河道海綿城市設計在烏泥坑排洪渠的應用

摘要：在當前政策形勢下，海綿城市建設對城市河道的水環境、水安全的重要性日益凸顯，通過對烏泥坑排洪渠（廣東省深圳市坪山區生物制藥工業基地段）場地現狀及海綿城市本底條件分析，以河湖的自然調蓄功能基底，形成區域大海綿，增強海綿的連片效益，推動從單個項目達標轉向片區達標整體組織實施的可行性，引領片區整體達標示范。

關鍵詞：海綿城市；工程布置；應用

引言

2020年10月，習近平總書記在廣東省深圳市舉行的“深圳經濟特區建立40周年慶祝大會”上發表講話，要求“深圳建設好中國特色社會主義先行示范區，創建社會主義現代化強國城市范例，推進粵港澳大灣區建設，率先實現社會主義現代化”。坪山區擁有的深圳市國家生物產業基地，是坪山區在深圳市建設中國特色社會主義先行示范區征程中展現的擔當作為。

烏泥坑排洪渠（深圳市坪山區生物制藥工業基地段）河道周邊多為生物制藥類企業，因此濱水空間、生態環境的改善，可以為周邊企業提供展示、互動的空間和交流的功能，凸顯可持續性發展建設的“綠色的產業鏈道”要求，對深圳市坪山區的可持續性發展具有重大意義。因此，結合海綿城市理念設計改造后，烏泥坑排洪渠自然調蓄功能增強，不僅河道水環境及河水生態得到了改善，而且也提高了附近居民生活質量。

1海綿城市的概念

近年來，隨著城市化進程的加速，城市面臨著越來越多的環境挑戰，水資源的合理利用和管理就是其中的一個重要議題。因此，在這一背景下，海綿城市的概念逐漸受到了人們的關注。

海綿城市，顧名思義，就是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”。這種彈性的實現，離不開城市對水資源的有效吸收、儲存、凈化及下滲。在雨水天氣時，海綿城市通過先進的水利設施和自然生態系統，將雨水儲存起來，以補充地下水。而當城市需要用水時，這些儲存的水資源就可以被釋放，從而完善雨水、地表水及地下水的循環體系[1]。

2海綿城市設計改造的河道范圍

烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）河道項目位于深圳市坪山區坑梓街道與龍田街道的烏泥坑排洪渠中下游（規劃十路與金牛東路之間），涉及坑梓街道范圍為蘭竹東路至規劃十路，涉及龍田街道范圍為金牛東路至蘭竹東路；建設長度約1.90km，核心建設范圍為藍線（河道管理范圍線）內，實際建設面積約為0.30km2，流域面積共1.63km2。

3需改造的河道現狀及主要存在問題

3.1 水安全問題

3.1.1防洪標準

2016年，經過深圳市坪山新區聚龍山濕地生態園工程的完工，烏泥坑排洪渠已完成綜合整治。根據《深圳市防洪（潮）及內澇防治規劃（2021-2035）》，河道防洪標準按50年一遇整治，達到片區防洪潮規劃要求。

3.1.2岸墻安全

大部分河道岸墻近年經過整治完成了重建，主要采用石籠草皮護岸材料，護坡外觀質量總體完好，無明顯垮塌陷落跡象。

3.1.3安全防護及防汛通道

河道防護欄桿基本完善，但仍有局部區域存在安全防護設施缺失現象；河道沿線基本實現了單側巡河車行道貫通，結合周邊市政道路，滿足防汛搶險通道要求[2]。

3.1.4安全管控與安全引導

緊急避險安全引導設施不足，下河階梯較少，警示標牌布置不足，鄰水區域缺少救生設施、避險路線圖。

3.2水生態問題

3.2.1水資源水質情況

烏泥坑排洪渠上游坑塘以前為烏泥坑水庫，隨著城市建設的發展，水庫大部分區域已被填埋，目前坑塘淤積較為嚴重，植被茂密，蓄存有少量水體，水體顏色發黃，流動性不佳，靠路邊區域堆放有建筑垃圾，總體雨水調蓄能力、水源涵養能力較差。全河段河床平坦，地形起伏較小，缺少水洼水泡等微地形，蓄水能力較差。

現片區生產生活污水通過近年來水污染治理工程已基本實現全部管網收集，但仍存在建成區雨天地表徑流產生的面源污染入河的風險。晴天時，烏泥坑排洪渠水質情況良好，基本可以達到地表水Ⅴ以上（總氮除外）。但上游局部水流緩慢，水動力不足，雨天面源污染問題造成水質變差。

3.2.2補水情況

烏泥坑排洪渠現狀已建有補水管道，水源為深圳水務集團上洋水質凈化廠尾水，補水水質標準為地表準IV類。烏泥坑排洪渠補水管沿濕地東側鋪設，上洋水質凈化廠尾水接入烏泥坑排洪渠中下游左岸濕地有3個補水點，經濕地處理后向河道進行補水，補水規劃規模為4萬m3/d，補水管徑為DN700。據調查，現狀每日補水約20000～30000 m3/d。

3.2.3周邊市政排水管網情況分析

根據深圳市坪山區市政排水管網資料和現場實地調查，上游濕塘沿岸共有2個雨水排放口，經管網圖紙圈繪計算，現狀匯水面積約為435655m2，將周邊建成區域雨水匯入濕塘，充分利用濕塘調蓄空間，發揮濕塘對雨水的蓄滯能力，同時也能加大對區域面源污染的消減量，發揮海綿城市的連片效益，服務周邊。

3.2.4岸線現狀

烏泥坑排洪渠河道生物醫藥產業基地段護岸類型以“石籠+草坪生態護岸”為主。部分河段岸坡穩定性不足，存在水土流失現象。局部河段漿砌石護坡存在破損的問題。最下游河段坡腳沖刷嚴重，石籠護坡外露，岸坡坡高坡陡，河道橫向連通性被中斷，不利于水生生物橫向棲息活動。

3.2.5生物種類及生境現狀

河道形態單調，河床平坦地形起伏較小，水流形態單一，下游河段河槽過窄，水流過快，河底沖刷嚴重，泥沙難以沉積，不適宜生物生存。水陸植物搭配單一，水生植物稀少且品種單一，無法形成河道微生境；岸坡植被扁平化，以草本植物為主，喬木稀疏，缺乏灌木，水土保持能力差，無法為動物提供棲息繁殖空間。河道內動物多樣性較低，魚類以羅非魚、食蚊魚為主，羅非魚占絕對優勢地位，福壽螺部分河段可見，偶爾可見水鳥，外來物種入侵嚴重。

3.2.6陸域生態情況

烏泥坑排洪渠河道上游樹木較多，生態性良好；中下游左岸只有幾棵小樹和一大片濕地，右岸主要為工廠和休息區，有一定量的樹木。泥坑排洪渠流域范圍內建設用地面積較大，有多個工業園區，約占建設用地的44%，自然植被結構完整性一般；自然岸堤比例較高，2.78km堤岸中人工岸堤為0.6km，自然岸堤比例達78%。流域范圍內不透水面積約0.72km2，森林0.06km2，草地0.82km2，不透水面積約占流域總面積的44%。河道藍線范圍內被侵占面積9650m2，管理范圍總面積137929m2。

3.3海綿現狀問題

烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）根據國家、省、市要求，梳理場地現狀問題。

3.3.1年徑流總量控制率

年徑流總量控制率不達標，根據《坪山區海綿城市專項規劃及重點區域實施方案》烏泥坑排洪渠屬于PS-10管控單元，現狀年徑流總量控制率為60%，目標年徑流總量控制率為72%。

3.3.2面源污染削減率（以SS計）

現狀道路等存在面源污染問題，根據《坪山區海綿城市專項規劃及重點區域實施方案》烏泥坑排洪渠屬于PS-10管控單元面源污染削減率現狀35.4%，削減本場地可實現面源污染削減率（以SS計）55%的目標。

4 海綿城市設計改造河道

4.1河道海綿城市設計本底條件分析

4.1.1降雨

深圳市屬于亞熱帶季風氣候，雨量充沛，但時空分布不均衡。降雨主要集中在夏秋季節，根據三洲田水庫雨量站資料統計顯示，4～10月降雨量占全年降雨量的85%，4～11月降雨量占全年降雨量的90%。坪山區多年平均濕度79%，多年平均蒸發量1332mm，年平均降雨量約1900mm。

4.1.2地質條件及地下水

根據地質勘查報告，改造設計的烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）場地內分布的地層為第四系人工填土層（Qml）、第四系沖洪積層（Qal+pl）、坡積層（Qdl）、殘積層（Qel），下伏基巖為石炭系泥質粉砂巖（J）。對海綿城市設計有較大影響的土層為最上層的人工填土層和粉質黏土層，人工填土層，層厚0.30～7.10m，滲透等級屬于局部中等透水；人工填土以下為粉質粘土層，層厚1.40～3.20m，滲透等級為微透水性。在海綿城市設計時，將依據地質勘探柱狀圖確定土層類別，根據土層透水性確定海綿設施底部的排水方式，并考慮采用專門配置的海綿種植土替換粘性填土，增強土壤的透水性，保證海綿設施的滲透和過濾作用。

4.1.3地形地貌分析

改造設計的烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）場地位于深圳市坪山區坑梓街道聚龍山濕地生態園管轄范圍內，根據深圳市地貌區劃圖，場地原始地貌為沖洪積平原地貌，后經過人工開發、改造，原始地貌發生了很大變化，現為聚龍山濕地生態園。場地整體地勢比較平坦，場地勘探點經實測得地面高程為31.72～38.86m，高差為7.14m。

4.1.4開發前用地及下墊面分析

改造設計的烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）場地開發前的下墊面類型主要包括濕地、綠地、水系、道路和建筑等，以濕地為主，占總面積的70%，其次為綠地、水域、道路和建筑。綠地主要包括林地、草地、疏林草地等，水域為烏泥坑水庫排洪渠，道路為分布在區域內的巡河道及內部園路，建筑主要為園區內的管養房屋。

4.2河道海綿城市設計改造目標

根據《坪山區海綿城市專項規劃及重點區域實施方案》，烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）位于PS-10海綿城市建設管控單元，年徑流總量控制率為72%，對應的設計降雨量為33.34mm。海綿城市設計時考慮結合景觀設計因地制宜布置海綿設施落實海綿城市建設理念，場地內所產生的徑流雨水全部經過海綿設施進行滯留、下滲或凈化。綜合考慮項目定位、海綿城市建設本底條件，設定烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）海綿城市建設目標，一是本地塊實施海綿化提升改造后，可實現年徑流總量控制率72%以上的目標，提升地塊周邊年徑流總量控制率，為管控地塊單元達標提供支撐；二是本地塊實施海綿化提升改造后，削減面源污染，根據《深圳市海綿城市建設專項規劃》采用海綿措施，可實現面源污染削減率（以SS計）55%以上的目標。

4.3河道海綿城市設計改造思路

4.3.1生態優先" 打造帶狀海綿關鍵節點

尊重生態本底、維護生態安全、優化生態格局。城市開發建設應保護河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水生態敏感區，優先利用自然排水系統與低影響開發設施，實現雨水的自然積存、自然滲透、自然凈化和可持續水循環，提高水生態系統的自然修復能力，維護城市良好的生態功能[3]。

4.3.2融合景觀" 打造復合多元的生態生境

海綿工藝與景觀空間統籌考慮，緊密結合，以實現最佳的場地雨洪管理，最大化地發揮公園綠地的生態效益；輻射-串聯-整合流域和河道生態空間，促進生態多樣性和生態系統可持續發展，打造東部最美的山水相融的生態郊野綠廊。

4.3.3因地制宜" 打造具有區域特色的景觀海綿

根據深圳市坪山區自然地理條件、水文地質特點、水資源稟賦狀況、降雨規律、水環境保護與內澇防治要求、經濟社會發展水平等，合理確定低影響開發控制目標與指標，選用適用于改造河道的下沉式綠地、植草溝、雨水濕地、透水鋪裝等低影響開發設施及其組合系統。

4.4海綿設施總體方案

考慮到沿河周邊的綠化空間相對較窄，通常成線性分布，因此主要考慮采用“帶狀”海綿的形式進行海綿設施的布設，沿著烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）兩側河岸巡河道設置生物滯留帶，匯集巡河路上雨水徑流，同時作為海綿凈化帶過濾上游的入河雨水徑流；公園人行步道設置線狀的轉輸型植草溝園路雨水。

在綠化空間相對充裕的延展區，為行人提供親水的休憩空間，在該區域采用“點”狀海綿的形式布設海綿設施，盡可能采用多樣化海綿設計，如生物滯留池、雨水濕地、下沉綠地等，結合景觀布置、場地走向等初步確定海綿設施的位置，從而充分展示場地的雨水藝術化管理，并提供公眾海綿教育的窗口。

4.5雨水徑流組織管理

烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）范圍內的雨水徑流組織，盡可能通過優化豎向設計，先經過海綿設施凈化、下滲，實現初期雨水的就地消納，超標雨水則通過溢流的方式直接排放河道，海綿系統流程如圖1所示。

4.6海綿城市設施布局及規模

4.6.1匯水分區原則

為收集、處理場地內降雨時產生的初期雨水，需根據開發后的烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）場地情況豎向劃分匯水分區合理布置海綿設施。①海綿系統分區以開發后的地形為基礎，參考最新地形圖及雨水管網資料；②海綿系統分區高低區水分開，內外區水分開，就近排水，就地消納；③海綿系統分區的排水方式以所在排水分區為基礎，整體考慮，局部優化。根據項目的豎向和排水組織關系，共劃分為如圖2所示的6個匯水分區。

4.6.2海綿城市設施選擇與布置

根據對本底條件的分析，結合需改造設計的烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）項目定位及景觀需求，選擇海綿設施時以“凈、蓄、滲”為主，以“滯、用”為輔為原則。對進入景觀水體和河道的面源污染進行滯留和凈化之后排放；在地質條件允許和地下水位埋深較深的部分區域，則優先選擇下滲功能較強的海綿設施；場地內綠地澆灌將考慮采用濕地凈化后的尾水進行澆灌。

4.7海綿設施規模計算

采用容積法設計，即以徑流總量控制為目標，控制地塊內各低影響開發設施的設計調蓄容積之和，即總調蓄容積，一般不低于該地塊“單位面積控制容積”的控制要求。設計目標為年徑流總量控制率不低于 72% ，對應的設計降雨量為 33.34 mm。

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》中雨水調蓄容積計算公式，即式（1），計算出項目紅線范圍內（扣除水體面積）需控制的雨水容積，并以此確定選用的海綿措施以及海綿設施的規模。

V=10ψhF

式中" "ψ—雨量綜合徑流系數；h—降雨毫米數；F—匯水面積。

烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）下墊面類型包括建筑硬化屋面、綠化屋面、綠地、不透水鋪裝，根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》中表4-3，分別確定各類下墊面的綜合雨量徑流系數取值，然后進行加權平均，求得項目匯水分區綜合雨量徑流系數。本次計算各排水分區綜合雨量徑流系數是第1排水分區為0.167、第2排水分區為0.169、第3排水分區為0.188、第4排水分區為0.182、第5排水分區為0.221、第6排水分區為0.546。地塊在建設后的雨量綜合系數為0.386。同時，參照《海綿城市雨水控制與利用工程設計規范》（ DB 11/ 685-2021）得出各匯水面實際雨量和流量的徑流系數，如表1所示。

根據式（1），計算項目紅線范圍內（扣除水體面積）需控制的雨水容積，并以此確定選用的海綿措施及海綿設施的規模。本次計算各排水分區的目標調蓄容積是第1排水分區為561.37m3、第2排水分區為14.72m3、第3排水分區為69.84m3、第4排水分區為421.06m3、第5排水分區為96.69m3，第6排水分區為4689.20m3，合計為5852.88m3。因此，為消納在設計降雨量條件下產生的所有雨水，海綿城市設計改造烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）的地塊應設置不小于5852.88m3的調蓄容積。

海綿設施的面積根據式（2）計算得出，并由此計算出各海綿設施雨水調蓄容積，以及完成各個地塊各類設施布置，最終形成如表2所示的匯水區實際調蓄容積。

V0 =S×（h0+hi×pi）

式中 S—海綿設施面積；h0—蓄水深度；hi—各級配層高度；pi—孔隙率。

經核算，實際調蓄容積為6992.44m3，實際可控制39.84mm（24h）的雨水，年徑流總量控制率77.6%，滿足年徑流總量控制率大于72%的要求，達到設計目標。

4.8面源污染削減率的計算

根據各管控單元的低影響開發措施工程量，結合低影響開發設施對污染物的削減率及各管控單元的年徑流總量控制率，按式（3）核算各管控單元的面源污染物削減目標。

低影響開發設施對污染物的平均削減率，由各類型的低影響開發設施對污染物的削減率經管控單元內各類設施面積加權平均計算得出。參考美國流域保護中心（Center For Watershed Protection，CWP）對各項低影響開發設施徑流污染控制率（以SS計）的研究數據，各類低影響開發設施對 SS 的削減率取值為下沉式綠地75%、綠色屋頂75%、透水鋪裝85%。

根據各分區的海綿設施類型，本次計算各面源污染總削減率是第1排水分區為54.31%、第2排水分區為54.67%、第3排水分區為55.46%、第4排水分區為54.34%、第5排水分區為54.24%、第6排水分區為57.13%，合計為55.96%。

通過以上計算和分析，本項目滿足《深圳市海綿城市建設專項規劃》中“面源污染總削減率不低于55%”的要求。

4.9河道海綿城市設計應用

4.9.1上游濕塘

將烏泥坑排洪渠上游灘地進行水系疏通，梳理主河槽，對河道進行清淤，塑造滯蓄池塘，在塘底建造微地形，并對塘底底泥進行原位處理，清理水塘河槽周邊的雜草，在岸邊種植挺水植物，水塘內配置沉水植物，凈化水質。充分利用空間，增加水體調蓄能力和水景觀多樣性，發揮坑塘涵養水源的功能，旱季可為下游河道提供生態基流，同時也可補給地下水。基于上游現有生態條件，構建烏泥坑濕地生態保育區，涵養流域水源，補充地下水；調節區域氣候，提高周圍地區空氣濕度，減少土壤水分喪失；保護濕地生態系統，借助濕地植物有效吸收污染物，為動植物提供豐富的食物來源和良好生境，提高生物多樣性。通過以上一系列措施，踐行海綿城市“滲、滯、蓄、凈、用、排”理念。

4.9.2海綿科普區

順應烏泥坑排洪渠中游現狀空地原本下凹地形設計體驗式海綿科普區，融入了展示型雨水花園、透水鋪裝、屋頂花園、植草溝等海綿設施，同時劃分約9964㎡空間來建設休憩廊架和海綿生態科普教育小基地，展示雨水花園滲透結構，打造互動式科普標識場地。

4.9.3生態停車場

利用烏泥坑排洪渠下游區域原有閑置空地，將其改造為生態停車場。增加遮蔭喬木、雨水過濾系統、解決游人出行問題的同時也更大限度的利用海綿空間，以達到環保、可循環的效果。

4.9.4堤頂步道連通及改造

在烏泥坑排洪渠上游河道左岸、蘭和路橋下右岸、蘭竹東路箱涵出口處右岸，順應河畔設置生態透水混凝土步道，解決游人通行需求，增加跟周邊產業園的連接性。由于現狀左岸堤頂巡河路，為一老舊且局部破損嚴重的不透水巡河路，本次設計改造擬拆除，新建透水混凝土路面，消除巡河路隱患，保障河道防汛搶險和防洪安全能力。

結語

河道海綿城市設計在烏泥坑排洪渠（生物制藥工業基地段）的應用，有利于改善河道水環境河水生態，提高附近居民生活質量的，提升濱水活力，同時管理部門還可以通過展示場地的雨水藝術化管理，提供公眾海綿教育的窗口，讓市民了解海綿城市，感受到海綿城市給河道帶來的生態效益、品質提升、民生改善等，并成為海綿城市建設的“參與者”和“支持者”。

參考文獻

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作者簡介

刁晴麗（1994—），女，漢族， 廣東梅州人，助理工程師，管理學學士，主要從事水土保持相關工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-03