適用于上海的海綿城市建設技術分析

王 盼，陳 嫣

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

“海綿城市”是當前我國城市建設工作中的熱點和重點。《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75號）提出了國家海綿城市建設的總體要求和工作目標。全國各地積極開展海綿城市建設試點工作并已完成各類項目的示范建設。但鑒于全國各地的氣候、水文、地質和經濟發展水平存在較大差異，各地海綿城市的建設目標和控制指標不盡相同，因此海綿城市建設的技術類型和設計參數應因地制宜。上海作為人口數量多、經濟實力強的全國超大城市，區域特點顯著，研究總結適用于上海的海綿城市建設技術非常必要。

1 上海市海綿城市建設區域特點

（1）地下水位高

上海全市地勢平坦，地面高程（吳淞零點）大都介于2.2～4.8 m，境內地表水系發達，河面率為9%～10%，江、河、湖、海水位較高，導致上海地區內地下水位較高，潛水位埋深一般在0.5～1.5 m。

（2）土地利用率高、不透水面積比例高

目前，上海建設用地總規模接近規劃限值，新增用地空間非常狹小。截止2014年底，上海全市建成區面積3 124 km2，超過市域陸地面積的45%，規劃的2020年建設用地規模目標3 185 km2相比，只有61 km2的空間，現狀土地利用率極高。同時根據相關資料報道[1，2]，城區土地不透水面積比例高達70%～80%以上，不透水面積比例極高。

（3）土壤入滲率低

上海地處長江三角洲前緣河口和杭州灣之間，除表層土壤或人工填土層外，土壤質地主要屬于粘壤土、砂質粘壤土和壤質粘土。根據相關研究成果[3，4]，上海市大部分綠地土壤的入滲率都偏低，穩定入滲率在1.0×10-5以下。

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”顯著特點，亟需適用于本土的海綿城市建設技術類型和參數。

2 海綿城市建設技術分析

海綿城市建設應統籌低影響開發雨水系統、城市雨水管渠系統及超標雨水徑流排放系統，既重視綠色基礎設施，灰色基礎設施仍不容忽視。海綿城市建設技術設施主要功能一般可分為滲透、儲存、調節、轉輸、截污凈化等幾類，主要包括透水鋪裝、綠色屋頂、下凹式綠地、生物滯留設施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池等設施。一般，某單項設施會包含“滲、滯、蓄、凈、用、排”多種功能，如下凹式綠地除滲透補充地下水外，還可削減峰值流量、凈化雨水，實現徑流總量、徑流峰值和徑流污染控制等多重目標等。因此，為更合理地劃分海綿城市開發技術類型，本文根據雨水系統“三段論”理論[5，6]，按照系統內位置及功能，分為源頭控制、中途轉輸、末端排放三類海綿城市建設技術。表1為2014年10月住建部頒布的《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》中推薦的海綿城市建設技術類型。

表1 各類用地中低影響開發設施選用一覽表

3 適用于上海的海綿城市建設技術分析

為滿足上海“三高一低”的顯著區域特點和實事求是的建設需求，根據《關于貫徹落實＜國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見＞的實施意見》[7]，上海市海綿城市規劃和建設的目標應以地區排水除澇、水污染防治和水環境改善為主要目標，逐步推進雨水資源利用，促進城市資源的綜合利用。為實現此目標，上海海綿城市建設技術應以“滯、蓄、凈、排”為主，以“滲、用”為輔。同時，上海由于土壤入滲率低、地下水位高，以滲透功能為主的技術如滲井、滲管/滲渠、滲透塘等的應用受到限制；且由于土地利用率高，對功能空間要求大的技術也并不適用。此外，根據上海市海綿城市建設控制目標的要求[8]，上海市改建地區的年徑流總量控制率和年徑流污染控制率不低于75%，新建地區則不低于80%。考慮到上海市中心城區城市化水平高、已建城市區域改造難度大等現狀因素，單純的源頭徑流控制遠遠不能滿足控制目標，其實現年徑流總量和年徑流污染控制目標的手段更依靠于深層隧道、調蓄池等灰色基礎設施，而新建城區則更側重于低影響開發的綠色基礎設施。

本研究基于對上海海綿城市建設目標的分析和海綿城市開發技術的調研，提出適于上海的海綿城市開發技術包括：綠色屋頂、透水鋪裝、下凹式綠地、淺層蓄滲、生態植草溝、調蓄設施、濕塘、雨水濕地、生態護岸、生態浮床等。

3.1 源頭控制海綿城市建設技術

（1）綠色屋頂

建筑屋頂作為不透水面可達到城市不透水總面積的40%～50%，若能充分利用好綠色屋頂，會對雨水資源的管理和利用產生非常顯著的效果。綠色屋頂對徑流的削減量可達30%～50%，對污染物的去除率可達70%～80%，且種植土采用改良土壤，在上海的適用性好。2003年，上海市政府就屋頂綠化實施方法進行相關調研及計劃制定，并成為我國第一個以立法形式對屋頂綠化進行規范的城市。2006年10月，上海市綠化部門在《上海市綠化管理條例》中增加屋頂綠化，為屋頂綠化的推廣提供法律層面支持。根據《上海市海綿城市指標體系（試行）》規定，新建、改建公共建筑的綠色屋頂率占宜建屋頂綠化的屋頂面積的比例應不低于30%。

（2）透水鋪裝

城市道路和廣場約占城市用地總面積的10%～25%。采用透水鋪裝既可源頭削減雨水徑流量，對徑流污染物的去除率也可達80%，此外，市政道路采用透水鋪裝后可減小積水、反光、噪聲，提升行車舒適性和安全性，緩和熱島現象。考慮到實施效果和維護問題，透水鋪裝可用在人行道、專用非機動車道、高架道路、步行街、廣場等處。結合上海已有的工程經驗和國外發達城市的相關指標，《上海市海綿城市指標體系（試行）》在國內首次將高架道路透水鋪裝率列為鼓勵性指標，有條件的地區新建高架道路透水鋪裝率應不低于70%，改建則不低于50%。上海已建成浦東中環線與華夏路高架透水鋪裝，使用7 a后，目前大部分區域滲水系數仍滿足工程竣工驗收規定值（不小于900 ml/15 s），透水性能夠保持良好。

另外，在上海鋪設透水鋪裝應注意地下水位的高程，保證其透水性能。對于全透式路面的土基應具有一定的透水性能，土壤透水系數不應小于10-6m/s，且土基頂面距離季節性最高地下水位應大于1 m。當土基、土壤透水系數和地下水位高程等條件不滿足要求時，應增加路面排水設施，見圖1。

圖1 全透式路面邊緣排水系統圖

（3）下凹式綠地

下凹式綠地為適用于建筑與小區、綠地、道路與廣場的海綿城市建設技術措施，可以削減雨水量和降雨洪峰、增加設施的雨水緩沖能力、有效緩解初期雨水的污染問題和補充地下水等，但會存在綠化帶內或雨水口附近聚集落葉、垃圾等情況，需要加強維護。《上海市海綿城市指標體系（試行）》規定，新建綠地下凹率不低于10%，改建不低于7%，與武漢、南寧等城市相比，指標偏低，主要是綠化市容部門和相關專家考慮上海市區域特點，以滿足雨水蓄排需求和保障綠地功能定位為目標，經科學測算后，確定了該指標值。

另外，考慮到上海人均綠地面積少、地下水位高、安全性等多方面因素，下凹式綠地的下凹深度一般為100～200 mm，且應注意控制調整好綠地與周邊道路和雨水口的高程關系，溢流雨水口頂部標高宜高于綠地50～100 mm。為防止地下水滲漏，應在下凹式綠地種植土層下方設置濾水層、排水層和厚度不小于1.2 mm的防水膜；當下凹式綠地邊緣距離建筑物基礎小于3.0 m（水平距離）時，應在其邊緣設置厚度不小于1.2 mm的防水膜。另外，下凹式綠地對其種植土要求較高，應設置在土壤排水性良好的場地，土壤滲透能力應不低于3×10-6m/s，同時種植土組分要滿足一定要求以保證植物生長的需要，如氨氮與硝氮比例應小于4，碳氮比應小于 12，pH 范圍在 6.0～8.4等[9]，若原始土壤不符合相關要求，必須進行土壤改良。下凹式綠地植物品種應選擇當地適生的耐水濕植物和耐污染的觀賞性植物，優先選用根系發達、生物量大、凈化能力強的植物[10]。

為保證下凹式綠地功能的發揮，應做好綠地日常土壤管理工作，減少對土壤的機械壓實，定期中耕松土，保證雨水入滲速度和入滲量。一般檢修2次/a（雨季之前和期中），植物也需常年維護。

（4）淺層蓄滲

淺層蓄滲[8]是在地下水位以上用多孔空隙材料堆徹成大小、形狀不同的形成可供短暫貯存的雨水連通空間。在多空隙材料底部用滲水材料以提高下滲速率，當暴雨來臨時，屋面等相對干凈的雨水通過初期棄流和簡單預處理后，通過管道或溝渠方式導流進入高孔隙材料空間內短暫貯蓄，暴雨過后雨水繼續下滲，超過貯蓄容量的雨水外排。

考慮到上海的土壤入滲率較低、地下水位高，可采用淺層蓄滲技術增加雨水的入滲量和貯蓄量。淺層蓄滲般在設在綠化、人地道及廣場下面，在地下水位較高的情況下，應盡可能降低綠化種植土的高度，或適當提高綠化地的相對高程，使下部孔隙材料的高度增加，從而增加雨水貯蓄量。在虹橋樞紐崧澤路高架排水工程中[11]，采用雨水淺層蓄滲技術，在近600 m的高架道路下景觀隔離帶內設置有效容積為1 290 m3的蓄滲裝置，可對13 200 m2高架道路全年75%的雨水徑流進行就地蓄滲處理。

3.2 中途轉輸海綿城市建設技術

（1）生態植草溝

生態植草溝可收集、輸送和排放徑流雨水，對徑流總量和徑流污染控制均有一定作用，適用于建筑與小區內道路、廣場、停車場等不透水面的周邊以及城市道路及城市綠地等區域。植草溝也可與雨水管渠聯合應用，場地豎向允許且不影響安全的情況下也可代替雨水管渠。《上海市海綿城市指標體系（試行）》建筑與小區系統中也提出了生態植草溝用作硬地雨水排放和生態雨水設施有效銜接的技術規定。

針對上海的地下水位較高，溝底土壤的入滲率較低的特點，應用于上海的生態植草溝設計宜在溝底鋪設卵石層等濾料層，卵石層中設置多孔滲透管，收集經過植草溝過濾的初期雨水，排至市政排水管道等，見圖2。此外，生態植草溝對場地有一定要求，邊坡坡度（垂直∶水平）不宜大于1∶3。由于占地較大，生態植草溝在已建城區及開發強度較大的新建城區等區域應用時易受場地條件制約。

圖2 植草溝典型構造示意圖（單位：mm）

（2）調蓄設施

雨水調蓄設施的形式包含調蓄池、調蓄管涵、水景調蓄設施等。根據在系統中設置位置的不同，雨水調蓄池又可分為末端調蓄池和中間調蓄池[9，10]，末端調蓄池主要用于初期雨水污染的控制，對管網優化運行作用不大；中間調蓄池用于雨水收集利用，可改善系統管網運行狀況。《上海市海綿城市指標體系（試行）》建筑與小區系統中也提出了“單位硬化面積蓄水量”這一約束性指標，要求在硬化面積達1 hm2及以上的新建項目中不低于250 m3/hm2硬化面積，以滿足建筑與小區年徑流總量控制目標的要求。

目前，上海已建成都路、新昌平、夢清園等11座雨水調蓄池，多集中在蘇州河和世博區域，主要截流儲存初期雨水，系統截流倍數可從3.87倍提高到6.90～9.92倍，有效控制溢流污染，為上海市水環境質量的提升作了較大貢獻[12]。考慮到上海市中心城區城市化水平高、已建城市區域改造難度大等現狀因素，中心城區實現年徑流總量控制和年徑流污染控制目標仍然更多地需要依靠調蓄設施，包括深層調蓄隧道等。

3.3 末端排放海綿城市建設技術

（1）濕塘與雨水濕地

濕塘與雨水濕地的構造相似，一般由進水口、前置塘、沼澤區、出水池、溢流出水口、護坡及駁岸、維護通道等構成，常合并設計，具有雨水調蓄、凈化多重功能，其占地面積較大，對場地的要求較高。

考慮到上海特點，濕塘與雨水濕地的應用范圍包括具有一定空間條件的高檔建筑與小區、城市綠地、濱水帶等區域。

（2）生態護岸

生態護岸利用植物或者植物與土木工程相結合，對河道坡面進行防護的一種河道護坡形式，其集防洪效應、生態效應、景觀效應和自凈效應于一體，可以削減雨水徑流進入河道的污染負荷。目前，上海河道生態護岸比例較低，僅為40%左右，《上海市海綿城市指標體系（試行）》水務系統中規定河湖水系生態防護比例作為約束性指標，其指標值應不低于75%。

對于上海河道硬質護岸的生態化改造，在河道狹窄、河道兩岸建筑密集、拓寬河道有限的中心城區，可采用直立式擋墻護岸生態改造，在護岸臨水側河底設置種植槽，墻頂有綠化空間的，可在綠化空間內布置藤本類或者具有垂懸效果的灌木類植被，無綠化空間的，可在擋墻外沿墻面設置種植槽；也可在直立擋墻頂懸掛長條形生態植生袋，遮擋直立式擋墻。在周邊用地寬裕的郊區，可采用斜坡式護坡改造，護坡表面采用框格填充生態袋、框格填充耕植土草皮等護面結構等[13]。直立式擋墻生態護岸和斜坡式生態護岸典型示意見圖3。

圖3 典型生態護岸示意圖

4 結論與建議

通過調研國內外海綿城市建設技術設施，研究上海區域特點、建設現狀和海綿城市建設目標要求，得到以下結論，供上海市海綿城市建設應用借鑒：

（1）根據雨水綜合管理“三段論”理論、按照系統內位置和功能，可將海綿城市開發技術分為源頭控制、中途轉輸、末端排放三類，其中源頭控制技術包括綠色屋頂、透水鋪裝等，中途轉輸技術包括調蓄池、植草溝等，末端排放技術包括濕塘、雨水濕地等。

（2）上海作為我國濱江臨海超大型城市，具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”特點，以及城市化水平高、已建城市區域改造難度大等現狀因素，已有海綿城市建設技術在上海的應用亟需重點考慮。

（3）基于對上海海綿城市建設目標的分析和海綿城市開發技術的調研，提出了適于上海的海綿城市開發的技術，具體包括：綠色屋頂、透水鋪裝、下凹式綠地、淺層蓄滲、生態植草溝、調蓄設施、濕塘、雨水濕地、生態護岸等。在海綿城市建設技術的實施過程中，應結合區域特點，科學合理地選取技術類型和參數。