海綿城市規(guī)劃中對(duì)雨洪調(diào)蓄的研究與探討
——以上海市虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃為例

文／覃大偉 上海浦東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 201206

引言：

“海綿城市”主要是指城市在規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地和水系等自然積存、滲透和凈化作用，控制雨水徑流總量和污染，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。以緩解日益頻發(fā)的城市內(nèi)澇災(zāi)害，改善城市面源污染，提升雨水資源化利用水平，建立和完善城市“海綿體”，最終構(gòu)建可持續(xù)、資源化的“水彈性城市”。

本文主要通過(guò)上海市虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃方案案例，對(duì)海綿城市規(guī)劃方案中的雨洪調(diào)蓄作用進(jìn)行了研究和探討，并結(jié)合地區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)情況、地區(qū)規(guī)劃以及排水系統(tǒng)模型等進(jìn)行綜合分析，提出相應(yīng)雨洪調(diào)蓄策略。

1、地區(qū)概況

上海市虹橋商務(wù)區(qū)位于上海中心城區(qū)西側(cè)，東臨虹橋綜合交通樞紐，西靠國(guó)家會(huì)展中心，是上海市重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。根據(jù)規(guī)劃，虹橋商務(wù)區(qū)規(guī)劃范圍總用地2634.0 公頃，除水域外均為城市建設(shè)用地。城市建設(shè)用地2508.9公頃，其中，對(duì)外交通用地890.3 公頃，占城市建設(shè)用地的35.5%，所占比例較高。其次，核心區(qū)內(nèi)地下空間開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度較高，虹橋商務(wù)區(qū)核心區(qū)總開(kāi)發(fā)體量為550 萬(wàn)m，地上建筑面積逾330 萬(wàn)m，地下建筑面積達(dá)到220萬(wàn)m，地下建筑面積占比40%。同時(shí)，區(qū)域內(nèi)地下水位較高，潛水位埋深一般在0.5～1.5m，地下水埋深淺，承壓水埋深淺，承壓水位高，對(duì)雨水入滲回補(bǔ)地下水的需求低。

2、地區(qū)雨洪調(diào)蓄現(xiàn)狀及分析

2.1 雨水系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

虹橋商務(wù)區(qū)雨水系統(tǒng)采用不同的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)，其中：機(jī)場(chǎng)跑道和鐵路場(chǎng)站區(qū)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為五年，樞紐核心區(qū)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為三年，其它區(qū)域設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為一年。

地區(qū)內(nèi)的雨水排水模式劃分如下：（1）機(jī)場(chǎng)以東部分地區(qū)采用緩沖式排水模式；（2）其他地區(qū)均采用雨水強(qiáng)排模式，規(guī)劃以河流、鐵路的等天然或人工障礙物為分隔，包括8 個(gè)雨水強(qiáng)排系統(tǒng)，在地區(qū)內(nèi)設(shè)置4 座雨水泵站。

結(jié)合虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)道路建設(shè)，虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)雨水管網(wǎng)及系統(tǒng)雨水泵站均基本已按規(guī)劃建成。局部管道管位與規(guī)劃不符，但不影響整體管網(wǎng)排水功能。

同時(shí)，區(qū)域內(nèi)已建部分雨水調(diào)蓄和回用設(shè)施。其中，虹橋機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建區(qū)域總面積約5.6km，分為南北兩個(gè)雨水分區(qū)，采用的雨水收集調(diào)蓄設(shè)施為北部雨水分區(qū)的調(diào)節(jié)池，匯水面積約為2.3km。北區(qū)雨水系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池有效水深為2.8m，池容約18.4 萬(wàn)m，如考慮調(diào)蓄容積占有效容積的30%，則可調(diào)蓄水量為5.52 萬(wàn)m。

2.2 地區(qū)下墊面分析

本文分別按地區(qū)控詳規(guī)規(guī)劃和現(xiàn)狀地塊建設(shè)開(kāi)發(fā)情況對(duì)下墊面進(jìn)行了分析。按地區(qū)用地性質(zhì)，經(jīng)計(jì)算虹橋商務(wù)區(qū)整個(gè)26km規(guī)劃范圍內(nèi)的綜合徑流系數(shù)為0.696。

目前虹橋商務(wù)區(qū)已基本開(kāi)發(fā)完畢，根據(jù)實(shí)際開(kāi)發(fā)情況，對(duì)虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)下墊面進(jìn)行分析，得出現(xiàn)狀綜合徑流系數(shù)為0.67?？梢园l(fā)現(xiàn)，虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)由于開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較高，地區(qū)規(guī)劃和現(xiàn)狀綜合徑流系數(shù)較高。

2.3 現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)模型分析

本次模型分析選取P=1年，P=3年，P=5年不同暴雨重現(xiàn)期，對(duì)主功能區(qū)雨水管網(wǎng)進(jìn)行模擬，綜合徑流系數(shù)采用0.67。評(píng)估雨型采用芝加哥雨型，雨峰位選擇r=0.4，r=0.6，r=0.9（即雨峰靠前、雨峰居中、雨峰靠后）情況進(jìn)行評(píng)估。

數(shù)學(xué)模擬的邊界條件為：

（1）一般地面最低節(jié)點(diǎn)地面標(biāo)高取4.0m；地道-2.56m；

（2）泵站出口河道水位按最高控制水位，取3.75m；

（3）管道水位初始條件：初始水位為故按管底標(biāo)高，即預(yù)排空狀態(tài)。

針對(duì)不同雨峰位置、暴雨重現(xiàn)期、降雨歷時(shí)，選取以下3 種工況組合，共計(jì)9 種工況進(jìn)行對(duì)比，從而對(duì)規(guī)劃雨水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)不同降雨條件的能力進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)以上情況，可以發(fā)現(xiàn)虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)已建有較完善的雨污水排水系統(tǒng)，尤其是機(jī)場(chǎng)南北兩區(qū)還設(shè)置大容量的雨水調(diào)節(jié)池，可有效解決初期雨水的面源污染問(wèn)題；但同時(shí)主功能區(qū)雨水系統(tǒng)暴雨重現(xiàn)期為1 ～5年，部分區(qū)域已建市政雨水設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)不是很高，根據(jù)模型模擬分析地區(qū)范圍內(nèi)存在一定積水風(fēng)險(xiǎn)。

3、雨洪調(diào)蓄方案

傳統(tǒng)的雨洪調(diào)蓄設(shè)計(jì)理念主要是通過(guò)、雨水口、管道、泵站、排放口等排水設(shè)施對(duì)降雨“快收快排”，在降雨到來(lái)后，盡快將雨水排出城市。而隨著城市發(fā)展建設(shè)，該種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念已經(jīng)很難滿足城市雨洪調(diào)蓄管理需求。

海綿城市低影響開(kāi)發(fā)措施，改變了傳統(tǒng)的“快排為主”的雨洪調(diào)控理念，從源頭通過(guò)一系列措施，降低地表綜合徑流系數(shù)，通過(guò)滲、滯、蓄、凈、用、排功能，將雨水就地消納利用，恢復(fù)自然功能。

綜上分析，虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)排水防澇的主要問(wèn)題是對(duì)市政雨水排水系統(tǒng)的提標(biāo)改造。虹橋商務(wù)區(qū)當(dāng)前的排水管網(wǎng)排澇能力還達(dá)不到P=5 的要求，通過(guò)海綿城市建設(shè)，可以加快推動(dòng)和改造排水防澇設(shè)施，滿足新國(guó)標(biāo)以及各類海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提高排水防澇能力。尤其應(yīng)加強(qiáng)中間雨水調(diào)蓄設(shè)施的建設(shè)，進(jìn)一步增加排水安全保障。結(jié)合城市雨洪調(diào)蓄管理控制目標(biāo)，海綿城市規(guī)劃中可采取的措施主要如下：

表1 虹橋商務(wù)區(qū)主功能區(qū)規(guī)劃綜合徑流系數(shù)計(jì)算

表2 模擬工況組合表

圖1 P=1a t=2h r=0.4 工況模擬成果

圖2 P=5a t=2h r=0.9 工況模擬成果

3.1 低影響開(kāi)發(fā)措施

主要在海綿城市規(guī)劃中通過(guò)分區(qū)管控，落實(shí)各區(qū)海綿城市控制指標(biāo)，結(jié)合透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園等措施實(shí)現(xiàn)源頭減量目標(biāo)?？紤]虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)實(shí)際建設(shè)情況，有較多項(xiàng)目并沒(méi)有按海綿城市的模式建設(shè)，由于這些綠地項(xiàng)目建成時(shí)間不長(zhǎng)，故無(wú)必要立即按海綿城市要求進(jìn)行改造，可待遠(yuǎn)期綠地改建時(shí)再進(jìn)行海綿城市設(shè)施建設(shè)；而對(duì)在建和擬建項(xiàng)目，應(yīng)要求其按海綿城市的建設(shè)要求進(jìn)行建設(shè)。本次針對(duì)商務(wù)區(qū)內(nèi)實(shí)施海綿城市前后徑流總量進(jìn)行了分析，對(duì)比結(jié)果如下圖所示：

圖3 商貿(mào)區(qū)（北塊）：海綿設(shè)施實(shí)施前后徑流量對(duì)比圖

圖4 商貿(mào)區(qū)（北塊）：海綿設(shè)施實(shí)施前后年徑流量總量對(duì)比圖

通過(guò)對(duì)海綿城市措施實(shí)施前后徑流量分析，海綿城市設(shè)施改造后，分區(qū)內(nèi)5年一遇設(shè)計(jì)降雨工況下，徑流量峰值得到了很好的控制，削減了約30 ～40%，且峰值發(fā)生的時(shí)間滯后了5～10 分鐘左右，年徑流總量控制率為76%。

3.2 完善排水設(shè)施

虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)市政雨污水管網(wǎng)建設(shè)相對(duì)比較完善，考慮虹橋商務(wù)區(qū)內(nèi)部分保留地塊部分小區(qū)建設(shè)年代較久，建議對(duì)早期建設(shè)地塊進(jìn)行雨污混接調(diào)查，對(duì)混接和合流現(xiàn)象整改，并對(duì)內(nèi)部存在損壞的管網(wǎng)進(jìn)行提標(biāo)修復(fù)。同時(shí)，商務(wù)區(qū)核心區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度較高，對(duì)排水安全性高，根據(jù)地區(qū)積水和道路改造情況，結(jié)合規(guī)劃模型分析，對(duì)部分低標(biāo)市政雨水管網(wǎng)進(jìn)行提標(biāo)改造。其次，結(jié)合商務(wù)區(qū)現(xiàn)狀條件，在雨水系統(tǒng)的中部難于找到較大成片的空地用于建設(shè)中間調(diào)蓄池，削減洪峰流量，可結(jié)合道路改造考慮采用管道調(diào)蓄方式。本文對(duì)雨水系統(tǒng)增加中途調(diào)蓄前后采用計(jì)算機(jī)模擬分析，分析結(jié)果如下圖5、6：

圖5 無(wú)中間調(diào)蓄設(shè)施P=5年模擬圖

圖6 增設(shè)中間調(diào)蓄設(shè)施P=5年模擬圖

由成果圖可看出，通過(guò)設(shè)置中間調(diào)蓄管道，可大大減少積水情況，再輔以路段的雨水管道提標(biāo)改造，可達(dá)到在P=5年的情況下沒(méi)有積水。

3.3 提升河道水系功能

現(xiàn)狀商務(wù)區(qū)內(nèi)規(guī)劃河道面積125.1hm，水面積率4.75%，遠(yuǎn)低于上海市海綿城市水面積率建設(shè)目標(biāo)（10.5%）。建議梳理規(guī)劃區(qū)內(nèi)河道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化藍(lán)色線性空間，保障水體連通，保護(hù)河道空間；建議在嘉閔高架路以西、北翟高架路以南，以及滬青平公路以北、申昆路以西的片狀綠地內(nèi)控制面積不小于7 公頃和4 ～5 公頃的湖泊。

同時(shí)，建議在滿足防洪要求的情況下，有條件的地區(qū)利用河道營(yíng)造濕地、淺水灣等，強(qiáng)化濱水緩沖帶的生態(tài)凈化功能，發(fā)揮雨洪調(diào)蓄功能。

結(jié)語(yǔ)：

本文通過(guò)海綿城市規(guī)劃中結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)措施、排水管網(wǎng)完善、雨水調(diào)蓄設(shè)施、河道水系完善等措施，分析對(duì)地區(qū)雨水徑流總量的控制，并研究其對(duì)雨洪調(diào)蓄管理的作用進(jìn)行分析和探討?？梢钥闯觯ㄟ^(guò)低影響開(kāi)發(fā)措施，可有效控制徑流量；同時(shí)，針對(duì)已建地區(qū)現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)已基本建設(shè)完成，采取中途調(diào)蓄設(shè)施，可以有效提升地區(qū)排水安全，滿足排水標(biāo)準(zhǔn)。海綿城市規(guī)劃中通過(guò)對(duì)各項(xiàng)措施的有效組合利用，可以最優(yōu)化實(shí)現(xiàn)徑流總量控制效果，提升地區(qū)排水安全。