程設計融入“海綿城市”理念是十分必要的。首先，城市建設是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要體現(xiàn)，通過工程建設對城市人居環(huán)境進行改造發(fā)揮功能、提供服務。建設工程設計與“海綿城市”理念結(jié)合，在一定程度上說，將普通意義的設計加入系統(tǒng)設計或者說是生態(tài)設計理念，使城市開發(fā)建設后的水文特征接近開發(fā)前；其次，這種新型、全面、科學的設計方式，從傳統(tǒng)的末端治理逐步轉(zhuǎn)變成源頭、中途和末端控制，在不影響已有建筑物功能條件下，通過建設和改造城市建筑物、道路、綠化帶、停車場、廣場、公園等設施的有效設計，提高雨水滲透率，實現(xiàn)城市自然蓄水滯洪。

4 建設工程實例

對于城市建成區(qū)而言，下墊面已基本定型，將已“硬化”的城市變成“海綿”，是海綿城市建設技術(shù)應用于建成區(qū)的重點及難點。以深圳為例，市內(nèi)多低山和丘陵，暴雨來臨，大量山水傾瀉至市政排水管網(wǎng)，導致局部路段管網(wǎng)堵塞，街道路面出現(xiàn)內(nèi)澇積水。因此，將海綿建設技術(shù)與休閑民生、內(nèi)澇防治相互結(jié)合，逐步建設成積存-滲透-自然凈化的“海綿城市”。

4.1 深圳梅坳片區(qū)道路改造

深圳梅坳片區(qū)的道路改造按照因地制宜的原則，對道路進行低沖擊改造，盡可能的增加道路透水鋪裝面積；對于不宜改造的部分—機動車道等非透水鋪裝，通過立道牙開口將其雨水引入淺草溝等低沖擊處理措施。

項目的道路改造主要包括：（1）新建自行車道，采用全透式結(jié)構(gòu)層；（2）現(xiàn)有道路內(nèi)有條件改造的綠化帶改為淺草溝的低沖擊措施；（3）將一部分原有道路雨水口加蓋板封閉（不封堵），在低沖擊處理措施內(nèi)新建雨水口并直接連入原有雨水口；（4）選取地勢較低，且容易匯集雨水的小地塊，建成雨水花園。

改造后路面雨水匯集方式有所不同，首先，人行道、自行車道雨水：維持原有橫坡，直接流入淺草溝等低沖擊措施，設計考慮到行人的安全，將自行車道與綠化帶之間設置護欄；其次，車行道雨水：維持原有道路橫坡，道路雨水經(jīng)過路緣石豁口進入低沖擊處理措施；再次，暴雨徑流：超過淺草溝等沖擊措施的調(diào)蓄標準雨水，經(jīng)過淺草溝等內(nèi)溢流口（雨水口），排入主管，溢流口頂部高于淺草溝底部50～100mm。

道路斷面低沖擊改造方案

1）下凹深度計算，

采用公式：V調(diào)蓄=φH設A；其中，A：道路總面積（包含機動車道、綠化帶和非機動車道面積）/ m2；H設：設計降雨厚度，本設計選取21mm；φ：綜合徑流系數(shù)，采用加權(quán)平均法計算。

相對路面的下凹深度=H下凹+100 / mm

相對原綠化帶的下凹深度=相對路面的下凹深度+150 /mm

2）低沖擊結(jié)構(gòu)設計

低沖擊處理措施，主要采用淺草溝和碎石溝兩種形式。設計中采用的第一種形式：立道牙豁口—碎石溝（或淺草溝）-雨水口-現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)，用于機動車道比較寬闊且污染比較嚴重的路面，如梅坳二路；第二種形式：立道牙豁口—淺草溝-雨水口-現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)，用于機動車道較窄的支路，如：梅坳一路、三路、五路等。

深圳梅坳片區(qū)道路通過改造，不僅大大緩解防洪壓力，而且有效地減輕面源污染。

4.2 新龍公園、環(huán)觀南雨水花園

位于新區(qū)大道與民寶路交界處，深圳北站附近的新龍公園，占地面積為8000平方米，在設計過程中應用“海綿城市”建設的先進技術(shù)，通過塑造“四上三下”的地形，構(gòu)建雨水收集系統(tǒng)。主要通過自然滲透的方式，集中在地勢低洼及雨水匯集處，設置地下雨水調(diào)蓄池，凈化后進行回用，用于灌溉公園里植物花草。

位于環(huán)觀南路（碧瀾路-大和路）南段的環(huán)觀南雨水花園，占地面積為6000平方米，設計方案融入“海綿城市”的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的理念，探索新型城市綠道的“綠色”模式。公園建設過程中，根據(jù)地勢設置多處植物緩坡帶和生態(tài)駁岸，增強了公園與綠地系統(tǒng)的海綿體功能，吸納系統(tǒng)中的雨水，并為積蓄鄰近區(qū)域雨水提供空間。同時，在靠近道路，雨水徑流污染較嚴重的道路旁設置過濾型植草溝，進行雨水預處理。

5 結(jié)論及建議

（1）深圳市土質(zhì)多為粘土，滲透性較差，在道路改造融入“海綿”建設的過程中,樹種選擇尤為重要，一般宜選擇抗?jié)承院玫钠贩N，如：秋楓和小葉欖仁等。

（2）在管理運營方面，應用“海綿城市”理論改造的市政道路，需注意防范鋪裝方式對路基強度和穩(wěn)定性的潛在風險，透水裝鋪風險較大時，宜采用半透水方式或在透水基層內(nèi)設置排水管或排水板。在采用低沖擊措施過程中，對施工工序有嚴格要求。

（3）建設海綿型公園綠地過程中，宜暗設蓄水池，如明設水池需進行凈化收集，注意設計的水池深度，并定時進行清洗，防止蚊蟲滋生，保護水生植物。