山地建筑海綿城市適宜技術分析與應用實踐

何開遠，彭赟，童愚，陳潔，胥標

（中機中聯工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

海綿城市建設是適應新時代城市轉型發展的新理念和新方式，是系統解決城市水問題、推進城市建設高質量發展的重要抓手。建設海綿城市是為了讓城市更好地適應環境變化和應對雨水帶來的自然災害，最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響。重慶海綿城市經過“試點先行、逐步推廣、全面推進”的策略，現已進入系統化全域化推進海綿城市建設階段。山地城市由于其特殊的地形、地貌、地勢，導致了城市在水生態、水安全、水環境、水資源和水文化方面存在著一系列的問題[1]。海綿建筑作為海綿城市建設的重要組成部分，應以尊重場地原本地形地貌為前提優化豎向設計，形成合理疏導、分散、匯集雨水的系統性體系[2-3]。

重慶市屬于典型的山地城市，地形地貌和降雨特征主要表現為“坡陡雨急徑流快、土薄高濕難持水”。“坡陡”和“土薄”是重慶最為典型的地形、地質特征，“坡陡”會導致相同降雨強度下，徑流時間短、流速快、末端沖擊大，“土薄”導致土壤蓄水能力弱，易飽和后形成雨水徑流。“雨急”和“高濕”是重慶典型的氣候特征，“雨急”易形成洪峰，“高濕”導致空氣濕度容易飽和，地面、水體蒸發量少。“綠地率低且破碎”是山地地形下典型的下墊面特征，主要體現在綠化區域多狹長且分散，獨立綠化區域面積平均不超過100m2，多需要采用階梯綠化形式來消化地形高差。因此，山地地形條件下的海綿城市建設應結合場地資源氣候稟性，構建“滲、滯、蓄、凈、用、排”的海綿措施[4]，通過“源頭控制”“中途轉輸”“末端調蓄”共同作用，實現“小雨不積水、大雨不內澇、水體不黑臭、熱島有緩解”的目標。

1 項目概況

項目位于重慶市悅來新城，毗鄰重慶國際博覽中心，用地面積17577.00m2，場地最大高差28m，平均坡度40%。建筑設計采用被動式設計手法，綜合運用“靠山”“吊層”“錯臺”“架空”等措施，將建筑與環境融為一體，為海綿城市設施的設置提供了較好的基礎條件。年徑流總量控制率和徑流污染物削減率是海綿城市規劃、建設和管理過程中的控制性指標，應用案例利用場地高差引導水流從綠色屋頂到植被緩沖帶、生物滯留設施、末端雨水花園，實現水資源梯級凈化，實現年徑流總量控制率80%、年SS總量去除率55.5%、非傳統水源利用率37.35%的控制目標。項目建成效果如圖1所示。

圖1 項目建成實景圖

2 建筑微地形分析

項目選址為重慶常見的坡地，場地東西向長約120m，南北向寬約120~160m，呈類矩形。用地現狀為東高西低，高差約20~28m，地形坡度主要集中在30%~50%之間。場地高差大、變化多，“坡陡”“土薄”特征突出，為實施山地海綿建設提供了較好的范例。建筑與場地環境見圖2。

圖2 建筑與場地環境形成三級階梯

通過對項目總圖的分析可知，場地完成面呈階梯狀，從上至下，第一級階梯為建筑屋面及前廣場，第二級階梯為周邊坡地草坪區，第三級階梯為水體景觀區。這種典型的山地地形對雨水徑流組織十分有利，合理利用場地高差可以將雨水匯集到指定區域。根據以上分析，可得出一條清晰的雨水控制路線，從而靈活布置海綿設施。

3 措施適應性分析

“滲、滯、蓄、凈、用、排”是海綿城市建設的“六字箴言”。“土薄”的地形特征決定了山地海綿建設中“滲”的作用被削弱，“坡陡”的地形特征將降雨匯集成徑流的時間大大縮短，決定了需要充分發揮“滯”的作用。因此與平原地形不同的是，山地海綿系統需要將延緩徑流峰值、削減徑流污染貫穿整個徑流過程，而不宜采用場地排水出口集中處理的方案。根據前述對建筑微地形的分析，在尊重原始地形地貌的前提下與建筑設計豎向相協調，對三個階梯的下墊面分析和采取的海綿策略如下：

（1）第一階梯的下墊面以硬質為主，是最大的徑流污染來源。該區域綠化少且零碎，下層均為建筑空間，土壤可利用深度不足以設置生物滯留設施，通過技術經濟性比較后決定采用增加透水地磚、綠化屋頂、軟質鋪地等透水性下墊面的方式，減少路面和屋面的雨水徑流。因缺乏調蓄和生物處理能力，該階段徑流控制、污染物控制能力有限，海綿措施作為源頭控制的手段，可使此階段成為一個有效的預處理階段，流經該區域的雨水需要進一步處理；

（2）第二階梯為坡地草坪灌木區域，是徑流組織過程中的雨水轉輸控制階段。該區域坡度大，設置具有調蓄功能的海綿設施同樣困難，因此該區域作為第一階梯與第三階梯之間的雨水轉輸區，通過多階梯綠化、植草溝橫縱布置，降低雨水匯集速度，延緩徑流峰值出現的時間，既降低了排水強度，又緩解了災害風險。該區域雨水停留時間仍然較短，調蓄及污染控制能力也較弱，以減緩對末端設施的沖擊為主；

（3）第三階梯為水體景觀區，是最重要的末端控制階段，承擔整個海綿設施80%以上的調蓄、60%以上的污染物削減任務。設置具有調蓄能力的水景水池和濕塘，將雨水收集起來，調節雨水的時空分布，為其利用創造條件。通過自然沉降、植物吸收等程序，削減面源污染，改善水環境，雨水經過凈化后回收利用。經過前兩個階段的控制，進入該階段的雨水徑流水質、水量變化波動小，對濕塘生態沖擊小，有利于維持濕塘生態，穩定出水水質。

通過環環相扣的一系列措施，低成本且盡量多地使用適宜于山地特點的技術措施，實現低成本山地海綿城市技術示范，為山地城市中量大面廣的坡地建設項目布置海綿設施提供了極具實用性的參考案例，海綿技術措施應用策略見圖3，雨水收集再利用路徑分析見圖4。

圖3 海綿策略

圖4 雨水收集再利用路徑分析圖

4 海綿設施設置

項目案例中采用綠色屋頂、透水鋪裝、植被緩沖帶、雨水濕地、植草溝、旱溪、景觀水體等海綿措施，以地形景觀為載體，穿插海綿設施于其中，實現了功能與景觀的融合，打造出實用美觀的山地海綿景觀，海綿設施布置見圖5。

圖5 海綿設施設置及實施效果圖

4.1 源頭控制

為有效解決屋面雨水徑流峰值，設置2275.54m2的屋頂綠化面積，實現屋面綜合徑流系數從0.9降為0.4。多種植物的有效搭配既形成了較好的景觀效果，又能通過土壤及植物根系對雨水進行初步凈化，達到削減徑流污染的作用。

入口廣場透水鋪裝主要構造可以分為可滲透層、過濾層、排水層等，采用大孔隙材料作為路面的面層結構，增加了路面的吸水能力，有效控制了地面的雨水徑流量，對重金屬、TSS也有很好的去除效果，同時還能起到吸熱、吸音、吸光的環境效應[5]（圖5）。透水鋪裝徑流削減能力為40%~90%，洪峰削減能力為20%~80%[6]。

4.2 轉輸控制

項目植被緩沖帶坡度一般為2%~6%，寬度不小于2m，呈階梯結構。主要用于承接大面積硬質鋪裝廣場、道路的雨水，減緩坡地徑流對濕塘的沖擊。

植草溝、旱溪作為中途控制措施收集相鄰小范圍內不透水地面的徑流雨水，通過表層輸送或下滲后由滲管或滲渠輸送來達到削減洪峰流量和削減污染物的目的，同時還具有吸收道路熱量、美化道路、提高道路舒適性等生態和景觀功能。

4.3 末端控制

在海綿指標年徑流總量控制率不小于80%的要求下，末端控制貢獻出約43%的調蓄容積。未設置末端控制措施前，通過下墊面改造的項目場地綜合徑流系數為0.32，而設置后的折算綜合徑流系數為0.16，使項目的年徑流總量控制率達84%，年徑流污染物削減率達55.5%，高標準實現了海綿城市建設目標。詳細數據如表1所示。

表1 海綿城市建設指標及海綿設施應用一覽表

5 結論

山地城市具有特殊的地形、地貌、地勢特征，山地建筑海綿城市設施的設置應充分尊重地形地貌，并以低影響開發為目標導向實現海綿城市建設。基于工程項目案例的實踐，山地建筑海綿城市建設思路總結如下：

（1）構建多層級階梯式消納控制雨水的海綿系統。通過階梯式綠地、多級植草溝、旱溪等設施截緩徑流，可降低徑流污染物的遷移能力，并控制徑流水量，凈化徑流水質，最終達到降低源區徑流量并削減污染負荷的目的；

（2）海綿設施景觀化是設計的基本原則。在設計過程中協同應用建筑、給排水、景觀與海綿等多專業技術，將海綿設施充分融入景觀設計，盡可能使海綿設施成為景觀的造景元素，形成具有可感知、可體驗的山地海綿建筑體；

（3）合理選取適應山地特色的技術策略。結合山地建筑設置海綿設施，首先要根據坡地特點、土壤滲透性及氣候特征，遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”海綿六字箴言，因地制宜采用綠色屋頂、透水鋪裝、植被緩沖帶、下沉式綠地、雨水濕地、植草溝、旱溪、景觀水體等海綿設施，實現“源頭控制”“中途轉輸”“末端調蓄”的目標；

（4）注重場地空間與建筑空間的綜合利用。在設計中應充分考慮地形地貌與建筑空間的協調關系，在尊重場地地形地貌的前提下，協調建筑豎向設計，結合場地坡地走向、建筑雨水匯流路徑及排水分區等綜合布局海綿設施，形成完整統一的場地空間與建筑空間雨水綜合利用系統。