長沙銀星灣公園海綿城市設計初探

田原 許志煥 李加強

摘要：海綿城市設計是新興的設計內容，推行適宜區(qū)域措施的海綿城市設計是必要的，銀星灣公園海綿城市設計工程項目結合氣候環(huán)境等因素，因地制宜，全面按照海綿城市“滲、蓄、滯、凈、排”的理念進行營建，采用低影響開發(fā)設計策略，雨水管網系統(tǒng)與LID設施相結合，綜合源頭削減、中途轉輸、末端調蓄等手段，成為區(qū)域內海綿城市設計的示范工程案例，為海綿城市規(guī)劃發(fā)展提供理論價值與實踐經驗。

關鍵詞：海綿城市節(jié)流調蓄綠色基礎設施實踐

1.? 項目概況

銀星灣公園是具有地域文化和空間特征的綜合性公園，位于長沙市望城區(qū)。公園總體植物景觀結構為一帶（江堤花帶）五片（常綠色葉林片、常綠觀花片、楊柳綠堤片、濕地花鏡片、蘆荻花影片）。公園景觀及給排水系統(tǒng)全面按照海綿城市“滲、蓄、滯、凈、排”[1]的策略，采用綠色基礎設施與低影響開發(fā)（LID）相結合的手法，成為區(qū)域內海綿城市設計的示范工程案例。

1.1氣象水文及地質概況

長沙市望城區(qū)屬于亞熱帶季風濕潤氣候，雨水充沛。年平均降水量為1200～1700mm，年平均蒸發(fā)量為1316mm。銀星灣公園地下水類型主要為填土的上層滯水、圓礫層的潛水和基巖裂隙水3種。上層滯水為降水后滲入補給，向地勢低洼處排泄，水量較小;圓礫層的潛水接受大氣降水補給及河流的側向補給，水量較大;基巖裂隙水水量一般較為貧乏。

1.2場地現(xiàn)狀和海綿建設條件

基地內分布少量民居建筑，有零星坑塘及取土后的洼地。場地標高基本在黃海標高30～40m之間，周邊道路設計標高在黃海標高36～38m之間。公園的規(guī)劃設計地形周邊高，中間低，且在公園最低處設計了景觀水系，有利于海綿城市的地表徑流管理和凈水蓄水策略的實現(xiàn)（見圖1）。

1.3現(xiàn)狀雨水排水

銀星灣公園周邊規(guī)劃地塊以居住、商業(yè)辦公功能為主。根據上位規(guī)劃及現(xiàn)狀調研，項目西南側瀟湘北路南側規(guī)劃建設3.6×1.8m箱涵作為區(qū)域雨水排水干管，排至瀟湘北路西側白石湖內進行調蓄，多余雨水通過管涵連接至本區(qū)域內白石湖排澇泵站，凈化后排至湘江。

1.3.1公園內部排水

根據豎向設計先排至區(qū)域內景觀湖內，然后通過溢流管排至白石湖泵站。而根據區(qū)域上位海綿城市設計規(guī)劃，項目毗鄰的銀星路和瀟湘景觀道雨水作為客水匯流至本項目。

1.3.2銀星路排水

銀星路根據道路中心線往道路兩側排水，因此對靠近項目區(qū)域一側的道路雨水進行收集，該道路的雨水徑流控制率為75%（對應的設計降雨量取24.14mm），TSS污染物控制率為60%，匯水面積為3750㎡，道路綜合徑流系數取0.9，需要消納的雨水量為81.5m3。

1.3.3瀟湘景觀道排水

瀟湘景觀道由于道路縱坡是全部往本區(qū)域內排水，因此對該段整幅道路雨水進行收集，該道路的雨水徑流控制率為75%（對應的設計降雨量取24.14mm），TSS污染物控制率為60%，匯水面積為15500㎡，道路綜合徑流系數取0.9，需要消納的雨水量為336.8m3。

本項目區(qū)域的水源主要來自與本項目毗鄰的銀星路半幅路面和瀟湘景觀道全幅路面的雨水徑流，需要消納總的雨水徑流量為418.3m3，對該部分雨水的TSS去除率為60%。

2. 工程設計

銀星灣公園是望城區(qū)城建新型的綜合型公園，是城市重要的綠色基礎設施[2]，設計按照海綿城市設計的“滲、蓄、滯、凈、排”策略，采用低影響開發(fā)設計理念，雨水管網系統(tǒng)與LID設施相結合，綜合源頭削減、中途轉輸、末端調蓄等手段，在主要道路上敷設雨水管道，雨水部分下滲至種植區(qū)的土壤中，少量通過收集排入市政雨水系統(tǒng)中;園路及鋪裝廣場區(qū)域雨水經植草溝、線性排水溝導流、收集排入LID設施中。超出設計雨量的雨水將雨水溢流至雨水管網（如圖2）。

2.1設計原則

2.1.1安全為重

低影響開發(fā)設施與傳統(tǒng)的管網系統(tǒng)相結合，構建源頭雨水控制系統(tǒng)、雨水管道系統(tǒng)及內澇防治系統(tǒng)，提高城市雨水排水設計標準，削減地表徑流污染，有效應對50年一遇的強降雨，并充分考慮道路路基結構及其他市政基礎設施的安全穩(wěn)定性，做到功能性、經濟性、實用性有機統(tǒng)一，既實現(xiàn)雨水的緩釋，又保證排水安全[3]。

2.1.2生態(tài)優(yōu)先

充分利用道路紅線內外綠地布置海綿設施，進行源頭滯蓄、分散控制，實現(xiàn)雨水的自然滲透、儲存、凈化，滿足海綿城市建設標準。

2.1.3景觀協(xié)調

LID設施和景觀空間形式緊密協(xié)調，既可發(fā)揮出LID設施的功能作用，又能實現(xiàn)景觀效果的最美化、最優(yōu)化。

2.2設計標準

2.2.1雨水徑流量控制標準

銀星灣公園屬于綠地性質，參照典型用地年徑流總量控制率的目標為85%，根據海綿城市專項規(guī)劃要求，本地區(qū)的年徑流總量控制率為91.7%，年徑流污染物負荷控制率（以SS計）為60%。

2.2.2雨水管道系統(tǒng)標準

暴雨強度公式：

q=1392.1（1+0.55lgP）/（t+12.548）0.5452

設計重現(xiàn)期取P=10年，集水時間t=t1+t2，其中t1=10～20min。

2.2.3 內澇防治標準

本次設計防澇標準為暴雨徑流有效應對為50年一遇。

2.2.4 年徑流總量控制率

年徑流總量控制率取為91.7%，對應的設計降雨量取50mm。

2.2.5 年TSS削減率

根據望城區(qū)對海綿城市建設規(guī)劃要求，本項目TSS削減率控制目標為60%。

2.3系統(tǒng)方案

銀星灣公園海綿方案由雨水源頭控制系統(tǒng)（徑流量控制）、雨水管道系統(tǒng)和內澇防治系統(tǒng)三部分組成。

2.3.1雨水源頭控制系統(tǒng)

銀星灣公園占地面積21.1hm2，將該區(qū)域分為8個匯水區(qū)域，命名為A1～A8，匯水區(qū)域平面布置圖如圖3所示，各匯水區(qū)域內雨水源頭控制系統(tǒng)方案如下（見表1）。

（1）種植區(qū)域內雨水通過莖葉表面蒸發(fā)、根系吸收和土壤下滲等形式消耗一部分，余下部分通過地表徑流排入生態(tài)滯留草溝內，經草溝引導，匯至雨水花園。

（2）鋪裝上雨水部分通過透水鋪裝下滲，部分排至鋪裝外側生態(tài)滯留草溝內，匯至雨水花園。草溝之間通過過水暗涵相連，少量雨水在草溝內下滲、調蓄、凈化后經溢流雨水口收集排入附近水系。

（3）銀星灣公園內共有4棟建筑，建筑屋面均為綠化種植屋頂，其中北入口游客中心及地下停車庫和南入口游客中心面積較大，地面建筑面積分別為3234㎡和1023㎡，分別單獨劃分了匯水分區(qū)詳見匯水A6和A4。由于這兩棟建筑均位于公園入口位置，因此建筑周邊鋪裝相對較多，在建筑一側設計了植草溝和植被緩沖帶，降雨時雨水首先被植被層吸收，多余的雨水通過屋頂排水溝內雨水斗和雨水立管將雨水散排至室外植草溝內，然后經過植草溝轉輸至其他匯水區(qū)域的雨水花園和雨水濕塘。

（4）區(qū)域范圍周邊道路瀟湘景觀道、銀星路半幅路面客水通過自然坡度排至道路周邊植草溝內，然后由植草溝轉輸至區(qū)域內雨水花園中，再由雨水管網排至雨水濕塘內。瀟湘北路道路紅線外設置植草溝，通過瀟湘北路道路雨水收集系統(tǒng)集中收集，排入瀟湘北路道路雨水系統(tǒng)。

2.3.2雨水管道系統(tǒng)

結合植被緩沖帶、生態(tài)滯留草溝、雨水花園等海綿設施的布置，分段設置溢流雨水口，超滲雨水進入溢流檢查井，通過雨水管道系統(tǒng)排放到區(qū)域中間雨水濕塘內。

2.3.3內澇防治系統(tǒng)

設計區(qū)域最低點位于雨水匯水區(qū)A8區(qū)，該區(qū)域內雨水濕塘總面積12282㎡，具備的調蓄的容積總共約為6000m3。當發(fā)生50年一遇的強降雨時，24h降雨量為232.54mm，暴雨強度為378.565L/s·ha，本匯水區(qū)域內總的總流量為3028.518L/s，總的徑流量為14789.5m3，需外排水量6491.1m3。因此本次設計對該區(qū)域的內澇防治方案采用蓄、排結合（以蓄為輔，排為主）的方式，即雨水濕塘內先蓄積部分雨水，待雨水水位超過境界水位時，通過溢流口將澇水通過行泄通道引至白石湖泵站蓄水池，雨水濕塘同時起到調蓄錯峰的目的。

3.海綿城市建設目標可達性分析

3.1 年徑流總量控制率

根據容積法計算本項目區(qū)域內需要消納的徑流總量：

V=10HφF

式中，V為徑流總量，m3;H為設計降雨量，mm（91.7%的年徑流總量控制率對應50mm）;φ為綜合雨量徑流系數，可參照進行加權平均值;F為匯水面積，hm2。

經統(tǒng)計，本區(qū)域總設計為面積為212000m2，其中F綠地為162049m2，占76%;F水面為12770m2，占6%;F硬質路面（包括屋面）為7976m2，占4.2%;F透水鋪裝地面為29205m2，占15.6%。

φ=（φ綠F綠+φ水F水+φ硬F硬+φ透F透）/（F綠+F水+F硬+F透）=（0.15162049+112770+0.97976+0.629205）/212000=0.30

經計算，綜合徑流系數為φ=0.3;其中，F(xiàn)為匯水面積，hm2。

V=10×50×0.3×21.2=3165m3

項目區(qū)域內設計各海綿設施面積及雨水蓄水容積如表2所示，總的蓄水量為8160.45m3，按照91.7%的年徑流總量控制率對應50mm的徑流總量為3180m3，本區(qū)域需要消納周邊道路的雨水客水量為2000m3，因此銀星灣公園海綿設計的雨水蓄水量大于年徑流總量控制率目標值對應的水量和周邊客水水量之和，滿足要求。

3.2 TSS削減率

根據年TSS削減率公式計算得本次銀星灣公園LID設施對TSS的總量去除率為61.2%，滿足年徑流污染控制率60%的要求。

3.3 雨水利用

根據海綿城市設計理念，降雨過程中蓄積的雨水應進行合理的利用。本區(qū)域內雨水利用主要是供植物澆灌使用，澆灌水源取自雨水濕塘，目前設計了兩個澆灌取水泵坑，滿足整個區(qū)域的澆灌給水。區(qū)域綠地面積為138426m2，按照規(guī)范規(guī)定，綠化澆灑用水定額按5L/m2計算，澆灌次數按照溫度、蒸發(fā)量、植物類型等考慮。植物澆灌用水量為5L/m2·次，區(qū)域澆灌總水量Q澆=138426×5/1000=692m3[4]。

4. LID設施應用

4.1 生態(tài)滯留草溝

生態(tài)滯留草溝布置在道路兩側規(guī)劃綠帶內，溝斷面形式采用倒拋物線形，作用為傳輸徑流、凈化雨水、蓄滯雨水[5]。生態(tài)滯留草溝內為換填層，換填層土壤級配，采用當地材料進行級配（50%沙、20%腐殖土、30%表土）（如圖4、圖5）。

4.2 雨水花園

銀星灣公園內設置了多處具有凈化雨水，蓄滯雨水的功能雨水花園。

4.3濕塘

在濕塘的進水口和溢流出水口設置碎石、消能坎、生植物種植區(qū)（雨水濕地）等消能設施，防止水流沖刷和侵蝕。濕塘的駁岸為生態(tài)軟駁岸，邊坡坡度（垂直∶水平）不宜大于1∶6。濕塘設溢流出水口，多余的水經過溢流豎管和溢洪道排入雨水處理設施。濕塘設置護欄或警示牌等安全防護與警示措施（如圖6、圖7）。

4.4 過水暗涵

暗涵設置位置連接道路兩側的草溝或雨水花園，前端配置植物，便于沉淀，防止阻塞，具體設置可根據現(xiàn)場實際較低點進行位置的適當調整。暗涵出口至草溝底部結合景觀綠化及景石堆砌，既美化效果，又擴散消能。

4.5 溢流雨水口（井）

生態(tài)滯留草溝、傳輸型草溝及雨水花園內布置溢流雨水口，就近接雨水檢查井。溢流雨水口周圍散置卵石，起到緩沖徑流、沉淀雜質的作用。

4.6 擋流堰

為控制生態(tài)滯留草溝及濕塘前置塘的水位及流速，保證調蓄空間，設置擋流堰。擋流堰堰高比溢流雨水進口高出10cm，采用景觀置石的形式。

4.7 植被緩沖帶

銀星灣公園內所有綠化空間基本都具有植被緩沖帶的功能，雨水經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，植被緩沖帶坡度為2%～6%，寬度小于2m。

4.8 透水鋪裝

主園路采用透水瀝青;南北入口廣場采用陶瓷透水磚;廣場局部采用丁字麻石結構性透水鋪裝;次級游步道采用彩色透水混凝土;公園花林區(qū)域園路采用礫石透水鋪裝（如圖8）。

5. 景觀綠化

5.1生態(tài)滯留植草溝

為了符合LID的工程要求，結合公園景觀需求，植草溝景觀配置建議：卵石+常綠鳶尾、花葉美人蕉、細葉芒占10%，混播草坪占90%[6]。

5.2雨水花園

本設計共有9處雨水花園，根據設計體量及深度，合理搭配特色植物群落，營造特色景觀節(jié)點，并成為凈化水質的植物衛(wèi)士。

5.3濕塘

公園中部的濕塘，在滿足雨水調蓄功能的前提下，打造豐富的濱水景觀空間。種植水生植物，利用水生植物吸附、沉淀及吸收作用降低水中的氮、磷及浮游植物，達到水體進行自然凈化的目的[7-11]。

6. 結語

海綿城市設計是新興的設計內容，推行適宜區(qū)域措施的海綿城市設計是必要的，銀星灣公園海綿城市設計綜合氣候環(huán)境等因素，因地制宜，全面按照海綿城市“滲、蓄、滯、凈、排”的理念進行營建，采用低影響開發(fā)設計策略，雨水管網系統(tǒng)與LID設施相結合，綜合源頭削減、中途轉輸、末端調蓄等手段，工程已完工并投入使用，經過實踐證明，銀星灣公園海綿城市設計滿足公園的功能需求，能夠解決公園給排水及景觀的可持續(xù)發(fā)展問題，并為海綿城市規(guī)劃發(fā)展提供有價值的經驗。

參考文獻

[1]費文君，丁佳穎，曹穎.從“泄洪溝”到“海綿園”的濱水綠地適用性設計[J].中國園林，2018，34（2）：106-111.

[2]陳姝婕. 低影響開發(fā)視角下城市綜合公園規(guī)劃設計應用研究[D].北京：北京林業(yè)大學，2020.

[3]胡嘉東.以深圳為例談城市內澇成因分析及防治對策[J].風景園林，2011（5）：157-158.

[4]鄒錦，杜春蘭.引導過程的主動介入式設計模式：生態(tài)智慧啟發(fā)下的方法探索[J].中國園林，2018，34（7）：59-63.

[5]王沁.長沙市望城區(qū)海綿城市地表徑流控制率分析[J].綠色科技，2021，23（14）：207-213.

[6]呂豪軒.長沙市望城區(qū)海綿城市規(guī)劃建設實踐與典型案例分析[J].中外建筑，2020（8）：96-99.

[7]GB 50555-2010.民用建筑節(jié)水設計標準[S].2010.

[8]王明遠，黎穎露.美國城市雨水污染法律對策及其對我國的啟示[J].中國人口·資源與環(huán)境，2009，19（5）：136-142.

[9]張雪.雨水花園對整個雨水處理系統(tǒng)的影響探究[J].現(xiàn)代園藝，2020，43（16）：164-165.

[10]程驊.海綿城市理論下陸生草本植物在景觀設計中的配置研究[D].南京：南京理工大學，2017.

[11]周紅星.綠色校園雨水花園優(yōu)化設計方案[J].山西建筑，2016，42（18）：110-112.