基于海綿城市理念的山洪防治工程規劃設計

葉振華

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著城鎮化建設的發展，大量城市的規劃范圍已擴展到原本的郊區山體之下，或者是將城市新的居住、教育、工業等性質的組團規劃在靠近山體的區域，形成了傍山城市或城市組團。這種類型的城市或城市組團面臨著山洪防治的重要任務，有必要進行認真的規劃與設計。

1 山洪防治工程規劃與設計的原則和工程措施

1.1 山洪防治的主要原則

山洪是指山區通過城市的小河和周期性流水的山洪溝發生的洪水。山洪防治的目的，是削減洪峰和攔截泥沙，避免洪災損失，保衛城市安全。山洪防治規劃與設計的主要原則有[1-3]：

①山洪防治應采用各種工程措施和非工程措施，實行綜合治理，構建城市防洪安全的保障體系。

②注意保護自然環境和生態平衡，保護和美化城市環境，保護城市天然湖泊、洼地、水塘，充分發揮其防洪滯澇的作用。

③充分協調好防洪工程與市政、水利、交通和城市河湖水系、園林綠地、景觀等工程建設的關系。

④除害與興利相結合，注重雨洪利用，削減或控制城市暴雨所產生的徑流和污染。

⑤因地制宜地選擇合理的洪水排泄工程方案。根據地形，采取分區域就近、分散排放和“高水高排”等原則，削減穿越城區的排洪負擔。

⑥注重節約，因地制宜，就地取材，降低工程造價。

1.2 山洪防治的工程措施

山洪防治體系，包括各種非工程措施和工程措施。非工程措施包括：洪水流域的規劃管理，災害預警預案，水庫與滯洪區的調洪調度，應急對策等[1]。工程措施一般在上游采取水土保持、截洪溝和調洪水庫、塘壩等措施，在中游修建谷坊、跌水緩流，在下游采取疏浚、排泄措施[3]。這些工程措施主要是[2-5]：

①利用山前水塘、洼地滯蓄洪水或修建小型水庫調蓄山洪。山前水塘、洼地是天然的洪水調蓄設施，適當進行修整，就能起到調蓄的作用。在地形地勢有利的條件下，可以修建人工水庫調蓄山洪，同時積蓄的雨洪水可成為水庫下方農業灌溉和居民生活水源。

②在山坡上方修建截洪溝、撇洪溝。修建截洪溝攔截山體徑流，使之排入山洪溝或排洪渠，防止山坡徑流漫流，沖蝕山坡，造成危害。截洪溝宜沿保護區域上部邊緣等高線布置，并應選擇較短路線或利用天然河道就近導入承泄區。撇洪溝是將山洪全部或部分向城鎮外引導，直接排入下游水體。“高水高排” 是山洪防治的規劃的重要原則。采用截洪溝、撇洪溝將山洪從城市上游引流直排城市下游河道，因勢利導，不但可降低下游片區的防洪壓力，提高城市防洪排洪體系的安全性，更減少了整個防洪排洪工程的投資。

③山洪溝保護治理。包括種植植物防護、修建蓄水式或排水式溝頭防護設施等措施，以控制水土流失，防止山洪沖溝的不斷發展。還包括修建谷坊、塘壩橫向攔截山洪溝，使洪水中的泥沙在谷前沉淀下來，水流從溢流口溢流后下泄，能降低山洪的流速和沖刷能力，減少山洪的破壞力和含砂量。在縱坡較陡，流速較大的溝槽段修筑跌水或陡坡設施，也可以起到削減山洪能量的作用。

④修建排洪明渠、暗渠。排洪渠道的作用就是將山洪安全排至城市下游河道。排洪渠道渠線盡可能利用天然溝道，如天然溝道不順直，或因城市規劃要求改道，則要選擇地形平緩、地質條件穩定、拆遷少、渠線順直的地帶。多數城鎮面臨的山體地形、地貌復雜，采用截洪溝、撇洪溝，或將天然溝道改道，從城鎮外圍排洪不可能或不經濟，工程難度很大，難以實現時，排洪渠道往往必須穿過城鎮。為了不給市容、環境衛生、交通等方面造成影響，通常采用暗渠的形式修建排洪渠道。排洪渠道的進口宜設置攔截山洪泥沙的沉砂池。

⑤水土保持措施。包括在坡度大于45°的山坡進行植樹種草，在25°～45°之間的山坡造魚鱗坑、水平截水溝，在坡角小于25°的山坡下部造坡耕地。但排洪渠道設計一般不考慮水土保持措施削減洪峰的作用，仍按自然條件下設計洪峰流量計算渠道泄洪斷面，水土保持措施可作為增加防洪安全度的一個有利因素。

山洪防治工程措施的規劃與設計，應根據所在的地形、地質條件，植被及溝壑發育情況，因地制宜，綜合治理，形成以植被修復等生物工程措施與水庫、谷坊、跌水、陡坡、撇洪溝、截流溝、排洪渠道、雨洪利用等工程措施相結合的綜合防治體系。

2 山洪防治規劃設計的原則和措施中的“海綿城市”建設理念

“海綿城市”建設，是指通過加強城市規劃建設管理，充分發揮建筑、道路和綠地、水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲、緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發展方式。其目標是：保護原有水生態系統，恢復被破壞的水生態，推行低影響開發以及通過種種低影響開發措施及其系統組合有效減少地表水徑流，減輕暴雨對城市運行的影響。“海綿城市”建設，遵循的是順應自然，與自然和諧共處的低影響發展模式[6]。綜合運用“滲、滯、蓄、凈、用、排”的方針措施，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響，使城市能如同“海綿”，有良好的“彈性”，能適應環境的轉變、應對自然災害，在降雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，而在必要時將儲蓄的水“釋放”，繼而能被有效利用。

山洪防治規劃與設計的原則和措施中蘊含著“海綿城市”建設的理念。保護天然水體充分發揮其防洪滯澇的作用、注重雨洪利用、控制城市暴雨徑流和污染、采取因地制宜的措施削減洪峰，這些原則與海綿城市建設的目標相吻合。在洪水流域的上游山體采取水土保持措施，可以增加雨水滲透，削減或阻滯地表徑流，從源頭減少洪水對城鎮的威脅。修建水庫、塘、壩，能蓄積山體產生的洪水，調節流量，減少洪峰量。在山洪溝上修建谷坊、跌水不僅能起到阻滯洪水的作用，還有一定的沉積作用，對洪水進行物理凈化。順應天然水道或因地形情況建設截洪、排洪、分洪渠道，就是順應和利用自然的力量，有效地減少洪水對人們生活產生不利影響的洪水排放措施。由此可見，山洪防治的規劃設計的原則和措施與“海綿城市”建設的理念是契合的，在進行山洪防治工程的規劃設計中應該遵循這一理念，才能將山洪防治工程做好。

近年來，一些山地城市的山洪排放規劃與設計已開始注意在山洪排放經過的路線，結合地形、城市規劃，合理營造蓄水、調水的空間，蓄存雨洪水，作為城市景觀水體，既減少洪水對下游的危害，又為城市補充水資源，構建美好的城市生活環境，實現對雨洪的綜合利用[7-9]，努力實現人與自然的和諧共處。

3 基于“海綿城市”建設理念的山洪防治工程規劃與設計案例

3.1 某傍山居住組團山洪防治工程的規劃與設計

該規劃居住組團位于福建省山區縣城東郊，規劃人口約5.36萬人，總用地面積約188.19hm2，其中居住用地占47.37%，綠地與廣場用地占32.72%，工業用地占8.98%。

該組團建設于河道北岸山麓，南面為臨河道路，東、北、西三面環山。由于建設在山麓上，地勢較高，沒有防河洪及排澇問題，但存在山洪防治的問題。現狀東、北、西三面山體徑流向南匯流，經過規劃用地排向南面河道，總匯水面積達到250hm2。

(1)截洪溝、排洪渠的合理規劃

該項目截排洪工程規劃，如圖1所示，根據地形地貌，在組團外圍北側和東側沿等高線布置多段截洪溝，并形成大小5個排洪渠，向南排放至河道。5條排洪渠結合天然溝道位置，以基本垂直河道走向穿越規劃區和南側臨河道路，直接排入河道。中部2#～4#3條排洪渠穿越居住密度較大的區域，規劃為暗渠，其余規劃為明渠。其中，4#、5#排洪渠上游截洪溝截流東側山體徑流后，根據地形走向，應用了“高水高排”的原則，將水流沿居住密度小的區域和居住區外圍撇入南側河道，減少了穿越居住區內部的截洪溝的水量，減輕了該處的排洪壓力。

圖1 截排洪工程規劃圖

(2)結合景觀進行排洪調蓄

根據規劃，該組團東北部的一塊居住小區內有一條排洪渠穿越，在進行小區內部場地設計時，根據該居住小區的總體布置，將原計劃作為運動場的區域部分改為景觀水體，排洪渠進入該小區后，接入該景觀水池，如圖2所示。平時的小雨水流被景觀水池蓄積，形成景觀水體，水體滿后，流水經過控制閘門溢流至下游排洪渠。暴雨前，景觀水體出口的控制閘門開啟，將水池放空，并放下閘門，使水池成為蓄水調節池，起到遲滯和削減洪峰流量作用。該排洪渠上游截洪溝截流的山體匯水面積有13hm2，景觀水池的有效容積達到1800m3，在山體產流系數為0.3時，在46.2mm降雨量的情況下，對下游經過小區內的排洪渠不產生排水，大大提高了小區防范山洪災害的能力。

圖2 居住小區內景觀水體布置圖

(3)修建集水沉砂井

該居住小區外圍山體的截洪溝在設計和實施時，截洪溝起點山谷產流處、截洪溝陡坡段底部、截洪溝交匯點均修建了匯流集水井和跌水消能池，總共10處，不僅可以起到遲滯水流和消能的作用，還有一定的沉淀作用，如圖3～圖4所示。小區內景觀水體的前一部分也設置為沉砂池，將匯入景觀水體的水流進行再次沉淀，然后通過溢流口至下一段水體，保證了水體水質，也產生了跌水的景觀效果。

圖3 匯流集水井示意圖

圖4 跌水消能池示意圖

3.2 某城市新區山洪防治工程的規劃

福建省某山區縣城西郊，規劃一處傍山新區。該新區規劃人口約3萬人，總用地面積約140hm2，其中公共管理與服務設施用地占14.11%，居住用地占25.34%，商業服務設施占7.74%，綠地與廣場用地占27.97%，公共設施用地占2.72%，道路與交通設施用地占22.12%。該組團建設于河道北岸山麓，南面為河道，東、北、西三面環山。

由于建設在山麓上，地勢較高，沒有防河洪及排澇問題，但也存在山洪防治的問題。現狀東、北、西三面山體徑流穿規劃用地東側排向南面河道，上游山體匯水面積達到187hm2。根據現狀地形，結合規劃，對該規劃區的排洪系統規劃，如圖5所示。

圖5 新區水系規劃圖

(1)修建小型水庫調蓄山洪

山洪道上游已經形成了較大的局部水塘，因此規劃協調水利部門在該處水塘興建一處小型水壩和水閘，攔截山洪形成20萬立方米的小型水庫，平時將來水蓄積起來，作為景觀和農業用水。雨季前將水位降低，進行水庫清淤。這樣，可以大大削減降雨時上游洪峰流量，降低下游排洪壓力，減少洪災產生的可能性，保證規劃區的安全，而且可以沉淀泥沙，向下游輸送較清潔的水流。

(2)修建排洪渠

順應天然沖溝走向，將其規整順直，在規劃區東部新建排洪渠道，將上游山體徑流直接排放至下游河道。進入規劃區，穿越建筑密度大的區域時，渠道規劃為暗渠。

(3)利用山體徑流塑造水體景觀

該新區中部規劃為山水景觀軸，景觀水體水源規劃利用上游山體來水。在排洪渠進入規劃區后設置一處水閘，平時水閘關閉，將來水通過渠道向西引入中部景觀水體。同時，在引水渠道進水口處設置另一處水閘，平時開啟，上游水庫放水時，即可引水至城區中部形成景觀活水。由于水庫的沉淀作用，輸入的水流清澈，可以保證景觀效果。雨季時，排洪渠上的水閘開啟，引水渠上的水閘關閉，上游洪水就順直地排入下游河道。

4 結論

傍山城市或城市組團的山洪防治工程事關人們的生命和財產安全，但不應一味采用灰色工程措施來解決問題，而應在規劃與設計階段充分運用既有的經驗和措施，結合海綿城市建設的理念，采取自然、簡單、高效的綠色措施達到防洪的目的，這也是海綿城市建設的重要內容。