海綿城市建設及其相關建筑與規劃技術措施★

馬 鉞 周曉娟

(1.山西省陽泉市建筑設計院，山西 陽泉 045000；2.山西工程技術學院土木與建筑工程系，山西 陽泉 045000)

1 概述

我國城鎮化發展過程中，普遍存在城市地面使用不透水材料過度硬化、雨水下滲量減少而導致洪汛期地表徑流增加及市政排水系統的負荷加重的問題，加之一些城市基礎設施建設滯后，由此引發的城市雨洪災害和水污染問題成為了制約我國城市生態發展的核心問題之一，“海綿城市”理論遂得以應用和發展。

2 國外雨洪管理的理念及發展

海綿城市是基于生態文明建設提出的新式城市雨洪管理概念。它是指城市可以像海綿一樣具有優良的彈性，能根據環境變化及應對自然災害的需要，及時做到對雨洪的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，以提高城市生態系統功能并避免或減弱城市洪澇災害。

城市雨洪管理是一套完整的涉及技術與法規的理論體系。國際上代表性的雨洪管理模型有美國的最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(LID)和綠色基礎設施(GI)等以及澳大利亞的水敏感城市設計(WSUD)和英國的可持續排水系統(SUDS)等[1]。

低影響開發(LID)概念最早提出于20世紀90年代初美國馬里蘭州的Prince George County。LID是對BMPs(即最佳管理措施)的微觀補充和進一步改進，是指“在新建或改造項目中，結合生態化措施在源頭管理雨水徑流的理念與方法”[2]。

如圖1所示，相對于傳統開發，LID的地表雨水徑流總量有顯著減小，徑流量峰值出現時間也有明顯滯后，而且LID前后的徑流總量和徑流量峰值都基本保持不變，從而可以盡可能保證開發前后施工場地水文特征的穩定，因此，LID比傳統開發能更好地保護原始自然環境。

3 國內雨洪管理的發展

我國治理雨洪的歷史非常悠久，但雨洪管理理念始于20世紀80年代后期。在對LID雨洪管理模式進行了十余年研究的基礎上，我國在“2012低碳城市與區域發展科技論壇”上首次提出了“海綿城市”這一概念。海綿城市理念借鑒了LID的雨洪管理模式，結合我國實際情況，在充分利用傳統排水設施(下水道，溝渠，公路等)的基礎上，結合透水道路、水系(河流)及城市綠地(林地、公園等)等“海綿體”，下雨時“吸、蓄、滯、凈”雨水，干旱時可將凈化處理過的雨水釋放補給至地面，形成雨水洪水的良性循環。海綿城市也可視為由灰色基礎設施和綠色基礎設施共同組成的一個水循環網絡。

4 海綿城市相關建筑技術措施

海綿城市建設包括三個相互補充、相互依存的系統——源頭徑流控制系統、城市雨水管渠系統及超標雨水徑流排放系統。其中，源頭徑流控制系統也稱低影響開發雨水系統，它強調從源頭控制徑流，要在城市規劃、建筑設計和工程實施等各環節納入低影響開發內容，實現低影響設計(LID)或低影響城市設計和開發(LIUDD)，是海綿城市建設的重要基礎元素。而建筑規劃和設計環節的諸多技術措施是有效構建源頭徑流控制系統的重要手段。

4.1 綠色屋頂

與水泥及瀝青路面一樣，建筑屋面直接接觸雨水，是降雨時城市雨水徑流的重要收集和排放面，但建筑屋面的功能要求決定了它的不透水特征。因此，在城鎮化的大背景下，對越來越大的城市建筑物屋面面積進行綠化或建設屋頂花園，實現對屋面雨水的積蓄、分離和有效利用，在不多占城市土地資源的同時，增加總綠化面積或綠化率，在對雨水進行有效源頭徑流控制的同時，還能增加景觀價值，減弱城市熱島效應，改善城市生態環境。

綠色屋頂的做法一般有7層、8層，如圖2所示。屋面結構層之上依次為防滲漏層、隔根層(或稱根阻層)、保濕層及蓄排水層、過濾層、種植層基質層和植被層[3，4]。其中的種植基質層能吸水保水并使雨水及時下滲，給表觀的植被層供應水分和營養物質，并為植物根系提供穩定的生長空間和熱性能，還可以通過其中的微生物作用凈化徑流水質，去除污染物，以便雨水回用。因此，種植基質層是整個綠色屋頂中事關徑流管理系統的有效性和穩定性的關鍵結構層。依據種植基質層的厚度、屋面植被和景觀類型以及屋面負荷，綠色屋頂可以分為三類：簡約型、半密集型和密集型[5]，如表1所示。

表1 綠色屋頂的類型

密集型綠色屋頂(即屋頂花園)與傳統的地面綠化已非常接近，它對屋面結構層的負荷要求較高，日常的管理和維護費用也較大。而簡約型綠色屋頂在造價、維護費用、屋面荷載以及適應性等方面都具有一定的優勢，是目前應用較多的綠色屋頂類型。

4.2 透水鋪裝

透水鋪裝是一種增加雨水下滲的優良的海綿城市技術方法。國內外的研究表明，透水鋪裝除了在控制降雨徑流方面有顯著作用外，對城市非點源污染也有很好的去除效果。透水鋪裝結構從上往下一般依次為透水面層、透水濾層、蓄排水層和底部的土基層。由于所用材料的不同以及排水方式的差異，透水鋪裝系統有多種結構類型。按透水鋪裝系統面層材料的不同，可分為植草磚、透水面磚、透水性混凝土路面和透水性瀝青路面等類型。按排水路徑不同，透水鋪裝可分為排水式路面、半透式路面和全透式路面[6]。排水式路面僅在面層使用透水材料(如排水式瀝青磨耗層混合料，即OGFC)而下部基層不透水，多用在高速公路或城市道路等承載力要求較高的地方。半透式路面除底部基層采用瀝青砂等不透水材料外，上部各層均為透水材料，多用于停車場、廣場及小區道路等荷載較輕場所。當各層均為透水材料時即為全透式路面，為提高全透式路面的承載力，常在其土基上部增設透水土工網格布，全透式路面主要用于生活小區、人行道和公園等的地面。相關研究表明[7]，透水鋪裝對雨水的入滲收集能力與透水鋪裝面積與整體硬化鋪裝面積之比直接相關。當該比例不小于0.5時，透水鋪裝可以較好地回收入滲雨水；當該比例低于0.3時，透水鋪裝對降雨徑流的控制能力顯著降低。

4.3 生物滯留設施

生物滯留設施是指具有滯留雨水功能的生態型措施，它通過植物、土壤以及微生物系統的共同作用對徑流污染、徑流體積和峰值流量進行控制和削減。生物滯留設施蓄積的雨水可以為植物所利用，減少城市綠化的灌溉水量。另外，生物滯留設施還具有改善城市景觀的功能，是一種高效益的海綿城市生態技術。

生物滯留設施的形式多樣，如生態樹池、高位花壇、滯留塘、下凹式綠地、雨水花園(如圖3所示)以及植草溝等。其適用范圍很廣，在住宅小區、停車場周邊綠地、城市道路兩側綠化帶等各種區域中都有廣泛應用。

生物滯留設施一般分為簡易型和復雜型兩種[7]。簡易型只有滯水層、覆蓋層和種植土基層，主要適用于原土層滲透性較好且匯水區面積較小的低等級道路綠化帶。

在簡易型生物滯留設施的基礎上增設砂層、礫石層(其中設穿孔管)等后即為復雜型生物滯留設施[8]。復雜型設施增加了存水量，穿孔管還可以排走多余雨水，在原土層滲透性較差的地域雨水也不會過度匯集，因此其應用范圍更廣。

植草溝(如圖4所示)是一種以雨水輸送為目的徑流生物削減技術。兼具景觀功能的地表淺溝既可暫時滯留雨水徑流，也可作為輸水渠道，溝中植草和土壤的滲透與輸送配合以生物降解等作用即可有效控制雨水徑流[9]。

植草溝作為雨水徑流源頭控制的前期處理措施，可以代替部分傳統的雨水管道，適用于人口密度較低的住宅小區以及停車場、廣場、公園或城市道路周邊。

5 結語

海綿城市建設中的削減徑流量和污染物的技術措施，還有諸如屋面雨水自動棄流與收集技術[4]、滲透管/渠、滲透井/塘、雨水調蓄塘/池、植物緩沖帶等。海綿城市建設的每項建筑及規劃措施具有自己獨特的類型和結構。單個技術措施可能無法最大化發揮作用，但是若能考慮建筑及場地的自然條件和限制條件，對單個技術措施合理組合，優化利用，就能在實現社會效益的同時，更好地滿足人們對社會生態效益的需求。