海綿城市實(shí)施規(guī)劃設(shè)計(jì)初探——以溫州高鐵新城海綿城市建設(shè)為例

劉 磊,雷艷華

(1. 中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北 武漢430050； 2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖北 武漢430060)

1 概 述

1.1 海綿城市基本概念

習(xí)近平總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》中強(qiáng)調(diào)：“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。” 與之匹配的一系列政策及海綿城市試點(diǎn)工作正在全國范圍內(nèi)展開。

海綿城市理念起源于1972年美國在《聯(lián)邦水污染控制法》提出的最佳管理措施理念(BMPs),通過綠色屋頂、透水鋪裝和淺草坑等綠色基礎(chǔ)設(shè)施減少暴雨徑流,提高水質(zhì)[1]。從海綿城市的起源可以明晰,“海綿城市”是以各類實(shí)體工程為載體,其核心是通過雨洪管理實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境的保護(hù)與美化。海綿城市建設(shè)是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,具有重要的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和社會(huì)服務(wù)功能。

1.2 高鐵新城基本情況

溫州高鐵新城位于溫州西部,規(guī)劃范圍14.33萬km2,是依托高鐵南站重點(diǎn)打造的樞紐型城市新區(qū),也是溫州 “5+2”亮點(diǎn)區(qū)塊之一。項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)采用PPP模式,涵蓋安置房、公共服務(wù)設(shè)施、城市客廳、旅游集散中心、景觀環(huán)境治理、市政工程等10大類。在上位專項(xiàng)規(guī)劃要求下,海綿城市依托新城各類工程項(xiàng)目,成為高鐵新城建設(shè)中的重要組成部分。

溫州市位于浙江省東南沿海,屬副熱帶季風(fēng)氣候區(qū),氣候溫和,雨量充沛,降雨期主要分布在梅汛期和臺(tái)汛期(4～7月)。新城所處的甌海區(qū),水網(wǎng)縱橫,擁有溫州塘河水系一半以上的水域面積,匯集了陽桐河、仙門河、站前河、站西河、橫塘河、梅嶼大河,均為劣五類水質(zhì)。河道窄,水域環(huán)線長,水流出口不在區(qū)內(nèi),部分河段存在面源污染,河道寬窄不一且硬化駁岸較多。整體地勢南高北低,主要的山體為仙門山及華亭山,受臺(tái)風(fēng)影響,主要的行洪方向由南向北經(jīng)西山河灌入城市內(nèi)河,造成城區(qū)內(nèi)澇嚴(yán)重；區(qū)內(nèi)主要土壤為紅壤及水稻土,滲透性較差。

地勢特殊，地下水位高,土壤滲水及蓄水能力低以及水系淤積等因素共同造成了區(qū)內(nèi)嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。“西排工程”和瞿溪河拓寬工程將區(qū)內(nèi)洪澇直接排至甌江,使地塊內(nèi)洪澇災(zāi)害得以部分緩解,但水系淤積、瞬時(shí)暴雨及臺(tái)風(fēng)梅雨季洪澇依然威脅著這座飛速發(fā)展的高鐵新城。

2 總體目標(biāo)與建設(shè)必要性

2.1 總體目標(biāo)

《溫州市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》對新城海綿城市建設(shè)提出了以“凈、排”為主導(dǎo),年徑流總量控制率為79%的要求。為落實(shí)上位規(guī)劃的指標(biāo)要求,建立“專項(xiàng)規(guī)劃”與“建設(shè)工程”之間的橋梁,“海綿城市實(shí)施規(guī)劃”應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)施規(guī)劃要求深度深于控規(guī)及專項(xiàng)規(guī)劃,銜接引導(dǎo)專項(xiàng)工程建設(shè)的研究型規(guī)劃,其作用主要為：梳理現(xiàn)有的法定及上位規(guī)劃作為設(shè)計(jì)依據(jù),提出重大事項(xiàng)作為工程可行性研究前置條件；通過提出控制指標(biāo),引導(dǎo)專項(xiàng)工程系統(tǒng)化建設(shè)。

圍繞溫州高鐵新城概念規(guī)劃提出的“浙南首門戶、水島新客廳、創(chuàng)智副都心”總體定位,海綿城市實(shí)施規(guī)劃提出了“活力、生態(tài)、彈性”三大目標(biāo)：與景觀設(shè)計(jì)有效融合,更有效地組織區(qū)內(nèi)徑流,打造活力景觀新形象；通過海綿城市生態(tài)統(tǒng)籌,識(shí)別重要的生態(tài)斑塊、廊道,保護(hù)原生山體水體；與灰色基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合,提高新城范圍內(nèi)的雨洪滯蓄彈性,有效緩解城市內(nèi)澇。

2.2 建設(shè)必要性

1)減少水患,保障安全。高鐵新城是溫州依托高鐵經(jīng)濟(jì)發(fā)展的樞紐型城市新區(qū),需要為各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供安全、適宜的經(jīng)營環(huán)境。項(xiàng)目所在片區(qū),降雨量充沛、降雨季節(jié)分配不均并時(shí)常伴有臺(tái)風(fēng),當(dāng)甌江發(fā)生洪水又逢天文大潮時(shí),極易形成江水倒灌而引發(fā)洪澇災(zāi)害。上位規(guī)劃要求新區(qū)建設(shè)運(yùn)用海綿城市建設(shè)理念,對“水資源、水環(huán)境、水生態(tài)”綜合整治,提高新區(qū)應(yīng)對洪澇災(zāi)害的能力,同時(shí)減少開發(fā)建設(shè)對自然環(huán)境的影響,保障城市的正常運(yùn)營。

2)新區(qū)建設(shè),多專業(yè)協(xié)同。高鐵新城屬于待建新區(qū),在老城區(qū)受限而無法提供足夠的調(diào)蓄容積時(shí),需要加大新區(qū)海綿城市建設(shè)力度。海綿城市建設(shè)涉及的專業(yè)范圍廣、部門多,需要各部門通力合作、資源共享,利用多種方式解決城市可能面臨的水患困擾,避免城市重復(fù)建設(shè)而造成資源浪費(fèi)。以海綿城市實(shí)施規(guī)劃為指引,整合區(qū)域內(nèi)生態(tài)資源,系統(tǒng)布局各種海綿設(shè)施,在對降水的吸收、儲(chǔ)存、利用及保護(hù)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上,協(xié)調(diào)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),逐步將管控指標(biāo)落實(shí)到具體規(guī)劃管控中,有效地減少海綿設(shè)施的建設(shè)成本,與城市“灰色基礎(chǔ)設(shè)施”協(xié)同建設(shè)發(fā)揮更大的作用。

3)優(yōu)化水資源結(jié)構(gòu),標(biāo)桿試點(diǎn)。溫州屬于資源型缺水城市,人均水資源擁有量為1 138 m3——在國際公認(rèn)用水緊張紅色警戒線1 700 m3以下,水資源利用率為17.7%。海綿城市通過布置濕地、雨水塘、收集池等海綿設(shè)施收集雨水,用于綠化灌溉，路面與公廁沖洗和河道配水等達(dá)到“節(jié)水”的目的；通過結(jié)合其他工程措施對初期雨水進(jìn)行處理，水系綜合治理等,改善城市水體的水質(zhì),以應(yīng)對溫州降雨酸度較高,酸雨率達(dá)到90%以上[2]的情況,進(jìn)而達(dá)到“節(jié)水”的目的。海綿城市實(shí)施規(guī)劃的編制,通過各類海綿設(shè)施的布置達(dá)到“節(jié)水”與“改善水質(zhì)”的目標(biāo),并成為溫州市海綿城市建設(shè)的標(biāo)桿。

4)美化環(huán)境,撬動(dòng)價(jià)值。海綿城市建設(shè),在協(xié)調(diào)解決水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災(zāi)害等問題的同時(shí),還應(yīng)滿足人們的文化、旅游、休閑等多功能需求。低影響開發(fā)設(shè)計(jì)與園林景觀、房建工程的有機(jī)結(jié)合,能有效改善居住環(huán)境,提升周邊地塊價(jià)值,在營造生態(tài)景觀的同時(shí)聚集人氣,帶來良好的社會(huì)效益。通過布置雨水花園、下沉式綠地、屋頂綠化、植草溝等海綿設(shè)施,提高雨水調(diào)節(jié)能力,進(jìn)而獲取良好的景觀效果和生態(tài)效益,實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地的價(jià)值提升。

3 海綿城市實(shí)施規(guī)劃編制

3.1 技術(shù)路線

海綿城市實(shí)施規(guī)劃技術(shù)路線主要分為三個(gè)層級(圖1)：首先,通過現(xiàn)狀的分析和識(shí)別結(jié)合上位規(guī)劃解讀,系統(tǒng)地形成海綿城市空間格局；其次,分解上位指標(biāo)要求,結(jié)合地塊區(qū)域現(xiàn)狀及建設(shè)特征,確定設(shè)計(jì)目標(biāo),細(xì)化海綿措施布局與管控指標(biāo)；最后,構(gòu)建海綿城市效益評估體系,作為考核海綿城市規(guī)劃建設(shè)實(shí)施效果的工具。多層級、多維度構(gòu)建海綿城市實(shí)施體系,為上位規(guī)劃及城市建設(shè)提供明確實(shí)施指引。

3.2 指標(biāo)分解與現(xiàn)狀評估

《溫州市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》中確定本區(qū)域以“滲”“排”為主。本區(qū)域內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評估為“中等”,約5.45%的建成區(qū)將受到內(nèi)澇威脅,需要在水安全與水生態(tài)方面加強(qiáng)海綿城市建設(shè),并提出了系統(tǒng)的管控要求,見表1。

圖1 海綿城市實(shí)施規(guī)劃技術(shù)路線

指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)數(shù)值水生態(tài)年徑流總量控制率生態(tài)岸線保持率≥79%≥60%水安全防洪標(biāo)準(zhǔn)防澇標(biāo)準(zhǔn)新建、改建官網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)近期50年,遠(yuǎn)期100年近期20年,遠(yuǎn)期50年≥3年水環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)SS去除率Ⅲ類≥30%水資源雨水資源利用率≥1.5%

實(shí)施規(guī)劃結(jié)合自然水系、現(xiàn)狀管網(wǎng)、地形坡度、現(xiàn)狀建設(shè)情況,通過SWMM模擬,以南北項(xiàng)目的鐵路為界,將高鐵新城劃分為ABCD四個(gè)分區(qū),通過對各建設(shè)分區(qū)進(jìn)行評估,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行年徑流總量控制率均未達(dá)到上位規(guī)劃要求(表2),主要原因分析如下：

表2 現(xiàn)狀匯水區(qū)徑流評估表

1)上位規(guī)劃基于全市徑流總量控制總體平衡的思路,對本區(qū)域提出的要求相對已有建成區(qū)高,為79%以上。

2)區(qū)域以南北向鐵路為界,站東(C區(qū))建成區(qū)域較多,缺乏海綿設(shè)施；站西(ABD區(qū))天然海綿體較多,對徑流有一定的削減。因此整體而言,現(xiàn)行年徑流控制總量尚未達(dá)到海綿城市建設(shè)的要求。

3)區(qū)域內(nèi)地勢南高北低,歷來為山區(qū)向甌江的行洪區(qū)域,年徑流量較大；區(qū)內(nèi)主要土壤環(huán)境為紅壤及水稻土,均屬于較難滲透的土質(zhì),進(jìn)一步增加了徑流控制難度。

圖2 SWMM二級地塊分區(qū)

3.3 技術(shù)手段

為達(dá)到上位規(guī)劃的目標(biāo)值——79%年徑流總量控制要求,實(shí)現(xiàn)高鐵新城建設(shè)總體目標(biāo),需要進(jìn)一步細(xì)化新建區(qū)域的徑流管控指標(biāo),以引導(dǎo)海綿設(shè)施的布局。因此,通過SWMM模型對各建設(shè)分區(qū)進(jìn)行二級地塊劃分(圖2)：形成二維計(jì)算網(wǎng)格357個(gè),最大計(jì)算單位面積為3.2 hm2,最小計(jì)算單位面積為0.5 hm2,平均計(jì)算單元面積為0.96 hm2。根據(jù)軟件模擬結(jié)果,繪制匯水各地塊綜合徑流系數(shù)表與管控分區(qū)建設(shè)指標(biāo)表(表3、表4),以此作為建設(shè)管控的指標(biāo)體系,指導(dǎo)工程建設(shè)。

表3 站前河直接匯水區(qū)各地塊綜合徑流系數(shù)表

表4 各地塊管控分區(qū)建設(shè)指標(biāo)

3.4 建設(shè)措施

海綿城市建設(shè)措施是遵循低影響開發(fā)的理念,定性定量的重新歸集和梳理各工程措施,形成海綿城市建設(shè)的完整體系。為達(dá)到徑流控制指標(biāo),海綿城市建設(shè)需要依托各類海綿設(shè)施,諸如水系、綠化、蓄水設(shè)施等,分屬于生態(tài)景觀、市政、建筑等工程并貫穿于城建的整個(gè)過程。

3.4.1 景觀工程海綿化

景觀是城市形象展示的重要窗口,是打造城市名片的重要舉措；海綿設(shè)施通過雨洪管理進(jìn)行低影響開發(fā),與市政設(shè)施共同營造安全優(yōu)質(zhì)的水環(huán)境。將海綿設(shè)施與景觀工程有效結(jié)合,不僅能打造生態(tài)安全的城市景觀；而且能作為海綿城市建設(shè)的展示界面,增進(jìn)民眾對海綿城市的理解。

溫州高鐵新城景觀工程主要包括：河道綜合治理工程，公園改造提升工程及街頭綠地工程三類。景觀工程的海綿化主要通過構(gòu)建綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施形成綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),降低地表徑流速度,凈化水體,通過管網(wǎng)及河道消納超量徑流。依托景觀工程的海綿設(shè)施運(yùn)作過程——首先建立豐富的植物群落體系,部分初期雨水通過植物群落層層跌落降低地表徑流速度；其次充分利用地表空間對雨水進(jìn)行吸納,結(jié)合地形建設(shè)下沉式綠地、雨水花園、植草溝等以增加調(diào)蓄容積,有組織的匯流與消納雨水,再結(jié)合溢流設(shè)施及雨水管渠系統(tǒng)處理超量雨水,實(shí)現(xiàn)雨水的源頭消納、凈化及再利用。

3.4.2 道路工程海綿化

城市各級道路不僅是交通通道,而且是組織城市空間的骨架。溫州高鐵新城道路工程主要包括市政道路的新建與改造、快速路西延、停車場等工程。道路工程海綿化需要結(jié)合綠化隔離帶、鋪裝及市政管網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)。

海綿設(shè)施主要結(jié)合規(guī)劃道路的斷面及停車設(shè)施,通過增加綠化隔離帶的蓄水能力，增設(shè)排水設(shè)施及人行道鋪裝材質(zhì)的滲水性來實(shí)現(xiàn)道路工程海綿化。對于兩側(cè)較寬的綠帶,設(shè)置下沉微地形就地消納徑流；透水鋪裝在考慮經(jīng)濟(jì)適宜性的前提下盡可能在人行道上鋪設(shè)；車行道的改造措施需要因地制宜,合理設(shè)置雨水口,將超量雨水引入周邊下沉綠地及市政管網(wǎng)。

3.4.3 建筑工程海綿化

溫州高鐵新城建筑工程主要包括重要的公共建筑及安置房工程。在項(xiàng)目建設(shè)中,徑流的收集與吸納主要通過屋頂綠化、透水下墊面及景觀綠地的自然下滲來實(shí)現(xiàn)；收集與吸納的雨水匯集到景觀水系及地下排水系統(tǒng)中,用于景觀及環(huán)衛(wèi)用水,進(jìn)而達(dá)到節(jié)水的目標(biāo)。建成區(qū)域徑流消納能力較弱,有條件的新建工程可結(jié)合地下工程,集中設(shè)置地下海綿調(diào)蓄模塊,增加徑流調(diào)蓄容積,提高徑流管控彈性與效率。

4 海綿城市建設(shè)運(yùn)維體系構(gòu)建

4.1 監(jiān)測體系構(gòu)建

通過對溫州高鐵新城海綿城市試點(diǎn)現(xiàn)狀的分析,按照區(qū)域、排水分區(qū)、典型地塊、典型地塊內(nèi)LID設(shè)施、典型下墊面五個(gè)層級進(jìn)行監(jiān)測體系的構(gòu)建。

1)區(qū)域監(jiān)測 通過試點(diǎn)區(qū)域氣象監(jiān)測，河道斷面監(jiān)測，城市內(nèi)澇積水點(diǎn)，地下水及受納水體監(jiān)測,系統(tǒng)性掌握該區(qū)域基本情況。

2)排水分區(qū)監(jiān)測 通過市政管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水量和水質(zhì)監(jiān)測,掌握匯水分區(qū)海綿設(shè)施運(yùn)行整體效果。

3)典型地塊監(jiān)測 通過市政管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水量和水質(zhì)監(jiān)測,掌握典型地塊(項(xiàng)目)海綿設(shè)施運(yùn)行整體效果。

4)典型LID設(shè)施監(jiān)測 通過典型項(xiàng)目進(jìn)出口水量和水質(zhì)監(jiān)測,掌握典型設(shè)施徑流水量和水質(zhì)的控制效果。

5)典型下墊面監(jiān)測 通過典型下墊面水量水質(zhì)監(jiān)測，掌握典型下墊面的產(chǎn)流規(guī)律和面源污染負(fù)荷水平及初期雨水污染規(guī)律。

4.2 智慧管控平臺(tái)構(gòu)建

為銜接高鐵新城智慧城市建設(shè),海綿城市將作為其中一個(gè)子平臺(tái),接入總控平臺(tái)中。通過監(jiān)測設(shè)備全方位、實(shí)時(shí)地獲取數(shù)據(jù),作為智慧海綿數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；經(jīng)數(shù)據(jù)中心處理分析后在總體目標(biāo)的引導(dǎo)下評估實(shí)施效果和制定對應(yīng)的管控治理措施；通過“應(yīng)用層”對數(shù)據(jù)分析及結(jié)論進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化呈現(xiàn),并結(jié)合客戶端、瀏覽器、移動(dòng)端等向社會(huì)各界展示。智慧管控平臺(tái)構(gòu)建圖見圖3。

圖3 智慧管控平臺(tái)構(gòu)建圖

4.3 運(yùn)維與監(jiān)測

全方位監(jiān)控,智慧化管理,集“海綿城市設(shè)計(jì)規(guī)劃、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)行維護(hù)、績效對標(biāo)管理等” 為一體；實(shí)現(xiàn)對試點(diǎn)區(qū)域水安全、水環(huán)境、水生態(tài)、水資源等全方位的感知、預(yù)警及智慧化管理。

5 結(jié) 語

不同的自然氣候、經(jīng)濟(jì)、人文條件,決定了不同城市“水問題”不盡相同,特殊的 “七山二水一分田”自然地理環(huán)境,使溫州市海綿城市建設(shè)不能照搬其他城市模式。海綿城市建設(shè)核心在于尋找適合城市建設(shè)需求的“低影響開發(fā)”手段[3]。在其漸進(jìn)的建設(shè)過程中,必須與城市景觀工程、河道治理工程、建筑工程、市政管網(wǎng)工程等聯(lián)合設(shè)計(jì),并因地制宜地探索實(shí)施的路徑,海綿城市的建設(shè)實(shí)施將任重而道遠(yuǎn)。

在溫州高鐵新城實(shí)施規(guī)劃編制初期就明確出“標(biāo)桿”與“示范”,既是壓力,也是動(dòng)力。在國內(nèi)片區(qū)海綿建設(shè)成功實(shí)例較少的情況下,溫州高鐵新城海綿城市實(shí)施規(guī)劃能為江浙地區(qū)海綿城市建設(shè)起到參考和借鑒作用,有效地減少人力、資金、土地等方面的浪費(fèi),使海綿城市建設(shè)效果最大化,這也讓后續(xù)的編制工作變得更有挑戰(zhàn)與探索意義。