街区及场地尺度的排水规划编制研究——以合肥市水文条件为例

Drainage Planning Formulation in Neighborhood Scale —The Case of Hydrological Conditions of Hefei City

张玉鹏 ZHANG Yupeng

街区及场地尺度的排水规划编制研究——以合肥市水文条件为例

Drainage Planning Formulation in Neighborhood Scale —The Case of Hydrological Conditions of Hefei City

张玉鹏 ZHANG Yupeng

摘 要近年来，城市暴雨内涝问题得到了各界广泛关注，城市雨水管理的重要性日益凸显。本文基于最佳管理实践（BMPs）和低冲击度开发理念（LID）、水敏城市设计(WSUD)和可持续雨洪管理策略（SUDS）等国际主流城市雨洪管理策略，发掘其在街区小地块中雨水调蓄利用方面的控制内容。本文以详细规划为切入点，基于合肥市水文资料，提出地块开发的“零径流”控制标准及地块蓄水容积的设计要求，希望在日后的城市建设中能将雨水的管理控制加以考虑，减少人为的内涝风险。

关键词雨水管理理念；详细规划；零径流；调蓄容积

张玉鹏： 合肥市规划设计研究院编制研究中心，规划师，729652936@qq.com

Abstract:In recent years, the problem of urban rainstorm waterlogging has raised wide attention, and the importance of stormwater management has become increasingly prominent. Based on an overview of Best Management Practices (BMPs), Low-Impact Development Concept (LID), Water Sensitive Urban Design (WSUD), Sustainable Urban Drainage System (SUDS) and other international city rainwater management strategies, this paper explored their contents in utilizing the rainwater storage for the neighborhood small plots. Based on hydrological data of Hefei city, this paper proposed control standards of “zero runoff” and design requirements of block storage volume in land development. It is expected that the urban construction could take the management of stormwater into consideration so as to reduce the risk of waterlogging in the future.

Keywords:Stormwater Management Concept; Detailed Planning; Zero Runoff; Flood Storage Capacity

0 引 言

中国城市已经进入“城市病”集中爆发期，其中，内涝灾害是城市化带来的城市型洪水灾害，对经济建设发展和构建和谐社会构成极大的危害。2012年2月上海社会科学院城市与区域研究中心发布的《国际城市发展报告（2012）》中指出，中国城市已经进入“城市病”集中爆发期。城市人口的快速膨胀、规划缺乏预见性以及城市基础设施的承载力限制等因素导致了交通拥堵、秩序紊乱、运营低效、抗风险能力差等一系列问题，制约城市的发展。

近年来，在城市排水方面的研究，日益增多。国外的先进雨水管理理念也逐步走进规划者与决策者的视野。国际上对城市雨水的管理已经有了比较成熟完整的体系，20世纪80年代初，国际雨水集留利用系统协会成立，美、德、英、澳、日等国家长期致力于雨水管理的研究，开发多种水文模型，并建立起完善的技术以及保障体系。主流理论基础主要有：美国的雨水最佳管理实践（BMPs）和低冲击度开发（LID）、澳大利亚的“水敏城市设计”（WSUD）、英国的可持续雨洪管理策略（SUDS），此外还有绿色基础设施（Green Infranstructure）、更优场地设计（Better Site Design）、保护式发展（Conservation Development）、零排放（Zero Discharge）等。

然而，如何将理论与各地不同的实际情况联系起来，仍是我们规划师要深入研究的重要课题。街区及场地尺度的规划是规划理念在城市建设中最首要的试验场，并且街区及场地尺度的规划控制则对城市环境起到最根本、最微观的影响，也是人为活动对城市自然环境做出的最直接的影响。因此，从街区及场地尺度考虑城市土地的开发与建设、城市绿地及水域的保护以及雨水设施的建设，对于缓解甚至解决城市内涝问题具有直接意义。

1 控制层次与目标

街区及场地尺度的规划设计一般是指修建性详细规划，包括控制性详细规划与修建性详细规划，两者出发点不同，控制目标不同，影响范围也不同。

控制性详细规划在用地范围控制方面，应遵循严格保护水系及自然植被的原则，引导城市建设因地制宜，不鼓励大肆改造城市地势地貌；在用地开发强度控制方面，从生态可行性角度进行城市用地开发的校核，特别是城市新区建设，在保障生态良性循环的基础上进行集中建设，集约利用土地；在地下市政设施建设方面，应以“统筹发展观”为原则，将地下市政建设与地面土地开发强度结合起来，保障基础设施建设先行，并与城市发展水平相匹配，特别是旧城更新建设中，应将管线扩容与雨水留蓄工程建设手段相结合，采用最经济可行的技术解决内涝问题。

修建性详细规划是任何理念从设计落到实处的必要步骤，其规划主要内容是建筑与场地设计，主要包括建筑的排布，场地雨水分区、地形坡度设计及地下管线排布与管径等设计。修建性详细规划对雨水控制的基本目标是“零径流”，即土地开发前后地表径流量保持不变，“零径流”理念不仅体现在直接地减少了因地表城市化而增加的雨洪径流，延缓径流汇流时间，减轻市政管道压力，对预防城市内涝起到了重要作用，同时，鼓励城市开发注重对城市水文环境的保护，补充地下水，预防城市地表沉降。

2 控制指标体系

2.1 推理公式法适用范围界定

我国雨水管道设计唯一法定的计算公式是推理公式法，国外研究显示推理公式法因其径流系数选定的模糊性和其对降雨时间空间的变化情况过度概化等原因，对地面径流量的计算容易产生偏差，这种误差在大流域雨水系统的规划设计中尤为明显，其偏差有时比实测结果大一倍以上[1]。因此对范围较大的规划区域不宜采用推理公式法，而应采用较为科学准确的暴雨径流计算模型。然而，城市自然条件不同、下垫面不同、地下排水管网的密度规模不同对暴雨径流模型的影响较大，应用中暴雨径流模型也暴露出一些实际问题，如数据来源分散，可用数据来源较少；雨洪模型的监测落后，无法得到雨水管道水量信息；模型参数复杂，计算速度较慢，较难在规划过程中推广使用。

较暴雨径流计算模型，“暴雨公式”（Qs=qΨF参见《室外排水设计规范》）作为一种传统的计算方法，具有其自身优势——数据来源可靠、计算公式简单、便于推广，因此，在城市规划中依然有其存在的地位与价值，只是需要界定其适用范围。

研究显示只要将推理公式法限制在受地表蓄流影响较小的小流域，其精度仍然可以得到保障。美国规定其适用面积为40~80hm2；英国规定其适用的设计管径不大于600mm，沃林福特程序中的修正的推理方法将适用范围扩大到150hm2；欧盟规定推理公式法可以应用于汇水面积小于200hm2或汇水时间小于15min区域[1]。我国地理气候环境复杂，各地推理公式的适用范围应尽可能反映流域的地貌环境、气候条件等，并提高其准确性。笔者认为，中国城市主干道划分的用地面积大约为1000m ×1000m，即100hm2（约是一个居住区的规模），介于国外相关研究的数据之间，可作为适用推理公式法的上限值，各地再结合当地的自然环境及社会条件对此上限进行调整。

下文计算都是建立在推理公式适用范围之内的微观地块指标控制。

2.2 控制指标构成

根据“零径流”原则，笔者提出“径流系数”指标和“调蓄容积”指标两个强制性指标来控制城市用地的开发建设，减少城市市政管道压力，为城市建设进行扩容。

土地开发的雨水管理基本出发点是“零径流”原则，即保证地块径流系数维持开发前的状态，一般针对城市新城（区）开发，因此将“径流系数”引进城市设计指标体系中是十分必要和有效的。城市规划建设中，规划师和开发商在进行土地开发时，将必须考察当地的水文条件以及基地的开发前径流系数等，采用多种滞蓄手段保证土地开发前后径流量的恒定，并从雨水利用角度因地制宜进行建设，提升开发区品位，并且有利于土地水文环境的保持，另外，已经开发过的土地其维持“零径流”相对容易，因此，此措施还可鼓励开发商开发旧城区土地，进行城市更新，减少城市对外扩张。

“调蓄容积”是减缓雨水洪峰流量的重要保障，并且有利于回收雨水、鼓励再利用，日本雨量丰沛，其1992年颁布的“第二代城市排水总体规划”要求任何新建和改建的大型公共建筑必须建设雨水滞蓄设施，每公顷新开发用地必须有500m3调蓄雨水的容积，留蓄的雨水基本可以满足除饮用水之外的用水需求，从经济上可以有效弥补建设雨水调蓄设施的费用。

2.3 调蓄池、多功能调蓄场地容量计算

调蓄池作为一种可以实际量化的工程手段，具有极强的可操作性与可监控性，因此，作为一种可量化的手段，笔者认为应作为土地开发过程中的强制性指标来进行提出。本文调蓄池容量的计算仅从“零径流”角度出发进行研究，以实例探讨普通地块所需的基本调蓄池容积。

首先应计算汇水范围内的平均径流系数：

式中：

Ψ——平均径流系数

ηi——不同下垫面百分比 %

ψj——不同下垫面对应的径流系数

表1 上海市系统调蓄量f值确定表Tab.1 systematic flood storage capacity f determination table in Shanghai

城市排水系统建设中，城市的综合径流系数见下表1。

第二运用德国污水协会制定“ATV Arbeit sblatt A128-1992 标准”，初期混合污水调蓄池容积按下式计算:

式中：

V——调蓄池容积（m3）

f —— 单位收集面积需调蓄初期雨量（mm）

A—— 收集面积（hm2）

ψ—— 径流系数, 建议值为 0.7[2]，同城市渗透面面积相关;

β—— 安全系数, 建议值为 1.5，参考上海成都路雨水调蓄池设计指标[3]。

f取值应根据自身暴雨径流特点确定，德国的f值为1.2~4之间，上海按照区域人口密度进行了f值等级划分[2]（表2）。城市人口愈小，降水愈均匀，f值取值愈小，合肥市降雨分配不均，且城区建设密度较大，建议选取较大值3。

因此，选取标准城市地块1hm2计算，平均径流系数选取为0.7，绿地径流系数取0.2，运用公式（2）可以概算出合肥市城区平均1公顷建设用地需要配备22.5m3的雨水调蓄池，可保证其开发前后径流量保持基本不变。上海成都路雨水调蓄池约24m3/ hm2，上海世博园约30m3/hm2[4]，笔者认为其计算结果相对科学。

表2 不同城市功能区用地类型的雨水规划标准Tab.2 the stormwater planning standards of different types of land use in different functional zones

若结合渗透性铺地及“绿色基础设施”的改造，合肥市城区22.5m3/hm2的调蓄容量是十分充足的。然而调蓄池的建设不仅要满足“零径流”的控制指标，还应结合地块雨水回收利用技术，从工程投资、节水效益上综合考虑适合不同地块的雨水调蓄池容积以及“源控制”技术的选用。

调蓄池设计适用于地面土地紧张或功能不允许的规划设计中，而城市中还存在很多开敞空间，可以结合下沉广场、景观水系等形成“隐形”调蓄池[5]。

结合公园的场地条件及城市对防洪排涝的标准要求，计算不同重现期的雨水径流总量，计算公式为：

式中：

W——年均径流量（m3）

H—— 不同设计重现期设计降雨量（mm）

F—— 汇水面积（km2）

ψ—— 综合径流系数（城市地区视汇水区内下垫面情况而定）

根据不同设计重现期的降雨量，可以计算出等面积下沉广场可调蓄容量（图1），或者等调蓄高度条件下的下沉调蓄场地的面积，在此基础上，尽可能保护植被，利用硬化铺地的下沉广场作为调蓄场地，并在集中雨期结束后将雨水尽快排入市政管道或者河道中。

图1 下沉广场纵断面高程设计Fig.1 elevation design of vertical section in sunken plaza

室外多功能调蓄场地对于缺水城市和内涝严重的城市，是一种综合有效的雨水管理手段，对城市汇水区进行科学计算，精确设计多功能调蓄场地，不仅能增加水资源、回补地下水，削减洪峰流量、保障城市安全，更能经济高效、充分科学地利用土地资源，最大限度地发挥土地的综合效益，为景观设计提供一种科学的出发点和设计依据。

2.4 小结

通过上文的分析与计算，参照合肥市的自然地理条件与城市建设情况可以得出：

“径流系数”恒定：鼓励开发已有用地，并限制城市的过度“硬化”，恢复自然水循环。

“调蓄容量”建议值22.5m3/ hm2，结合“源控制”技术手段，可以减轻排水系统压力，降低排水管网改造升级造价，为城市的再建设提供发展空间，节约水资源，实现资源与环境的协调持续发展。

3 控制方法体系

3.1 雨水管理方案的制定

雨水管理方案是城市建设者正面积极地解决城市雨水问题的重要手段与依据，是多学科的交叉实践，其中包括水文和水利工程、环境科学、水文生态和水资源管理、城市规划、景观设计等学科（图2），也是地方政府、开发商和市民等利益相关主体进行博弈的主要目标。

图2 澳大利亚城市水敏感设计雨水Fig.2 water sensitive stormwater design in Australia

首先，在收集及分析资料的基础上，明确规划目标。不同场地的地理环境、降水条件、开发功能以及对周边的干扰程度都有着明显的不同，应统筹考虑适合场地开发的雨水管理目标与理念，如硬化较高的商务贸易区应采用地下蓄水池以及水景景观的营造等以雨水留蓄为目标的雨水管理理念；绿化率较高的小区应采用下凹式绿地、绿化沟渠以及“雨水花园”等加大雨水的入渗量（表3）。

表3 不同城市功能区用地类型的雨水规划标准Tab.3 the stormwater planning standards of different types of landuse in different functional zones

其次，确定规划标准。不同用地性质的土地开发的雨水管理标准不同，无论是上文提到的“零径流”原则还是雨水调蓄池建设标准，都不能不顾实际情况推而广之。刘颂在《西方国家可持续雨水系统设计的技术进展及启示》[6]中提到德国针对不同用地采用不同的规划设计标准，笔者借鉴其分类标准，探讨适合国内建设条件下的雨水系统规划手段。

第三，可行性研究。城市地下水位深浅不一，土壤渗透能力也具有很大差异，若地下水位较浅，不仅不能采用入渗技术措施，反而要尽量避免雨水渗入地下，以免影响建筑地基。因此，土地开发之初，必须请专业人士进行雨水系统的技术性和经济性进行可行性研究，为规划提供决策基础。

第四，技术措施选用。根据可行性研究报告，针对不同的用地类型，选用科学合理、经济适用的雨水系统措施。

3.2 传统排水体系的选择与优化

传统排水体制的排水理念是将雨水快速排出，避免城市内积水，也叫做“末端治理”。目前排水体制有两种，一种是合流制，一种是分流制，具体的还分为直排式合流制、截留式合流制、全处理式合流制、完全分流制排水系统、截流式分流制排水系统、不完全分流制排水系统。

表4 可持续雨水管理措施的对比分析Tab.4 comparative analysis of sustainable stormwater management measures

笔者认为，排水系统作为城市市政排水的重要组成部分，其体制的选择必须要适应本地的地理经济条件，不可一刀切的选择分流制（表4）。国外城市在排水体制的选择方面则更多的考虑了其性价比及地域性。例如，美国学者早在20世纪60年代便对全球600多个城市的排水系统进行了研究，将直排式合流制排水系统改为截流式合流制与改为分流制的投资比例为1:3[7]，特别是在旧城改造中，由于地下管网复杂几近饱和，且受制于外围排水管网的排水能力，对雨水的排除未必可以达到理想的效果；德国历史久远，经济条件优越，但德国并没有选择分流制的道路，而是因地制宜的选择不同的排水方案，其中合流制排水系统约占70%；而瑞典认为分流制改造影响大，耗时长，造价高昂，且技术上并不能根治水污染问题，早在20世纪80年代便放弃了雨污分流的思想；日本东京，作为世界首屈一指的超级都市，雨量丰沛，其合流制排水却占到90%，并未见暴雨及台风会导致城市毁灭性的内涝灾害。因此，总体来看，欧美等发达国家并没有一味的追求分流制，而是对原有的合流制进行改造，并结合雨水的“源控制”措施，用有效的成本来达到控制雨水径流与污染的效果。

因此，我国排水系统体制的选择，不应仅着眼于体制选择，更不应盲目地求“新”求“贵”，而应多一些理性的研究与思考，允许城市存在并长时期存在合流制，并将工作的重点转变到促进雨水的蓄、截、排、用等方面，将城市雨水的排除与城市雨水循环有机结合起来，与雨水的污染控制结合起来，与保护城市生态安全结合起来，与城市经济效益结合起来，因地制宜地选择适合当地发展的可持续的排水体制，使之成为可持续排水系统的一个重要组成部分，而不是唯一组成部分。

3.3 建立可持续雨水系统

西方国家在20世纪70年代从单纯依靠市政管道排水的理念中走出来，开始“源控制”与“下游控制”的尝试，国外发达国家将雨水渗沟、渗塘、透水地面、多功能调蓄场地等多种多样的方式手段作为传统排水体系的有力补充，甚至是成为城市雨水控制的主体手段，并不满足于城市地下的雨水排除与集蓄，而是利用城市内一切可利用空间调蓄雨洪。

从雨水控制的不同出发点对可持续雨水管理类型进行划分，可分为以渗透为主的雨水管理，以雨水收集为主的雨水管理以及以管道排除为主的雨水管理，三者之间并不是完全分立的，在同一场地可以采用多种不同的雨水管理方式。

笔者建议从学校、大型公建甚至高品质的小区的规划设计入手推广先进的雨水管理理念，“强制就地滞洪蓄水”，形成品牌效益，使开放商认识到雨水管理的经济效益与环境效益，形成双向的推广机制。

在城市旧城区重涝区改造中，城市建设情况复杂，排水管线的扩容困难重重，不仅管线之间关系复杂，很多地下管线甚至已经把道路下的地下空间布满，根本没有条件进行管道的管径扩容。笔者建议采用“二次排水机制[8]”，“利用城市内一切可利用的空间”，将公园、停车场、运动场进行改造或再设计，降低其标高，或利用立交桥下的大空间进行雨水调蓄池的设计，将暴雨的雨水进行暂时存储，降低城市内涝发生风险。

4 结 语

目前的雨水规划开始引入各种先进的管理理念，重视雨水的回收利用，意识到城市自然水系与洼地的重要性，但其自身理论系统的不完善，在进行微观城市开发中并不能将宏观规划及专项规划中的理念进行有效贯彻。

微观的城市开发原则依然是老生常谈的“尊重场地与区域特征”，在雨水管理领域也是同样适用，笔者认为，规划设计应该意识到场地内的水循环过程，尊重并保持甚至“暴露”水循环过程，通过创意的规划设计展现水循环之美，加强自然过程与人们生活的紧密联系，努力用一种“生态敏感、社会功能齐全以及经济效益良好的方式[9]”来开发土地，从下而上地营造和谐安全的城市。

参考文献：

[1] 马洪涛, 张晓昕, 杨东方, 等. 基于模型的城市雨水系统规划优化方法研究[J]. 山东建筑大学学报, 2008, 23(06): 510-514.

[2] 黄建秀, 李怀正. 调蓄池在排水系统中的研究进展[J]. 环境科学与管理, 2010, 35(04): 115-118.

[3] 黄鸣, 陈华, 程江, 等. 上海市成都路雨水调蓄池的设计和运行效能分析[J]. 中国给水排水, 2008, 24(18): 33-36.

[4] 谭琼, 李田, 张建频, 等. 初期雨水调蓄池运行效率的计算机模型评估[J]. 中国给水排水, 2007, 23(18): 47-51.

[5] 张燕. 城市多功能雨洪调蓄设施[J]. 北京规划建设, 2010(02): 55-58.

[6] 刘颂, 章婷婷. 西方国家可持续雨水系统设计的技术进展及启示[J]. 中国园林, 2010 (08): 44-48.

[7] 王淑梅, 王宝贞, 曹向东, 等. 城市排水系统体制探讨[J]. 城市建设理论研究, 2011(18): 56-58.

[8] 贺小虎. 城市大雨“沦陷”拷问排水规划设计[J]. 中国勘察设计, 2011(08): 6-10.

[9] 阿尔弗雷德·维克. 低影响的土地开发：注重保护自然过程[J]. 中国园林, 2009(10): 82-87.

图表来源：

图1：《城市多功能雨洪调蓄设施》张燕

图2：《国外城市雨水利用进展》王思思

表1：《室外排水设计规范》(GB50014-2006, 2011版)

表2：《初期雨水调蓄池运行效率的计算机模型评估》谭琼, 李田, 张建频, 等

表3-5：作者整理绘制

（编辑：李方）

DOI:◎风景园林10.13791/j.cnki.hsfwest.20150320崔珩, 黄喆. 试论风景名胜区休闲度假设施的建设问题与规划策略——以四川省为例[J]. 西部人居环境学刊, 2015, 30(03): 101-107.

收稿日期：2014-08-12

作者简介

文 章 编 号2095-6304(2015)03-0096-05

文献标识码B

中图分类号TU984.11+9