海綿城市構建模式與技術分析

張 宗 亮

1 國內(nèi)海綿城市開發(fā)方式

海綿城市作為新一代城市雨洪管理概念，是指城市在適應環(huán)境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”，即下雨時“吸”水，需要時將存蓄的水“釋放”。自2015 年4 月我國公布第一批16 個入選海綿城市建設試點城市名單以來，海綿城市建設在國內(nèi)得到逐步推廣。通過建設試點的示范效應，越來越多的城市認識海綿城市，了解海綿城市，并結合自身條件，將海綿城市建設工作融入到城市規(guī)劃建設的各個階段中。總體而言，我國海綿城市起步較晚，從近些年的發(fā)展狀況看，國內(nèi)海綿城市開發(fā)方式主要有整體開發(fā)以及局部示范兩種。

1.1 方式一：整體開發(fā)

整體開發(fā)是將整個城市作為一個整體，統(tǒng)一規(guī)劃設計，形成一個完整海綿系統(tǒng)的開發(fā)方式。通常要根據(jù)城市的總體規(guī)劃，分析該城市發(fā)展歷史及其未來的空間發(fā)展戰(zhàn)略，在此基礎上結合當?shù)氐耐寥馈庀?、水文、河流等自然屬性，依?jù)海綿城市建設相關指導文件中明確的控制指標，編制整個城市的海綿城市專項規(guī)劃。專項規(guī)劃中要明確全市的海綿城市建設格局，并隨著城市總體規(guī)劃、控制性規(guī)劃、修建性詳細規(guī)劃逐步細化至各地塊，從上至下，由整體至局部，將海綿城市建設總體指標具體到各區(qū)域，不同區(qū)域根據(jù)其內(nèi)分布的地塊特性設置不同開發(fā)方案。經(jīng)過對海綿設施布局方案控制性指標反復試算，根據(jù)試算結果相應調整方案，最終形成各區(qū)域相互融合、彼此補充、滿足控制指標要求的海綿城市體系。

1.2 方式二：局部示范

局部開發(fā)是指將一個城市的某一區(qū)域劃為海綿城市建設示范區(qū)，對示范區(qū)內(nèi)的地塊進行海綿城市建設開發(fā)的方式。囿于資金、理念或者其它因素的限制，如果對整個城市統(tǒng)一開展海綿城市建設存在困難，策略性地結合城市發(fā)展趨勢，劃定城市發(fā)展中比較突出的板塊，局部選擇合適的特定區(qū)域設立海綿城市建設示范區(qū)，在示范區(qū)內(nèi)開展海綿城市建設。而后根據(jù)城市實際開發(fā)進程，以點帶面，最終實現(xiàn)全部區(qū)域海綿城市化。由于先開發(fā)的區(qū)域只是城市的一部分，往往缺乏總體性規(guī)劃，各地塊相對割裂，在進行海綿城市設計時，設計方案針對的是示范區(qū)內(nèi)的某一地塊，地塊與地塊之間不存在相互呼應、彼此彌補等聯(lián)系，在開發(fā)過程中容易形成唯指標論。

我國海綿城市開發(fā)目前主要存在的問題主要包含以下3 個方面：（1）對于海綿城市的本質內(nèi)涵缺乏統(tǒng)一認識；（2）海綿城市構建和規(guī)劃系統(tǒng)模式不甚健全；（3）海綿城市要達到的目標與實現(xiàn)途徑存在脫節(jié)現(xiàn)象?？偟膩碚f，海綿城市的本質內(nèi)涵、構建模式和實現(xiàn)途徑等基本理論問題仍需進一步梳理和提煉，以便更好地指導海綿城市的研究與實踐。

2 海綿城市系統(tǒng)構建

2.1 海綿城市內(nèi)涵

在海綿城市建設推進的實踐過程中存在一些誤區(qū)，許多人認為海綿城市就是建設雨水收集、下滲路面之類的海綿設施，在編制海綿城市設計方案過程中沒有從整體出發(fā)，缺少將區(qū)域內(nèi)的自然情況通盤考慮，達不到優(yōu)勢互補。在海綿城市申報文件的審批中，審批單位也單純以設計指標是否滿足相關要求作為最重要的審核依據(jù)，這就導致一些城市建設過程中出現(xiàn)為達指標而不合實際的設計方案。

城市是諸多元素組合體，市政道路、居住用地、商業(yè)設施、公園綠地等地塊，形態(tài)不同，功能不同，自身特性不同，與海綿城市的結合方式也不相同。如老舊小區(qū)與新建居住區(qū)：老舊小區(qū)，因為地塊內(nèi)已有建筑、設施等限制，導致不可能全盤大規(guī)模地建設海綿設施，必須在現(xiàn)有約束的條件下進行改造；新建小區(qū)則不然，規(guī)劃地塊內(nèi)基本不存在約束，可在規(guī)劃伊始，把海綿設施與建筑規(guī)劃方案相互融合，彼此借用，形成良好的有機整體。然而孤立的建設方案不考慮地塊內(nèi)新、舊小區(qū)、市政道路與公園綠地等不同類型土地之間的比例，一刀切的對所有地塊制定統(tǒng)一的指標要求，違背了海綿城市建設的初衷。

海綿城市是一種城市水問題綜合治理理念，它以城市自然水循環(huán)、社會水循環(huán)及其伴生過程的客觀規(guī)律為科學依據(jù)，充分尊重和發(fā)揮自然界對城市水循環(huán)過程的綜合生態(tài)調控作用，其內(nèi)涵是城市建成后盡可能小地影響周邊水生態(tài)環(huán)境，目前主要采用對比建設前后水文特征指標的變化來評判，理想狀態(tài)是建設前后指標一致[1]。所以，通常談到海綿城市的建設時，應當以整個區(qū)域是否通過合理利用城市元素的分布形態(tài)，將海綿設施融入城市規(guī)劃中，形成總體性指標達標來評判，而非將關注點置于采用了何種技術。當然，在細化海綿設施的布置時，也不能忽略對于具有經(jīng)濟、有效、便于運營等特點的新技術的使用。

2.2 海綿城市系統(tǒng)構建

2.2.1 海綿城市系統(tǒng)結構

構建海綿城市系統(tǒng)，首先要梳理清楚海綿系統(tǒng)的結構，而海綿體系的結構又是由其內(nèi)涵所決定。將海綿城市的內(nèi)涵體現(xiàn)到規(guī)劃思路上，則海綿城市規(guī)劃必然相應的表現(xiàn)為一種從城市整體到區(qū)域局部，統(tǒng)籌兼顧的系統(tǒng)思維模式，這就是構建城市海綿系統(tǒng)的基本思路。

與整體局部相對應，一個城市的海綿系統(tǒng)（如圖1 所示）可分為城市大海綿與區(qū)域小海綿：城市大海綿是從城市整體的角度出發(fā)，基于現(xiàn)有的城市基底，從為地區(qū)大環(huán)境服務的綠色大基建（河道水系、生態(tài)等）以及灰色大基建（市政、交通等）著手，統(tǒng)籌規(guī)劃城市大海綿體系，形成總的城市海綿體系格局，并在自成體系的基礎上與各專項規(guī)劃有效銜接；區(qū)域小海綿在各分區(qū)地塊實施的角度，詳細研究各分區(qū)地塊用地性質，從源頭控制雨量及水質，制訂LID 低影響開發(fā)體系，打造區(qū)域小海綿。從水體流向來說區(qū)域小海綿是城市大海綿的收水上游，從控制指標分配角度來講，區(qū)域小海綿又是城市大海綿體系的分解末端，二者構成以大海綿為樹干、樹枝，小海綿為樹葉的樹形結構。

圖1 海綿系統(tǒng)結構圖

2.2.2 海綿城市系統(tǒng)構建

海綿城市建設是一個復雜的系統(tǒng)性工程，大海綿是工程的骨架，構成城市的海綿格局，起著協(xié)調小海綿的作用；小海綿由海綿設施組成，是工程的末端，它的順利運轉直接決定海綿城市的實施效果。住房城鄉(xiāng)建設部頒布的《海綿城市建設技術指南》（以下簡稱《指南》）中，海綿城市的控制指標主要有年徑流總量控制率、污染物去除率、雨水回用率3 個，分別從防澇、控污以及雨水資源利用[2]3 個角度衡量海綿城市建設效果，海綿城市結構體系也宜從這3 個方面著手。

（1）防澇體系建設。按照“源頭控制、過程調節(jié)、末端排放”的原則構建安全的防澇海綿體系。充分發(fā)揮小海綿的功效，首先從源頭盡可能的通過“滯”“滲”等技術減小地面徑流量，其次再通過“蓄”儲存調節(jié)一部分雨水，經(jīng)過消減后的澇水最終排入大海綿，經(jīng)由大海綿規(guī)劃的河道排澇系統(tǒng)排出項目區(qū)外。

（2）控污體系建設。按照“源頭消減、過程治理、末端監(jiān)控”的原則構建高效的污染物去除海綿體系。利用小海綿植物緩沖帶、初期雨水截留等技術從源頭消解污染物產(chǎn)生量，而后通過濕塘、生物滯留池等技術利用植物土壤特性對水體進行初步凈化，最后根據(jù)河道的環(huán)境承載力在大海綿的匯入口對匯入污染物總量進行監(jiān)控，以達到污染物去除率的控制指標。

（3）雨水利用體系建設。按照“可以用、用得上、方便用”的原則構建完備的雨水利用海綿體系?！翱梢杂谩笔侵附?jīng)過小海綿凈化技術凈化后的雨水水質滿足回用要求，可以作為水源回用?！坝玫蒙稀笔侵冈O置一系列雨水資源收集裝置，保證雨水能夠用得上?！胺奖阌谩笔侵笇で笥盟恳约昂＞d設施蓄水容積之間的平衡，在需要用水的時候有水可用，保證使用方便。

3 海綿城市常用技術

海綿城市的內(nèi)涵并非指所采用的技術，技術是服務于內(nèi)涵的。進行海綿城市方案設計時，必須首先搞清實施區(qū)域在整個城市規(guī)劃中所承擔的職能，以及在海綿城市專項規(guī)劃中的定位，根據(jù)上位規(guī)劃結合現(xiàn)狀條件因地制宜地選用合理的技術。依據(jù)海綿城市構建技術所承擔的功能，《指南》將其概括為六字方針“滲、滯、蓄、凈、用、排”，關于海綿城市的技術介紹也按照上述六字方針展開。根據(jù)降雨徑流形成、排放的產(chǎn)匯流以及凈化回用過程，將上述六字方針歸結為收集、凈化、儲存、排放4 類。

3.1 收集（滲、滯）

收集為大氣降水自落入下墊面開始，直至進入存儲系統(tǒng)之前的產(chǎn)匯流階段，從廣義上講，地下水以及地面儲存設施均可看作存儲系統(tǒng)。滲是為了增加地表徑流存儲至地下水的比例，滯是為了減緩地表徑流存儲至地面設施或者排入市政管道的匯集速度。

3.1.1 滲

下滲的主要思路是通過改變下墊面的徑流系數(shù)，增加地面徑流下滲部分水體的比例，通常采用的下滲技術有透水材料、綠色屋頂?shù)取?/p>

3.1.1.1 透水磚

適用范圍：公園小區(qū)等承重有限的區(qū)域。

型式：透水磚可分為普通混凝土透水磚以及聚合物纖維混凝土透水磚等品種。它是由骨料、水泥、水、增強劑攪拌形成的多孔輕質混凝土壓制而成。由粗骨料表面包覆薄層水泥漿相互粘結，形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，從而讓雨水迅速地被吸收，滲入地表，實現(xiàn)海綿城市建設中的“吸水”要求。

3.1.1.2 透水混凝土

適用范圍：常用于市政、公園、小區(qū)等通行車輛載重有限的道路。

型式：透水混凝土，是一種多孔、輕質、無細骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一層膠結料相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，具有透水、透氣和質量輕的特點。

3.1.1.3 綠色屋頂

適用范圍：符合屋頂荷載、防水等條件的平屋頂建筑和坡度不大于15°的坡屋頂建筑。

型式：根據(jù)種植基質深度和景觀復雜程度，綠色屋頂又分為簡單式和花園式，基質深度根據(jù)植物需求及屋頂荷載確定，簡單式綠色屋頂?shù)幕|深度一般不大于150 mm，花園式綠色屋頂在種植喬木時基質深度可超過600 mm。

3.1.2 滯

滯的主要目的是通過攔截、緩沖等手段延緩雨水徑流產(chǎn)生時間以及峰值。例如，通過微地形調節(jié)，讓雨水慢慢地匯集到一個地方，用空間換時間。滯留設施通常含有一部分存儲容積，蓄積一定雨水，延緩雨水匯集時間。

調節(jié)塘：常用于空間比較開闊的公園、居住區(qū)等。

調節(jié)塘一般由進水口、調節(jié)區(qū)、出口設施、護坡及堤岸構成，也可通過合理設計使其具有滲透功能，起到一定的補充地下水河凈化雨水的作用。調節(jié)區(qū)深度一般為0.6～3 m，塘中可以種植水生植物以減小流速增強雨水凈化效果。如圖1 所示。

圖2 調節(jié)塘

3.2 凈化（凈）

為保證海綿內(nèi)的水體水質，采用凈化技術。通過土壤的滲透、植被、綠地系統(tǒng)、水體等，都能對水質產(chǎn)生凈化作用，實際運用中應根據(jù)區(qū)域環(huán)境不同設置不同的凈化體系。

3.2.1 植草溝

適用范圍：植草溝為海綿城市收集雨水最常見的型式，廣泛用于居住區(qū)、廣場、公園等區(qū)域。

型式：植草溝的基本功能是替代硬化溝渠，可收集、輸送和排放徑流雨水，并具有一定的雨水凈化作用。植草溝適用于建筑與小區(qū)內(nèi)道路，廣場、停車場等不透水面的周邊，城市道路及城市綠地等區(qū)域，也可作為生物滯留設施、濕塘等低影響開發(fā)設施的預處理設施。

3.2.2 植被緩沖帶

適用范圍：用于空間比較開闊的廣場、河道緩沖帶等區(qū)域。

型式：緩沖帶為坡度較緩的植被區(qū)，經(jīng)植被攔截及土壤下滲作用減緩地表徑流流速，并去除徑流中的部分污染物。植被緩沖帶坡度一般為2%～6%，寬度不宜小于2 m。

3.2.3 雨水濕地/雨水花園

適用范圍：具有一定空間條件的建筑與小區(qū)、城市道路、城市綠地、濱水帶等區(qū)域。

型式：雨水花園是指在園林綠地中種有樹木或灌木的低洼區(qū)域，由樹皮或地被植物作為覆蓋。它通過將雨水滯留下滲來補充地下水并降低暴雨地表徑流的洪峰，還可通過吸附、降解、離子交換和揮發(fā)等過程減少污染，是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設施。

3.3 儲存（蓄、用）

蓄和用是結合在一起的，蓄即儲存，把雨水留下來，將收集階段匯集的水體集中儲存起來。存蓄設施一般采用分級設置，下沉綠地為第一級儲存設施，下沉綠地儲滿后再溢流至第二級存蓄設施。從海綿城市的角度講，為滿足海綿城市年徑流總量控制率而設置的那部分容積為海綿城市的存蓄容積；回用主要是將存蓄的雨水進行利用，提高雨水資源利用率。

地下蓄水設施常用型式有3 種，生物蓄水設施、蓄水模塊、蓄水池。

3.3.1 下沉式綠地

適用范圍：最常見的海綿設施，可廣泛應用于城市建筑與小區(qū)、道路、綠地和廣場。

型式：下沉式綠地可分為狹義和廣義兩種，狹義的下沉式綠地指低于周邊鋪砌地面或道路在200 mm 以內(nèi)的綠地；廣義的下沉式綠地泛指具有一定的調蓄容積（在以徑流總量控制為目標進行目標分解或設計計算時，不包括調節(jié)容積），且可用于調蓄和凈化徑流雨水的綠地。

3.3.2 蓄水模塊

適用范圍：適用于需要存儲容積較大且用地比較緊張的小區(qū)、道路、廣場。

型式：蓄水模塊是組建雨水收集調蓄池的重要材料。模塊由PP 環(huán)保材料制成，采用分體式設計，可任意拆卸，運到現(xiàn)場后在進行組裝。鏤空空間可以更有效率地蓄水，深埋地下，節(jié)省用地。

3.3.3 蓄水池

適用范圍：有雨水回用需求的建筑與小區(qū)、城市綠地等。

型式：蓄水池指具有雨水儲存功能的集蓄利用設施，同時也具有削減峰值流量的作用，用地緊張的城市大多采用地下封閉式蓄水池，根據(jù)雨水回用用途（綠化、道路噴灑及沖廁等）不同需配建相應的雨水凈化設施。

3.3.4 雨水罐

適用范圍：建筑屋面雨水的收集利用。

型式：雨水罐也稱雨水桶，為地上或地下封閉式的簡易雨水集蓄利用設施，可用塑料、玻璃鋼或金屬等材料制成，適用于單體建筑屋面雨水的收集利用。

3.4 排放（排）

排放主要指為保證雨洪安全，海綿城市設施設計容積被雨水占滿后通過溢流管、渠等方式，將超出年徑流總量控制率的那部分雨水排入市政管道，此部分結構已包含在各海綿設施中，不再單獨介紹。