海綿城市規劃中對雨洪調蓄的研究與探討
——以上海市虹橋商務區主功能區海綿城市專項規劃為例

文／覃大偉 上海浦東建筑設計研究院有限公司 上海 201206

引言：

“海綿城市”主要是指城市在規劃建設過程中，充分發揮建筑、道路、綠地和水系等自然積存、滲透和凈化作用，控制雨水徑流總量和污染，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。以緩解日益頻發的城市內澇災害，改善城市面源污染，提升雨水資源化利用水平，建立和完善城市“海綿體”，最終構建可持續、資源化的“水彈性城市”。

本文主要通過上海市虹橋商務區主功能區海綿城市專項規劃方案案例，對海綿城市規劃方案中的雨洪調蓄作用進行了研究和探討，并結合地區現狀建設情況、地區規劃以及排水系統模型等進行綜合分析，提出相應雨洪調蓄策略。

1、地區概況

上海市虹橋商務區位于上海中心城區西側，東臨虹橋綜合交通樞紐，西靠國家會展中心，是上海市重點發展區域。根據規劃，虹橋商務區規劃范圍總用地2634.0 公頃，除水域外均為城市建設用地。城市建設用地2508.9公頃，其中，對外交通用地890.3 公頃，占城市建設用地的35.5%，所占比例較高。其次，核心區內地下空間開發利用強度較高，虹橋商務區核心區總開發體量為550 萬m，地上建筑面積逾330 萬m，地下建筑面積達到220萬m，地下建筑面積占比40%。同時，區域內地下水位較高，潛水位埋深一般在0.5～1.5m，地下水埋深淺，承壓水埋深淺，承壓水位高，對雨水入滲回補地下水的需求低。

2、地區雨洪調蓄現狀及分析

2.1 雨水系統建設現狀

虹橋商務區雨水系統采用不同的重現期標準，其中：機場跑道和鐵路場站區設計暴雨重現期為五年，樞紐核心區設計暴雨重現期為三年，其它區域設計暴雨重現期為一年。

地區內的雨水排水模式劃分如下：（1）機場以東部分地區采用緩沖式排水模式；（2）其他地區均采用雨水強排模式，規劃以河流、鐵路的等天然或人工障礙物為分隔，包括8 個雨水強排系統，在地區內設置4 座雨水泵站。

結合虹橋商務區內道路建設，虹橋商務區內雨水管網及系統雨水泵站均基本已按規劃建成。局部管道管位與規劃不符，但不影響整體管網排水功能。

同時，區域內已建部分雨水調蓄和回用設施。其中，虹橋機場擴建區域總面積約5.6km，分為南北兩個雨水分區，采用的雨水收集調蓄設施為北部雨水分區的調節池，匯水面積約為2.3km。北區雨水系統中的調節池，調節池有效水深為2.8m，池容約18.4 萬m，如考慮調蓄容積占有效容積的30%，則可調蓄水量為5.52 萬m。

2.2 地區下墊面分析

本文分別按地區控詳規規劃和現狀地塊建設開發情況對下墊面進行了分析。按地區用地性質，經計算虹橋商務區整個26km規劃范圍內的綜合徑流系數為0.696。

目前虹橋商務區已基本開發完畢，根據實際開發情況，對虹橋商務區主功能區下墊面進行分析，得出現狀綜合徑流系數為0.67。可以發現，虹橋商務區主功能區由于開發強度較高，地區規劃和現狀綜合徑流系數較高。

2.3 現狀雨水系統模型分析

本次模型分析選取P=1年，P=3年，P=5年不同暴雨重現期，對主功能區雨水管網進行模擬，綜合徑流系數采用0.67。評估雨型采用芝加哥雨型，雨峰位選擇r=0.4，r=0.6，r=0.9（即雨峰靠前、雨峰居中、雨峰靠后）情況進行評估。

數學模擬的邊界條件為：

（1）一般地面最低節點地面標高取4.0m；地道-2.56m；

（2）泵站出口河道水位按最高控制水位，取3.75m；

（3）管道水位初始條件：初始水位為故按管底標高，即預排空狀態。

針對不同雨峰位置、暴雨重現期、降雨歷時，選取以下3 種工況組合，共計9 種工況進行對比，從而對規劃雨水系統應對不同降雨條件的能力進行評估。

根據以上情況，可以發現虹橋商務區主功能區已建有較完善的雨污水排水系統，尤其是機場南北兩區還設置大容量的雨水調節池，可有效解決初期雨水的面源污染問題；但同時主功能區雨水系統暴雨重現期為1 ～5年，部分區域已建市政雨水設施標準不是很高，根據模型模擬分析地區范圍內存在一定積水風險。

3、雨洪調蓄方案

傳統的雨洪調蓄設計理念主要是通過、雨水口、管道、泵站、排放口等排水設施對降雨“快收快排”，在降雨到來后，盡快將雨水排出城市。而隨著城市發展建設，該種傳統設計理念已經很難滿足城市雨洪調蓄管理需求。

海綿城市低影響開發措施，改變了傳統的“快排為主”的雨洪調控理念，從源頭通過一系列措施，降低地表綜合徑流系數，通過滲、滯、蓄、凈、用、排功能，將雨水就地消納利用，恢復自然功能。

綜上分析，虹橋商務區主功能區排水防澇的主要問題是對市政雨水排水系統的提標改造。虹橋商務區當前的排水管網排澇能力還達不到P=5 的要求，通過海綿城市建設，可以加快推動和改造排水防澇設施，滿足新國標以及各類海綿城市建設標準，提高排水防澇能力。尤其應加強中間雨水調蓄設施的建設，進一步增加排水安全保障。結合城市雨洪調蓄管理控制目標，海綿城市規劃中可采取的措施主要如下：

表1 虹橋商務區主功能區規劃綜合徑流系數計算

表2 模擬工況組合表

圖1 P=1a t=2h r=0.4 工況模擬成果

圖2 P=5a t=2h r=0.9 工況模擬成果

3.1 低影響開發措施

主要在海綿城市規劃中通過分區管控，落實各區海綿城市控制指標，結合透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園等措施實現源頭減量目標。考慮虹橋商務區內實際建設情況，有較多項目并沒有按海綿城市的模式建設，由于這些綠地項目建成時間不長，故無必要立即按海綿城市要求進行改造，可待遠期綠地改建時再進行海綿城市設施建設；而對在建和擬建項目，應要求其按海綿城市的建設要求進行建設。本次針對商務區內實施海綿城市前后徑流總量進行了分析，對比結果如下圖所示：

圖3 商貿區（北塊）：海綿設施實施前后徑流量對比圖

圖4 商貿區（北塊）：海綿設施實施前后年徑流量總量對比圖

通過對海綿城市措施實施前后徑流量分析，海綿城市設施改造后，分區內5年一遇設計降雨工況下，徑流量峰值得到了很好的控制，削減了約30 ～40%，且峰值發生的時間滯后了5～10 分鐘左右，年徑流總量控制率為76%。

3.2 完善排水設施

虹橋商務區內大部分地區市政雨污水管網建設相對比較完善，考慮虹橋商務區內部分保留地塊部分小區建設年代較久，建議對早期建設地塊進行雨污混接調查，對混接和合流現象整改，并對內部存在損壞的管網進行提標修復。同時，商務區核心區地下空間開發利用強度較高，對排水安全性高，根據地區積水和道路改造情況，結合規劃模型分析，對部分低標市政雨水管網進行提標改造。其次，結合商務區現狀條件，在雨水系統的中部難于找到較大成片的空地用于建設中間調蓄池，削減洪峰流量，可結合道路改造考慮采用管道調蓄方式。本文對雨水系統增加中途調蓄前后采用計算機模擬分析，分析結果如下圖5、6：

圖5 無中間調蓄設施P=5年模擬圖

圖6 增設中間調蓄設施P=5年模擬圖

由成果圖可看出，通過設置中間調蓄管道，可大大減少積水情況，再輔以路段的雨水管道提標改造，可達到在P=5年的情況下沒有積水。

3.3 提升河道水系功能

現狀商務區內規劃河道面積125.1hm，水面積率4.75%，遠低于上海市海綿城市水面積率建設目標（10.5%）。建議梳理規劃區內河道網絡結構，強化藍色線性空間，保障水體連通，保護河道空間；建議在嘉閔高架路以西、北翟高架路以南，以及滬青平公路以北、申昆路以西的片狀綠地內控制面積不小于7 公頃和4 ～5 公頃的湖泊。

同時，建議在滿足防洪要求的情況下，有條件的地區利用河道營造濕地、淺水灣等，強化濱水緩沖帶的生態凈化功能，發揮雨洪調蓄功能。

結語：

本文通過海綿城市規劃中結合低影響開發措施、排水管網完善、雨水調蓄設施、河道水系完善等措施，分析對地區雨水徑流總量的控制，并研究其對雨洪調蓄管理的作用進行分析和探討。可以看出，通過低影響開發措施，可有效控制徑流量；同時，針對已建地區現狀雨水管網已基本建設完成，采取中途調蓄設施，可以有效提升地區排水安全，滿足排水標準。海綿城市規劃中通過對各項措施的有效組合利用，可以最優化實現徑流總量控制效果，提升地區排水安全。