湛忠宇,陳　星,田傳沖

(河海大學水文水資源學院,江蘇 南京　210098)

臨海市海綿城市建設實施方案編制實踐與思考

湛忠宇,陳星,田傳沖

(河海大學水文水資源學院,江蘇 南京210098)

摘要：針對目前海綿城市建設實施方案主要從市政角度考慮、強調低影響開發(fā)措施應用、缺乏海綿城市系統(tǒng)建設理念的現(xiàn)實,以臨海市為例,從流域治水角度,從問題與需求出發(fā),統(tǒng)籌外圍保障工程與內(nèi)部實施方案兩大工程體系,總結海綿城市實施方案編制實踐要點,對未來我國海綿城市建設的推廣提出建議。

關鍵詞：海綿城市;建設方案;低影響開發(fā);徑流總量；臨海市

全球氣候變暖和人類活動直接影響了水循環(huán)要素的時空分布特征,增加了極端水文事件發(fā)生的概率,使得城市暴雨洪澇問題日益增多,在一定程度上影響了區(qū)域的水安全以及國家的中長期發(fā)展戰(zhàn)略[1]。城市水問題復雜,治水形勢嚴峻,海綿城市概念應運而生。2014年住建部、財政部、水利部聯(lián)合發(fā)布《海綿城市建設指南(試行)——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)》,2015年1月16個城市開展海綿城市建設試點工作,海綿城市建設評價標準問世。國內(nèi)學者對海綿城市的概念、建設途徑等進行了諸多探索[2-3]。車伍等[3]結合國外先進雨水管理體系討論了我國雨水體系建設;任心欣等[4]采用SWMM模型分析達到年徑流總量控制率的建筑與小區(qū)低影響開發(fā)示范項目在各種降雨條件下的雨量徑流系數(shù),探討雨量徑流系數(shù)與年徑流總量控制率之間的內(nèi)在聯(lián)系。筆者結合海綿城市建設實施方案編制實踐,探討外圍流域與內(nèi)部方案系統(tǒng)建設思路,對海綿城市控制目標進行可達性分析。

1規(guī)劃思路

收集地形土壤、降水蒸發(fā)等基礎資料,整理流域、研究區(qū)相關規(guī)劃,分析研究區(qū)主要問題,初步確定建設的主要目標。擺脫就水論水模式,拓展流域治理理念,在保護現(xiàn)有山水林田湖生命共同體的基礎上,構建研究區(qū)外圍保障工程體系。根據(jù)試點區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀建設、在建與待建區(qū)域的功能用地特征、下墊面情況,考慮經(jīng)濟性、可實施性和適用性,構建“滲、滯、蓄、凈、用、排”工程體系,實現(xiàn)由單一開發(fā)向系統(tǒng)治理的轉變,提高城市調蓄能力以促進城市防澇能力(圖1)。

圖1　海綿城市建設實施方案編制思路

2實例

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于臨海城區(qū)東北部新城區(qū)的核心區(qū)塊,北起東渡北路,南至張洋路,東起東城路,西至水云塘,總面積約21.1 km2,其中現(xiàn)狀建成區(qū)面積約15.3 km2,現(xiàn)狀水面率為13.3%,主要河道有洛河、大寨河、洋頭河、大田河、大田港下游段、東大河西段,主要湖泊有靈湖。多年平均降水量1 602.7 mm,年內(nèi)降雨主要集中在5—6月梅雨季和7—9月的臺風雨季。

2.2問題分析

a. 上游來水對城區(qū)防洪的壓力大。東部新城屬大田港流域下游河谷地區(qū),上游山區(qū)匯水只有唯一的大田港出口排出,城區(qū)防洪標準雖基本達到50年一遇標準,但當遭遇臺風暴雨,易長時間處于靈江高水位頂托狀態(tài),可排時間不多,導致臨海市城區(qū)極易遭受洪澇災害。

b. 部分地區(qū)排澇標準低,提升難度大。近年來,隨著臨海市城市化進程加快,城市建設用地不斷擴張,下墊面硬化,雨水下滲量減小,匯流時間縮短,洪峰流量增大。排水設施、管道與河道規(guī)模及城市化進程不匹配,且地勢低洼,大田平原地面高程在4.0～6.5 m之間，無法有效解決澇水隱患。

c. 水資源利用以上游供水為主,雨洪資源利用率不高。臨海市降水和徑流的年內(nèi)分配集中在汛期,汛期降水量占全年3/4左右,汛期天然徑流量占全年的4/5,時間上供需矛盾突出,缺乏有效的調節(jié)措施。目前城區(qū)涉水工程多以“快速排除”和“末端集中”控制為主要建設理念設置,大量汛期洪水得不到充分利用,未能有效地綜合利用本地雨洪資源。

d. 城市面源污染控制難度大。隨著城市污水處理廠、雨污分流工作的開展,城市生活、工業(yè)污染等點源污染得到有效的遏制,但城市初期雨水攜帶有大量面源污染物且未進行有效治理,對城市水環(huán)境影響日益突出,迫切需要做好城市面源污染的治理與控制。

2.3實施目標

海綿城市本質是對雨水的控制,國內(nèi)外主要采用開發(fā)建設后外流徑流量不超過開發(fā)建設前、綜合徑流系數(shù)、年徑流總量控制率3種標準進行控制。開發(fā)建設后外流徑流量不超過開發(fā)建設前具體量化難度較大,對面積較小的區(qū)塊可采用水文模型綜合計算,對面積較大的區(qū)塊計算難度較大;綜合徑流系數(shù)便于計算,但指標只能反映出下墊面的變化,而綜合徑流系數(shù)與暴雨歷時和強度有關;年徑流總量控制率綜合考慮了降雨與下墊面因素,參考《海綿城市建設技術指南(試行)——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)》,將臨海市東部新城海綿城市控制目標定為年徑流總量控制率不小于80%。

2.4工程實施方案

2.4.1外部安全保障工程

針對流域受澇嚴重的問題,應綜合考慮流域內(nèi)的現(xiàn)狀地形、水利工程及水系格局,對下游大田港閘進行除險加固,增加其排澇擋潮能力;新開明渠(隧洞)和排澇擋潮閘,新增排水出口,對上游河道進行分流。實施流域生態(tài)治理工程,在加強流域水土保持工作的基礎上,對試點區(qū)上游的主要支流,加強河道生態(tài)保護工作,新建駁岸采用生態(tài)駁岸,并增加河道滯蓄工程;在白石溪與兩頭門溪交匯處規(guī)劃新建濕地,滯蓄上游來水,凈化水體。外圍河湖水系調整工程布局見圖2。

圖2　外圍河湖水系調整工程布局

2.4.2區(qū)塊內(nèi)部方案

2.4.2.1水系優(yōu)化

根據(jù)水系格局分析,該流域三面環(huán)山,總集雨面積達434.1 km2,試點區(qū)處于流域最下游,地勢低洼,目前整個流域只有大田港閘一個排水通道,且閘站年久失修,現(xiàn)有的水系格局與水安全體系不協(xié)調。

綜合考慮流域內(nèi)的現(xiàn)狀地形及水系格局,通過新開河道、河道清淤疏浚等工程新建海綿體(圖3);考慮河湖水系重要性,設置不同的水域保護范圍,保護海綿體。通過對靈湖進行拓浚等工程,增加河湖的下滲、滯蓄和自凈能力,擴大排水流路,改善行洪排澇能力。

圖3　試點區(qū)河湖綜合整治布局

2.4.2.2低影響開發(fā)工程

將不同土地利用分為綠地、公共設施用地、工業(yè)用地、市政道路、居住用地,根據(jù)基礎條件選擇適宜的低影響開發(fā)措施分地塊控制[6-7],實現(xiàn)綜合徑流系數(shù)總體控制目標。

a. 綠地工程。根據(jù)現(xiàn)狀公園綠地地形等因素,將其改造成小型雨水花園,加強雨水調蓄,主要包括圍繞靈湖的靈湖公園綠帶、洛河中段的洛河公園綠帶和小塊的街頭綠地。參考《臨海市東部新城城市設計》,規(guī)劃試點區(qū)內(nèi)新建多個公園,公園建設中考慮低影響開發(fā)理念,對低影響開發(fā)措施比例提出硬性要求,實現(xiàn)雨水就地下滲。

b. 公共設施用地。根據(jù)各公共設施用地的特征,規(guī)劃試點期內(nèi)對臨海市體育館、臺州中學、臺州學院等工程進行低影響開發(fā)改造,博物館、展覽館、醫(yī)院、汽車站等工程通過設計變更等方式,增加低影響開發(fā)措施。試點期外開工建設的其他公共設施項目,應結合各自用地特征及臨海市對海綿城市建設的要求,編制相應的海綿城市建設方案。

c. 工業(yè)用地。利用低影響開發(fā)雨水設施收集雨水資源作為循環(huán)冷卻用水,節(jié)約水資源,提高水的重復利用率?，F(xiàn)狀工業(yè)廠房可用來建設低影響開發(fā)設施的空間主要有道路兩側及部分空地,可應用的低影響開發(fā)設施有雨水灌、蓄水池、透水路面、雨水灌渠、雨水初期棄流裝置等。具體建設方案[7]是:利用場地內(nèi)空地建設蓄水池,散置部分雨水灌,收集雨水。在蓄水池和雨水灌前端設置初期雨水棄流裝置,主要采用容積法棄流等形式,對存在初期沖刷效應、污染物濃度較高的降雨初期徑流予以棄除。

d. 市政道路。道路是城市面源污染主要發(fā)生地區(qū),因此低影響開發(fā)措施應重點突出截留污染物作用,改造凸式緩沖帶為下凹式,利用植被吸附作用減少污染物,但需要注意雨水對泥土的侵蝕作用;從內(nèi)澇治理角度來看,在道路兩側綠化帶寬度適宜的前提下,可以考慮設置雨水花園等調蓄措施,減少進入排水管網(wǎng)雨水量,減輕管網(wǎng)排水壓力。

e. 居住用地。居住用地主要包括連片開發(fā)的小區(qū)、城中村及農(nóng)村集聚點等幾種類型,各類居住用地建筑質量與特點之間存在較大的差異。對現(xiàn)狀居住用地分別采用各種生態(tài)修復與優(yōu)化方式進行改造,如增加綠色屋頂,改造現(xiàn)狀公共綠地為下沉式綠地,改造現(xiàn)狀硬質鋪裝為透水鋪裝, 改造現(xiàn)狀小片社會廣場為下沉式廣場或集雨廣場,路邊增設植草溝代替原有道路排水體系,現(xiàn)狀綠地內(nèi)增設集水池、生態(tài)塘、現(xiàn)狀池塘等。未來新規(guī)劃居住小區(qū),按照本實施方案規(guī)定的控制指標,宜采用上述多種措施的組合,增加對雨洪資源的集蓄和利用能力。

3目標可達性分析

“海綿城市”建設設施以徑流總量和徑流污染為控制目標進行設計時,設施具有的調蓄容積一般應滿足“單位面積控制容積不低于80%”的指標要求。設計調蓄容積一般采用容積法[8]進行計算:

(1)

式中:V為設計調蓄容積,m3;H為調設計降雨量,mm;φ為綜合雨量徑流系數(shù),可參照表1進行加權平均計算;F為匯水面積,hm2。

計算原則:

a. 頂部和結構內(nèi)部有蓄水空間的滲透設施(如復雜型生物滯留設施、滲管渠等)的滲透量應計入總調蓄容積。

b. 調節(jié)塘、調節(jié)池對徑流總量削減沒有貢獻,其調節(jié)容積不應計入總調蓄容積;轉輸型植草溝、滲管/渠、初期雨水棄流、植被緩沖帶、人工土壤滲濾等對徑流總量削減貢獻較小的設施,其調蓄容積也不計入總調蓄容積。

c. 透水鋪裝和綠色屋頂僅參與綜合雨量徑流系數(shù)的計算,其結構內(nèi)的空隙容積一般不再計入總調蓄容積。

d. 受地形條件、匯水面積大小等影響,設施調蓄容積無法發(fā)揮徑流總量削減作用的設施,以及無法有效收集匯水面徑流雨水的設施具有的調蓄容積不計入總調蓄容積。

表1　徑流系數(shù)參考取值

注：參數(shù)摘自《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術規(guī)范》。

根據(jù)表1計算工程實施后試點區(qū)的綜合雨量徑流系數(shù)φ為0.54,設計降雨量H參照杭州80%年徑流總量控制率對應的設計降雨量為24.9 mm,根據(jù)式(1)計算得到設計調蓄容積為283 845 m3。

實施方案中各類設施有效調蓄容積分類計算如下:

a. 滲透設施有效調蓄容積按式(2)進行計算。

(2)

式中:Vs為滲透設施的有效調蓄容積,包括設施頂部和結構內(nèi)部蓄水空間的容積,m3;V為滲透設施進水量,m3;Wp為滲透量,m3。

b. 以儲存為主要功能的調蓄容積計算。雨水罐、蓄水池、濕塘、雨水濕地等設施以儲存為主要功能時,其儲存容積通過容積法進行計算。

(3)

式中:V′為調節(jié)設施容積,m3;Qin為調節(jié)設施的入流流量,m3/s;Qout為調節(jié)設施的出流流量,m3/s;t為時間計算步長,s;T為計算降雨歷時,s。

經(jīng)計算,該工程中的湖泊、濕地、蓄水池、生物截流設施、滲透塘、下沉式綠地的總調蓄容積為284 590 m3,大于設計調蓄容積,因此實施方案中的工程措施實施后,東部新區(qū)能夠達到的徑流總量控制率為不小于80%。

城市徑流污染物中，SS往往與其他污染物指標具有一定的相關性，因此，一般可采用SS作為徑流污染物控制指標，年SS總量去除率可用下述方法進行計算：

(4)

表2　海綿城市建設指標

4結語

臨海市東部新城是臨海市城市未來發(fā)展的重點,同時也是城市水問題集中凸顯的地方。東部新城易受山洪影響,在考慮流域控制的海綿城市建設時,通過構建外圍流域水安全保障體系,強化內(nèi)部河湖水系治理,可以為山前平原地區(qū)治水思路提供借鑒。

將徑流總量控制率作為臨海市海綿城市控制目標,考慮流域控制的海綿城市實施方案編制是將流域綜合管理理念與海綿城市相融合,目標選取應因地制宜,突出區(qū)域特點,綜合考慮水安全、水環(huán)境、水生態(tài)、水資源等不同需求。重點引入水系連通性、水面率等反映健康河湖的指標;在做好排水管網(wǎng)普查基礎上,重點結合內(nèi)澇風險評估,突出排水管網(wǎng)標準等傳統(tǒng)指標。需要指出的是水質達標率、雨水資源替代公共用水率、中水回用率等指標也是衡量海綿城市建設成功與否的重要標準。

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Practice and thoughts about implementation plan for sponge city construction in Linhai City

ZHAN Zhongyu, CHEN Xing, TIAN Chuanchong

(CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract：Currently, implementation plans for the construction of sponge cities are mostly designed from the municipal perspective, with focuses placed on the application of low-impact development measures, and with a lack of a systematic construction concept. To solve these problems, using Linhai City as a case study, we analyze the problems and needs while considering basin flood control and two project systems, which include the peripheral safeguard project and internal implementation plan, discuss the key points of the practice of designing implementation plans for sponge cities, and provide recommendations for popularizing sponge cities in China.

Key words：sponge city; construction plan; low-impact development; total runoff volume; Linhai City

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.02.002

基金項目:國家自然科學基金(51579148)

作者簡介:湛忠宇(1991—),男,碩士研究生,研究方向為城市水文。 E-mail:zzynjlhr9111@163.com

中圖分類號：TV213.4

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)02-0005-04

(收稿日期：2015-12-28編輯：徐娟)