海綿城市理論與運用實踐初探

馬婷婷　方莉　楊波

近年來，暴雨過后，“內陸看海”的段子便成了街頭巷尾茶余飯后的談資，調侃的背后是人們對于城市內澇問題的無奈與關切。起初，媒體和大眾普遍關注的焦點幾乎都是地下管網排水不暢或是不合理，結果大量財力物力進行管網建設，一場大雨過后仍就“海面”依然。經過反省才發現，原來是城市在開發的過程中忽視了生態，建設密度太高，城市路面硬化，使城市失去了“彈性”，大量雨水無法下滲到土地中，只能利用管渠等方式排泄，多個洪峰一疊加很容易就會形成內澇。在全國上下一片看海的呼聲中，習近平總書記2013年12月12日中央城鎮工作會議上指出：在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然存積、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。

1.海綿城市綜述

1.1海綿城市的概念

“海綿城市”是指城市能夠像海綿一樣，在應對各種環境變化及自然災害方面具有良好的彈性，在降雨時，通過吸收、儲存、凈化、下滲等途徑將雨水儲存并利用，從而補充地下水；在城市需要水時可以將儲存的雨水釋放利用，統籌完善降水、地表及地下水循環系統性，綜合協調給排水利用的各個環節，以應對長期復雜的自然、人工環境。

“海綿城市”的概念來自于“低影響開發系統（LID）”（LOW Impact Development）。低影響開發技術是上世紀90年代發展起來的一種城市雨洪及污染控制的管理技術，旨在利用分散的、小規模的源頭控制來達到對暴雨產生的徑流及污染的控制，使開發后的地區盡量接近自然的（開發前的）水文循環。“海綿城市”建設就是要使得水體在城市中的循環流動更加的順暢、自然，通過透水鋪裝、植草溝、綠地等城市海綿體，有效的滯留、吸收、排放地表徑流水，加強對城市降雨雨水的控制和管理，從而進一步實現逐步緩解城市雨水內澇、提高雨水利用率、降低市政管道建造成本、優化美化城市環境等諸多目標，最終構建起可持續性的協調有序的城市水循環系統。

1.2“海綿城市”理論提出的背景

我國的降水受到季風的影響極大，季節差異大且分布不均，夏季降水往往占到全年總降水量的一半以上。與此同時，由于我國的氣候存在著較大不穩定性，因此常常出現暴雨、洪水等災害，由此導致每年夏季城市內澇多發。由于汛期中絕大多數洪水都未能下滲并得以利用，因此洪水泛濫與河流斷流的風險不僅交替出現，而且風險逐漸增大。

近年來，氣候變化和生態環境污染等的災害對全球各地城市的抵抗能力造成了愈來愈嚴重的沖擊。據統計，內澇最嚴重的2011年，全國城市總計損失達到了驚人的4000億元；從2010年以來，年均損失在千億元以上，全國有15個省份的損失過百億。城市內澇基本覆蓋所有31個省份，全國城鄉年均受災人口在1億人左右。雨洪問題，發人深思！城市發生內澇，表面上是由于城市地下排水系統落后于城市建設，但究其根源卻是建設和建筑改變了地表徑流量，增加了地下管網的負擔。城市面臨的水生態問題以及水資源短缺和水安全問題，主要歸咎于傳統城市工程管道式灰色排水基礎設施、防洪規劃和排水工程規劃的落后及雨水資源合理利用意識的薄弱，使得我國受災城市的數量、規模、經濟損失程度和人員死傷均呈顯著上升的態勢。

隨著我國城鎮化進程的加快，我國對水資源開發空前過度，北方地區的大部分河流都存在下游斷流的情況，湖泊與濕地的面積也在迅速減少。與此同時，地下水與沿海海域的水質也在逐漸惡化，地下水污染非常嚴重。由于城鎮化與基礎設施建設的灰色化導致了很大程度上的水土流失、植被破壞以及地下水與地表水的連接中斷，這對于其周邊區域的水文地質條件將會造成極為嚴重的負面影響。

1.3“海綿城市”的理論內涵

水環境與水生態問題是跨尺度、跨地域的系統性問題，也是互為關聯的綜合性問題。諸多水問題產生的本質是水生態系統整體功能的失調，因此解決水問題的出路不在于河道與水體本身，而在于水體之外的環境。如：大量的雨并不是落在河道里，所以防洪不能僅僅死守河道；主要污染源來自水體之外，所以，水凈化的解決之道也不在于水體本身。解決城鄉水問題，必須把研究對象從水體本身擴展到水生態系統，通過生態途徑，對水生態系統結構和功能進行調理，增強生態系統的整體服務功能：供給服務、調節服務、生命承載服務和文化精神服務，這四類生態系統服務構成水系統的一個完整的功能體系。因此，從生態系統服務出發，通過跨尺度構建水生態基礎設施（hydro-ecological infrastructure），并結合多類具體技術建設水生態基礎設施，是“海綿城市”的核心。

2.“海綿城市”理論運用實踐——青山區港西泵站海綿改造

2.1項目區位

港西泵站位于青山區臨江大道南側，建設五路東側，該地塊為公建用地。該項目設計面積為10800平方米，其中現狀鋪裝面積為5527平方米，現狀綠地面積為2942平方米，建構筑物占地面積2183平方米，水面148平方米。

2.2工程目標

2.2.1總體目標

堅持可持續發展理念，創新新城鎮化建設模式，統籌協調城市生態保護、土地利用、水系、綠地系統、市政基礎設施建設以及環境保護等關系，因地制宜的制定城市建設開發策略，努力建設青山“海綿城市示范區”，讓區域“彈性”適應環境變化與自然災害，為武漢市海綿城市建設起到良好的示范作用。

2.2.2建設目標

（1）年徑流總量控制率

根據《武漢市海綿城市建設青山示范區年徑流總量控制規劃》，本工程的年徑流總量控制目標為70%。

（2）城市排水防澇標準

根據《武漢市中心城區排水防澇專項規劃》及《青山區排水防澇專項規劃》，本工程的排水防澇標準為有效應對不小于50年一遇暴雨的要求。

（3）城市污水全收集全處理率

根據《武漢市主城區污水專項規劃》及《青山區“十三五”水務建設規劃》，本工程所在的青山區西部地區達到污水“全收集、全處理”的目標。

2.3工程現狀及問題

2.3.1排水現狀及問題

通過現場勘察以及對泵站管網的分析，本次改造的泵站區域為合流制，總結排水管網問題主要有以下幾點：

①地勢低洼及雨水系統缺乏區域易漬水；

②區域內部雨水接入污水的現象繁多；

③區域出口干管接入市政管網雨污混接；

④部分排水設施淤塞嚴重；

⑤區域出口排水干管標準偏低，部分排水設施破損嚴重；

⑥區域局部區域雨水系統不完善；

⑦區域內部管網斷頭。

2.3.2功能區劃現狀及問題

通過現場勘察以及對社區功能區劃的分析，總結泵站功能區劃問題主要有以下幾點：

①停車位缺乏，隨意停車；

②施工場地占據廠區大塊綠地；

③現狀建筑除辦公樓外，棚式構筑亂搭亂蓋；

④路面、鋪裝陳舊，均為水泥地，不透水；

⑤現狀綠地大部分為黃土裸露，空地上堆放排水設施器材。

2.3.3綠化現狀及問題

通過現場勘察以及對泵站區域園林景觀的分析，總結區域園林景觀問題主要有以下幾點：

①喬木長勢良好，覆蓋率高，維護不夠，品質下降；

②透光率低，小喬木生長不佳；

③植被單一，缺乏層次感，缺少成片組團；

④新建綠地綠化缺失，地面露土，設施雜物亂堆亂放。

2.3.4現狀海綿型評估

本項目根據最新地形，進行了區域地表高程信息及下墊面屬性提取。泵站區域下墊面類型共4種，分別為屋面、道路、綠地及水面。進行海綿改造的泵站區域下墊面情況如下表所示：

本項目進行海綿改造的“水生態、水環境、水資源、水安全”四個方面控制指標現狀如下表所示：

2.4方案設計

2.4.1總體布局

根據泵站現有布局，分為辦公區、停車場、廠房區、游憩區和南區綠地5大部分。

（1）辦公區：緊鄰泵站主入口，主要功能為辦公人流集散。因此在設計中保留了現有的鋪裝場地，根據現有功能對活動區內的鋪裝進行改造，改為透水混凝土或透水磚。場地中央的水景保留，僅對高出地面的池壁拆除，在外圍增加生物滯留帶，凈化入池的雨水，并修繕現有花壇，保留長勢較好的喬木，并增補地被植物。

（2）停車場：位于辦公區南側，設計中主要對現有硬質場地進行改造，變為生態停車場，外圍臨近圍墻及建筑區域增設綠地。

（3）廠房區：保留現狀廠房，僅對部分雨落管進行改造，東側山墻周邊綠地改為下沉綠地，并種植爬藤植物和濕生植物為主。

（4）游憩區：現狀為施工場地，全部改為綠化及景觀用地，設雨水花園一處，沿花園設汀步路供游覽。

（5）南區綠地：現狀為倉庫和空地，全改為綠地，設置特色雨水花園，塘中放置排水用的水泥管做成花筒，做為排水泵站的特色文化符號，上游處設旱溪將雨水導入雨水花園。

2.4.2海綿設施的布局

（1）海綿設施設計流程圖

（2）海綿設施布局

通過對上位規劃的查詢，港西泵站海綿改造工程的年徑流總量目標為70%。對設計總平面進行下墊面解析，場地內的綜合雨量徑流系數為0.29。

將辦公樓區域以外的鋪裝，更換為透水鋪裝，加大地表滲透空間。規劃停車場區域，做成生態停車場。將現有排水明溝改為生態溝，在現有綠地內增加了雨水花園、旱溪和下沉綠地，通過對場地內的雨水進行收集，排入雨水花園后進行凈化，合理組織綠地內的地表徑流。

2.4.3豎向設計

（1）港西泵站的地形為南高北低，東高西低，由于場地內有多棟現有低層建筑，因此不宜對現有標高進行大范圍的調整，豎向設計主要以滿足地表排水要求為主。

（2）地表徑流主要通過透水鋪裝和綠地進行下滲，多余徑流則通過豎向找坡，疏導至雨水花園，生態溝和部分排水暗溝中，最終通過滲管和排水暗溝導入泵站內部的雨水干管，統一排入市政雨水管網。

（3）綠地內的微地形主要沿雨水花園和植草溝沿線設置，地形高度在0.3-0.5米之間，以滿足周邊徑流的排水坡度為主，兼顧景觀豎向的變化。

（4）港西泵站海綿改造工程挖方需2495立方米，地形整理填方需約2200立方米。

2.4.4種植設計

此地塊綠化面積約為5240平方米。現狀有已綠化場地、黃土裸露地及已停工的施工場地。現有已綠化覆蓋地內保留原有長勢及樹形較好的植物，清理場地內雜亂灌木，種植開花灌木地被。黃土裸露地和施工場地進行綠化設計，結合微地形，雨水花園設計片式組團種植喬木、灌木、地被和水生濕生植物，滿足港西泵站景觀要求和海綿城市設計需求。

2.5海綿建設效果評估

2.5.1年徑總量控制率的簡易評估根據本工程海綿建設目標中對年徑流總量控制率70%的目標要求，計算本工程所需蓄水容積：

V=10HφF

H——設計降雨量，年徑流總量控制率70%對應的設計降雨量H=24.5mm；

φ——場均綜合雨量徑流系數；根據改造后下墊面場均雨量徑流系數分析，φ不透水瀝青路面=0.9，φ透水鋪裝=0.25，φ下沉綠地=0.15，φ硬化屋面=0.9，計算出改造后年徑流總量控制率為70%；

F——匯水面積，地塊總匯水面積為10800m2，不同下墊面的面積詳見表2-5；

扣除下凹式綠地調蓄量后，本工程所需蓄水容積V=77m3可通過雨水花園、生態溝等提供調蓄容積，計算出本工程海綿建設改造后，年徑流總量控制率實際為70%，滿足建設目標要求。

2.5.2面源污染消減量的簡易評估

海綿建設后，透水鋪裝的污染物去除率為80%，下沉式綠地的污染物去除率為50%，根據表2-5改造后不同下墊面的面積及所占比例，透水鋪裝面積比例如表2-6，計算出改造后，面源污染消減量（以TSS計，%）=60.2%，滿足建設目標要求。

2.5.3峰值徑流系數的簡易評估

峰值流量徑流系數的建議算法采用加權平均法，根據項目區域不同下墊面面積，按不同下墊面的峰值流量徑流系數進行加權平均，現狀峰值徑流系數為：0.636。

根據改造后下墊面流量徑流系數分析，φ不透水瀝青路面=0.95，φ透水鋪裝=0.35，φ下沉綠地=0.2，φ硬化屋面=0.95，不同下墊面的面積詳見表，根據計算，峰值流量徑流系數～=0.402，根據《武漢市海綿城市規劃設計導則》，本項目區域屬于公用設施用地，峰值徑流系數取值為0.6，φ=0.402<0.6，滿足建設目標要求。

2.5.4內澇防治水平的簡易分析

本項目新建了雨水排放主通道，雨水設計重現期按照P=3年設計，本項目的排水防澇標準能夠有效應對不小于50年一遇暴雨的要求，滿足建設目標要求。

2.5.5雨污管網分流完成率分析

本項目對工程范圍內的雨污水系統進行了全面梳理，按照修建規劃完善了雨污水系統，改造糾正了雨污混錯接問題，雨污管網分流完善率可達到100%，滿足建設目標要求。

2.5.6雨水資源化利用率分析

綠化灌溉就近采用雨水花園的調蓄水量，可以滿足25%雨水資源化利用率。

3.結語

國家對“海綿城市”的重視是改變城市規劃建設理念的重大契機。圍繞這一概念，社會各界通過廣泛的討論來關注城市洪澇問題和一系列相關的生態和環境問題，重新審視工業時代治水思路的利弊，深刻認識生態雨洪管理和城市生態建設的重要性及方法和技術，對實現生態文明和美麗中國具有重要意義。建設海綿城市這一系統性、綜合性、歷史性的造福工程，是一項長期而艱巨的任務，并非朝夕之事，海綿城市建設要避免“萬能論”與“無用論”、“灰色派”與“綠色派”的極端誤區。我們應該讓海綿城市建設真正成為“美麗中國”、“綠色城鎮化”的有力抓手和一種長效機制，充分發揮在我國的城鎮化和城市群建設發展過程中的重要歷史作用。