基于城市環境特征的低影響開發技術規劃策略研究
——以海南國際旅游島先行試驗區為例

李功成 白 濤 劉曉青 LI Gongcheng, BAI Tao, LIU Xiaoqing

長期以來，城市化進程的推進不斷改變著原有的自然環境，引起一系列重大的環境問題。其中，為了應對城市不透水面積增加對雨水自然循環的破壞，城市建設中主要選擇傳統的“灰色基礎設施”導出雨水徑流。然而近年來，暴雨引起的城市內澇災害頻發，徑流污染引起的水環境惡化日益嚴重，加之水資源短缺問題突出，建立更加適宜、有效的雨水系統對城市發展意義重大。借鑒國外先進理念，我國城市排水防澇建設的思路逐漸拓寬，先后發布了《城市排水（雨水）防澇綜合規劃編制大綱》和《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》等文件，要求將低影響開發（LID, Low Impact Development）技術納入城市排水系統綜合規劃中，充分發揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，以緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷、節約水資源、保護和改善城市生態環境。因此，探尋低影響開發技術的應用策略對于完善城市規劃綜合體系、有效解決城市的排水防澇問題具有重要的意義。

圖1 低影響開發水文原理示意圖

1 低影響開發概述

1.1 低影響開發的理念

1990年，美國馬里蘭州環境資源署首先提出了低影響開發的概念，其核心是通過分散、小規模的源頭綜合性措施控制道路徑流污染和總量，降低城市開發前后水文、生態條件的改變[1]（圖1）。與傳統的城市建設中迅速排除雨水的理念不同，低影響開發以綜合控制為理念，重視對城市空間發展的再認知，將生態彈性與設施剛性合理結合，使得城市成為一個巨大的“海綿體”，達到收放自如的狀態。

1.2 低影響開發技術的應用

按照低影響開發的理念，需要通過源頭、中途、末端的綜合性措施，如植草溝、下凹式綠地、生物滯留池、綠色屋頂、透水鋪裝等滯留措施和雨水塘、調蓄池等集蓄措施，盡可能地降低城市建設對原有自然條件的不利影響，達到調蓄、凈化和回收利用雨水的目的。

目前，低影響開發措施在國外應用較為廣泛。法國在水法中規定，新建道路必須在其周邊區域建設雨水塘來處理道路徑流以保護地下水源及河流免受交通污染[2]；英國將植被過濾帶、雨水花園、濕地等作為可持續排水系統的組成部分[3]；美國各地政府提出的“綠色街道”項目，河流保護計劃、暴雨管理計劃等也都應用了低影響開發的技術。

我國對雨水徑流的控制尚處于起步階段，低影響開發技術主要應用于部分雨洪利用的示范區，如深圳市光明新區作為全國最早的示范區之一，將下凹式綠地、生物滯留池、下滲井等措施體現在建設中[4-6]；北京經濟技術開發區采用生物滯留池技術，建成了全長1.7 km的低影響開發城市道路[7]。

2 城市規劃中利用低影響開發技術的誤區

與管道系統不同，低影響開發技術以自然、生態的理念和方式為主體，在實際應用中具有一定的限制性，若不能因地制宜選擇技術措施，將會極大地降低建設效益，甚至為后期運行維護帶來嚴重的問題。特別是近年來，隨著我國從規范標準到施工工藝各個層面對低影響開發技術的推廣，各地在開展城市雨水系統規劃時，往往存在以下幾種誤區。

第一，“本末倒置”。以低影響開發設施建設為核心，走“先破壞、后治理”的老路，一邊對城市開發前的自然水系進行填埋，一邊引入植草溝、調蓄池等工程設施。這種規劃方式忽略了海綿城市以生態為先的基本理念，造成了嚴重的資源浪費。

第二，“萬能理論”。以政策導向為規劃核心，過分依賴低影響開發技術的能力，而忽略了雨水管渠系統和超標雨水排放系統的規劃，造成暴雨季節仍然頻繁出現澇災。根據海綿城市規劃的相關理論，通過低影響開發技術措施的組合，能夠使一定設計降雨量以下的降雨事件得到控制，由于規劃制定的設計降雨量與未來低影響開發設施的建設量息息相關，綜合考量經濟、技術因素，通常選擇重點控制中小型降雨事件，理想狀態下Q降雨=Q蒸發+Q低影響；當某場次的實際降雨量超過設計降雨量時，低影響開發設施難以負荷，仍需通過傳統的管渠系統排除剩余的徑流雨水，此時Q降雨=Q蒸發+Q低影響+Q管渠（Q降雨——降雨量，Q蒸發——蒸發量，Q低影響——低影響開發設施的消納量，Q管渠——管渠系統的排水量）。因此，低影響開發技術并不能獨立解決城市的內澇問題。

第三，“工程照搬”。以現有深圳、武漢等地的成功案例為借鑒，從控制指標到技術措施全面照搬，而忽略了低影響開發技術在不同環境條件下的適用性，導致不僅無法達到恢復水文特征、提高城市防澇能力的目的，而且為城市的管理維護帶來極大的困難。

以上應用誤區的產生，歸根結底是對低影響開發技術和當地的實際需求認知不足。因此，充分了解各項技術措施與城市環境特征的匹配關系，是促進低影響開發技術發揮效益、構建海綿城市的重要內容。

3 影響低影響開發技術應用的環境因素研究

3.1 氣候條件

氣候是影響低影響開發技術應用的首要因素。我國地域廣闊，環境多樣，主要包括溫帶季風氣候、亞熱帶季風氣候、熱帶季風氣候、溫帶大陸性氣候和高原高山氣候5大氣候帶。

從降水的角度來說，季風氣候區是內澇災害發生頻率最高的地區，這主要是由于該區域內隨著季風的旋轉，降水會呈現出明顯的時空分布不均，絕大部分集中在夏季的2—4個月內。在此期間，暴雨形成的徑流量急劇增加，現有的城市排水系統難以負荷，引起積水成災。因此，廣泛分布在我國東部的季風氣候區往往是對排水防澇建設需求最高的地區，適于將低影響開發技術應用、雨水管渠升級與河道治理相結合，以改善城市積水問題。與之不同的是，我國西部地區蒸發強烈、降水稀少，在規劃低影響開發技術措施時，需要慎重選擇低影響開發設施，特別是綠色屋頂、透水鋪裝等應用條件較為苛刻的技術措施。

從氣溫的角度來說，不同的低影響開發技術措施都有其適宜的溫度范圍。例如，透水鋪裝在寒冷地區有被凍融破壞的風險；雨水花園、生物滯留設施等選用的綠地植物一般不易于在較低溫度下生長。

3.2 地形條件

城市引入低影響開發最重要的目的是避免降雨徑流產生積水災害，以保證城市的排水防澇安全，而區域地形對徑流的路徑和空間分布都具有重要的影響[8-9]。在其他水文條件一定的情況下，地形坡度越大的地區，徑流模數越大，地表徑流集中越快，最終趨向于向地勢更低的河川匯集，難以在中途積存和下滲。因此，地形起伏明顯、地面坡度較大的山區城市內澇問題并不突出，對低影響開發設施的需求也相對較小，即使設施建成后，受徑流快速排放的影響，在雨水滯留、滲透、集蓄、凈化方面的能力也會明顯削弱。

與區域整體地形不同，城市微地形的變化對低影響開發技術的布局有著積極的作用。微地形的理論主要應用于景觀設計中，用以創造豐富的空間層次，同時達到改善生態環境的目的，這與低影響開發技術減少城市水文特征改變的目標相輔相成。規劃中，充分利用不同微地形的特點和景觀營造需求，選擇適宜的低影響開發措施，在增添環境體驗的同時，還有助于雨水的蓄滲和凈化，達到排水防澇安全、雨水資源利用和景觀環境改善的統一。例如，結合濱水過渡區設置植被緩沖帶，結合道路綠化設置植草溝，結合公共休閑區域設置下凹式雨水花園和生態樹池，結合建筑與小區設置高位花壇和下沉式綠地等。

3.3 下墊面結構

雨水系統所研究的下墊面主要是指城市地表的覆蓋情況，下墊面結構對徑流的形成和流動具有直接影響。在自然地表中，巖石地表孔隙度小，降雨形成的徑流較多；土壤地表組織疏松，降雨形成的徑流較少；濕地、灘涂水網密布，地表徑流則更少。但人類的生活在很大程度上改變了原有的地表特征，尤其在我國，城市開發強度普遍較大，導致了下墊面結構的改變，硬質地面增加，透水性能下降，場地水文特征發生了很大變化。根據《室外排水設計規范》（GB50014—2006）2016版的要求，我國目前針對不同用地所采用的地面種類規定了在0—1之間不同的徑流系數，用以計算區域降雨所能形成的徑流量。其中，綠地較為接近場地開發前的自然環境，雨水蓄滲的比例較高；而混凝土、瀝青等硬質地面的徑流系數較大，降雨易于在地面集中，產生積水。在城市規劃中，一般通過用地性質、綠地率、建筑密度等綜合判斷各地塊的徑流系數，從而計算得到不同排水分區的綜合徑流系數。綜合徑流系數越高，則排水壓力越大。隨著近年來極端天氣頻發、系統維護不足等問題凸顯，加之對經濟投資的考量，完全依賴雨水管渠設計標準的提高來改善排水問題不具現實性。因此，針對綜合徑流系數較高的排水分區，采用源頭控制策略，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等不同尺度的低影響開發措施，能夠在提高環境質量的同時，降低區域的綜合徑流系數，緩解管渠系統的壓力。

3.3.1 建筑與小區

在滿足適用條件的前提下，建筑物可以根據屋頂設計參數考慮引入綠色屋頂，通過植物和種植土壤滯留雨水，以削減徑流總量和徑流污染。研究表明，綠色屋頂在夏天可以滯留70%—90%的降雨，冬季可以滯留25%—40%的降雨[10]；同時，對雨水徑流中氮、磷含量的去除率均能達到60%以上[11]。

居住小區綠地與建筑聯系密切，可以設置低于散水和周圍地面的生物滯留池和雨水花園，種植耐淹的植物品種，并設置雨水口（頂面標高應高于綠地20—50 mm），引導屋面雨水進入綠地，起到緩沖徑流的作用，即使在霜凍期仍然能夠通過滲透和蒸發作用調蓄、凈化降雨和屋面雨水徑流[12]，而且能夠提升區域的景觀水平和娛樂功能。

學校與體育場具有集雨面積廣、水質優良的特點，是建設雨水回用設施的最佳場所。在雨量充沛的季節進行雨水收集，可以作為道路綠地澆灑、環境補充，甚至周邊生活雜用水的水源，在緩解水資源短缺矛盾的同時，還可以改善水環境，實現水資源利用的良性循環。

3.3.2 道路與停車場

傳統的城市道路一般采用水泥、瀝青等不透水材質，硬化程度較高，與建設前相比，水文條件的改變會造成降雨時的徑流難以控制。

在道路的路面結構設計中，機動車道采用透水瀝青路面，高達20%的孔隙度能夠促進雨水下滲，提高路面的抗滑性，緩解城市的“熱島效應”，并且能降低路面噪音相當于交通車輛減少一半[13]，極大地提高了駕駛的舒適性和安全性。

停車場采用透水磚鋪裝，促進雨水入滲，還可以利用周邊綠地系統透水性好的特點，在透水磚下部增設砂礫透水帶，與周邊綠地系統貫通，極大地提高透水磚的透水效果。

3.3.3 綠地與廣場

城市中的公園綠地、生態綠地具有較大面積的可利用空間，是實施低影響開發技術的重要區域。以下凹式布置為主，較普通綠地而言，能夠利用其與周邊地面的高程差，有效蓄滲雨水、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染[14]。此外，根據綠地不同的位置，可以在濱水區引入雨水濕地，在城市內部引入滲透塘和地下調蓄池。這不僅豐富了城市的景觀空間，同時達到了綜合管理雨水的目的。

廣場在實施透水鋪裝的同時，可以設置分散式的生態樹池、跌水花壇、雨水花園等生態設施，形成景觀小品。

3.3.4 城市水系

水系是城市水循環的重要環節，也是城市雨水徑流的末端。通過沿水系設置生態駁岸，在濱水區設置植被緩沖帶、濕塘等低影響開發措施，能夠降低流量、流速和污染負荷，改善水質與景觀環境。

3.4 土壤條件

土壤條件與低影響開發設施的選擇密切相關。根據土壤類型的不同，砂土孔隙度高，具備較好的滲透能力，滲透系數可達6.0×10-5以上；壤土次之；粘土質地厚重，滲透能力較差，滲透系數一般在4.0×10-6以下。因此，根據規劃區域的土壤組成與分布情況，能夠初步判斷其滲透能力。針對土壤滲透能力好的地區，采用下沉式綠地、生物滯留設施、滲透塘等以滲透為主的低影響開發設施具有較好的實施效果；反之，在土壤滲透能力較差的地區，需要進一步考量滲透型低影響開發設施的適用性。

各項低影響開發技術只有與城市的實際特征相契合，才能實現城市的良性水文循環，改善城市開發密集區內澇災害頻發的局面（圖2）。

圖2 低影響開發技術應用的主要環境因素

圖3 規劃區用地布局圖

4 海南國際旅游島先行試驗區低影響開發技術規劃案例

海南國際旅游島先行試驗區（圖3）位于海南省陵水縣東南部，毗鄰三亞，規劃控制范圍64.72 km2，人口18萬。試驗區的規劃定位較高，作為國家旅游文化先行區，一方面可以更好地建立安全舒適的旅游居住環境，帶動先行區的政治、經濟和文化發展；另一方面也為排水系統帶來巨大壓力，尤其在現狀排水設施匱乏、雨污水散排的情況下，不僅在低洼地區極易造成積水，而且環境品質難以提升。

試驗區雨水系統的研究主要針對度假城市、活力山城、藝術復合水城及白鷺島和熱帶海灘4大主要功能區。

4.1 試驗區低影響開發技術的適用性分析

為約束和落實低影響開發技術在各片區的建設，研究分析了當地的氣象、地形、下墊面結構、土壤類型等因素，考查了不同低影響開發措施在各片區的適用性。

從氣候的角度，試驗區屬熱帶季風海洋性氣候，降水充沛。在雨量集中的6—10月，暴雨常伴隨臺風、熱帶風暴等災害性天氣出現，對城市建成區的排水系統沖擊較大。

從地形的角度，試驗區為丘陵—岸壩—瀉湖地貌（圖4）。東北、西南分布有東高嶺、長水嶺、南灣自然保護區等山地，地勢高、坡度大；東南、西北是城市開發的核心地區，地勢低、坡度小，其中度假城市西南部、活力山城西北部，以及熱帶海灘西南部整體地勢低洼，是排水防澇的重點地區。

從下墊面結構的角度分析：水占據了試驗區大半視野，保護兩大瀉湖區的水生態系統，避免城市開發對水環境造成破壞，是規劃的重要前提。活力山城和白鷺島片區以生態休閑為景觀特色，集中設置了大型的面狀綠地，對原有的生態空間和自然水文特征的改變較小。藝術復合水城、度假城市和熱帶海灘以濱水娛樂、商務休閑為主導，因此在用地布局上主要考慮公共管理與公共服務設施用地和商業服務業設施用地，開發建設強度和人口密度相對較大，不透水地面的比例較高，排水壓力也較大（圖5）。

從土壤類型的角度分析：試驗區位于沿海地帶，以沙土、沙壤土為主，滲透能力好。

結合上述因素，以降雨、地形、地表覆蓋特征等基礎條件為框架，采用Infoworks ICM排水模型軟件對試驗區進行地表徑流的模擬（圖6），紅色由淺至深表示地表積水深度由小到大。分析可知：試驗區濱水區域作為陸地與水系的過渡地帶，地勢較低，具有引導徑流進入受納水體的作用，因此積水深度相對較大；除此之外，內陸洼地和徑流行泄通道主要分布在熱帶海灘中部、藝術復合水城及白鷺島中部、活力山城片區。

綜上所述，試驗區對低影響開發技術的需求程度較高。針對活力山城北部東高嶺、長水嶺，兩大瀉湖以及白鷺島南部南灣自然保護區，低影響開發的策略以生態保護為主，設施布置為輔。針對度假城市、熱帶海灘等城市開發核心區域，設置大型低影響開發設施的可行性較低，因此低影響開發的策略主要為源頭分散控制，以降低片區的綜合徑流系數。

圖4 規劃區地形分析圖

圖5 徑流系數分析圖

圖6 地表徑流分析圖

4.2 試驗區低影響開發技術的應用

根據分析結果，將城市雨水管渠系統與低影響開發雨水系統有機結合在一起，在度假城市、熱帶海灘、藝術復合水城及白鷺島片區的核心地區建立散點式和條帶式低影響開發設施，同時輔以傳統的雨水管渠系統，組織徑流雨水排放；在活力山城片區，以及度假城市、熱帶海灘、藝術復合水城與白鷺島片區的濱水區和綠地區，建立生態雨水系統，利用低影響開發措施的滲透、儲存、調節、轉輸、凈化等功能控制徑流量和徑流污染。

在此基礎上，統籌分析低影響開發措施對區域雨水徑流的影響，建立各分區低影響開發的控制指標系統（表1），各分區的控制目標通過不同用地的規劃指標加權平均進行校核。

其中，下沉式綠地率=廣義的下沉式綠地①廣義的下沉式綠地泛指具有一定調蓄容積的可用于調蓄徑流雨水的綠地，包括生物滯留設施、滲透塘、濕塘、雨水濕地等；下沉深度指下沉式綠地低于周邊鋪砌地面或道路的平均深度。面積/綠地總面積。活力山城、藝術復合水城與白鷺島開發與保護并行，綠地以維持生態化為主；度假城市與熱帶海灘在城市建設過程中，以大型的雨水濕地與小型的雨水花園、生物滯留池等設施相結合，增加雨水調蓄空間。

透水鋪裝率=透水鋪裝面積/硬化地面總面積。透水鋪裝重點結合公園、廣場、停車場、人行道、建筑前空地、小區內部場地等區域建設，機動車道不采用透水鋪裝形式。

綠色屋頂率=綠色屋頂面積/建筑屋頂總面積。綠地屋頂主要結合平屋頂的多層建筑布置。

雨量徑流系數指設定時間內降雨產生的徑流總量與總雨量之比。雨量徑流系數根據規范中各下墊面條件的參考取值，結合綠地率、建筑密度，以及本次研究確定的下沉式綠地率、透水鋪裝率、綠色屋頂率綜合計算確定，用以核算低影響開發設施的雨水調蓄總容積。

根據上述指標要求，從集水區特點、經濟性、景觀性、維護及公眾接受度等因素出發，結合國內外的研究與應用，試驗區建立了由面狀海綿體、點狀海綿體和線狀海綿體等組成的多層級、多要素的生態雨水系統（圖7）。

面狀海綿體主要依托規模較大的綠地設置。城市內部公共綠地盡量布置為下凹式，同時配合雨水收集措施建設回用系統；河口濕平衡，在曲港河與曲溝河河口建設濕地緩沖區進行舒緩。

圖7 生態雨水系統布局圖

圖8 中央分隔帶LID系統設計圖

圖9 道路LID系統典型斷面示意圖

表1 試驗區低影響開發的主要控制指標

以試驗區內廣場、停車場、學校、體育場、建筑單體、居住小區及街區綠地為點狀海綿體，通過蓄、滲、凈、用等源頭分散式的措施減小場地水文特征的改變。

線狀海綿體主要指市政道路、步行道與水系，將試驗區各個片區有機串連起來。市政道路在引入透水鋪裝的基礎上，由于活力山城、白鷺島等地區的城市開發強度不大，雨水徑流相對較少，綜合分析道路的等級和斷面形式，分別從中央分隔帶、機非分隔帶、道路紅線外空間等角度入手，引入植草溝、樹池、下凹式綠地、雨水花園等措施[15-16]，不再建設雨水管渠系統。例如，考慮到文黎大道延伸線側分帶寬度小、人行道下設置有綜合管廊，在中央分隔帶和環形交叉轉盤內設置低影響開發系統，主要由植草溝、溢流井、集水井（檢查井）、預制擋塊、縱橫向雨水管及路面側緣防水鋪裝組成（圖8），設置長度達13.58 km；南灣路外側綠化帶下設置滯留池，雨水沿機動車道橫向排入滯留池，通過滯留池自然下滲，暴雨期間，超出滯留池接納能力、無法及時入滲的雨水通過溢流井及集水井進入雨水管網（圖9）。

在度假城市與熱帶海灘片區設置多條綠色廊道，降低城市核心區市政管網的雨水負荷，同時借鑒嘉興等城市的經驗，將各個景點、娛樂區有機地串聯起來，實現城市分散景點在空間和功能上的整合[17]。此外，試驗區“兩河、兩瀉湖”的水系布局為雨水提供了充足的調蓄空間，結合試驗區防洪潮工程規劃，建立河岸生態過渡帶，使之成為聯系自然景觀資源和公共空間的橋梁。

5 結語

低影響開發對城市的生態和諧，乃至可持續發展具有重大的意義。其應用與城市的氣候、地形、下墊面結構、土壤條件乃至各個地塊的開發建設強度、周邊環境等息息相關。筆者通過對海南國際旅游島先行試驗區低影響開發技術規劃案例的解析，明確了：在規劃設計過程中，只有立足實際，因地制宜分析城市需求以及不同低影響開發設施的適用性，采取相匹配的技術方案，才能使低影響開發技術發揮其應有的效用。

當然，在研究技術策略的基礎上，實踐還存在諸多難題。例如，受制于道路紅線和施工體制影響，道路低影響開發技術措施只能在紅線內進行考量，無法做到與周邊地塊內的雨水管渠系統和低影響開發系統的統籌協調，這就有賴于在政策法規、管理體制和系統實施機制上的進一步優化與完善。