慈城新城的水敏感城市设计

2017-06-15严再天段闻生

城乡建设 2017年7期

■ 严再天段闻生

慈城新城的水敏感城市设计

■ 严再天段闻生

始于 2002年规划的宁波慈城新城，参照了慈城古城棋盘式路网布局以及慈湖蓄涝、河街相依的优秀规划与治水思想，结合国外生态可持续发展的理念，在雨水生态处理、收集利用等方面兼容并蓄，“古为今用、洋为中用”，设计并建设了相应的基础设施。本文以慈城新城为例，介绍了雨水生态处理设施的建设情况，探讨了WSUD（水敏感城市设计）在海绵城市建设中的应用。

慈城古县城，位于浙江省宁波市江北区，始建于唐开元二十六年（公元 738年），是目前我国江南地区保存最完整的千年古县城。为使慈城古县城珍贵的历史遗存得到有效保护，2001年底，宁波市政府决定在古城南部规划慈城新城。通过新城建设，促进古城保护，新老互动，相得益彰。

图1 慈城古城和慈城新城

为了使慈城新城本身具备一定的防洪能力，以官山河两岸为界，结合外围道路，采用路堤合一的方式形成围合，将慈城新城分为官山河以东、以西两个围圩区域。为方便围圩雨水汇流，在东、西圩区内开挖若干条水道，分别与两个蓄涝池相连—河西 403 亩的中心湖、河东 304 亩的东湖。

慈城新城规划水域总面积 808.5 亩，水面率为 10.36%，居民居住、娱乐休闲和生物栖息要求的滨水空间较为丰富。水体质量的好坏与城市环境的相互关系非常敏感，如何做到保证水体质量成了影响城市品质优劣至关重要的一环。

慈城新城WSUD设计思路

在充分研究慈城自然水文环境的前提下，2002年由澳大利亚DEM公司和宁波市规划院联手进行慈城新城控制性详细规划时即考虑了采用 WSUD（Water Sensitive Urban Design，水敏感城市设计）理念进行新城水系规划。在借鉴悉尼的水敏感城市设计理念和成功经验的同时，参考古城200 米 ×200 米的道路间距及路河相依的“棋盘式”路网格局，利用现代城市规划手法，形成了新城“窄马路、密路网”的道路布局。

慈城新城 WSUD设计的基本思路是：道路和地块雨水流入设置在路边或河边的生态滤水带（Bioretention System），经渗透过滤后进入滤水带下部的透水管进行雨水收集，之后汇入雨水主管，雨水主管与新城内部河道相通，最终汇入中心湖或东湖（见图 2）。

图2 慈城新城西南区域生态带布置及地块排水方向示意图

新城外围水系虽然发达，但水体污染严重，若与新城水系连通，客水会污染新城水系，从而降低城市品质，使新城居民感受不到WSUD 生态雨水过滤的实际意义和效果；另一方面，每条与外部水系连接的河道需在新城外围堤线上增设防洪水闸，引起建设和后期管理、维护费用的增加。因此，慈城新城两个围圩区的河道与城外水系不能互连，只能形成各自的独立水系（见图 3）。内部河道除了输送沿岸地块汇流和道路雨水外，还与蓄涝池共同承担汇流区域的蓄洪功能。通过河岸绿化，也为沿河地块提供舒适的水体景观空间。

图3 慈城新城水系图

路边生态滤水带大都结合道路绿化带进行布置，但与普通绿化带地表高于路面不同，为保证雨水流入，滤水带比路面低 20cm 左右。同时，为避免道路侧石对水流形成阻挡，需采用间断或留有排水通道的路缘石（见图 4）。

生态滤水带由三层组成，从上到下依次分滤料层、过渡层和排水层（如图 5所示）。每层的厚度和功能不同，其物料颗粒级配要求也不一样。最上部的滤料层厚度约 50cm，由严格级配的颗粒及沙土组成，绿化植物生长其中，雨水主要靠该层进行滞留和过滤；过渡层是介于滤料层和排水层之间的砂层，其厚度约 10cm，由级配中粗砂组成，其主要功能是防止上部滤料层中较小的有机质和细土沙颗粒进入其下部的排水层而降低渗透能力或阻塞其下部的透水管；排水层厚 25～35cm，由较粗颗粒物和透水管组成，作用是输送和排放雨水。透水管埋设在排水层颗粒物之中，颗粒物在透水管周边形成良好的渗水流动空间，使过滤后的水体进入透水管，然后经雨水主管流入内部河道。

根据系统架构，直流增益在线测试系统硬件组成如图3所示。主要包括多通道同步数据采集系统、测试转接盒、电压补偿器、任意波形发生器、高精度可编程电源、40芯屏蔽双绞电缆、计算机显示终端和数据采集分析软件(用于远程获取双极晶体管受照射过程中的直流增益信息)。其中，多通道数据采集系统为硬件设备提供控制信号，完成对晶体管工作点电压的实时采集，由数据采集分析软件完成对采集的数据进行计算、处理、存储、显示等功能。

图4 慈城新城生态滤水带路缘石

图5 生态滤水带（Bioretention System）断面示意图

WSUD应用试验

虽然WSUD原理并不复杂，但由于没有实际案例作参考，在实施前需要进行全过程试验研究，目的是提前搞清在实施过程中可能遇到的问题，并以试验成果指导实际施工。从 2006年起，笔者进行了长达三年的试验，内容主要包括：按实际应用尺寸制作滤水带试验模型、各层滤料选择及配合比试验、渗透稳定性及土体流失试验、植物生长试验以及滤料和植物组合后的滤水效果试验等。

1．试验模型

滤水带模型用型钢和钢板制作，内壁尺寸为 2300mm（宽）×5000mm（长）×1150mm（高），在一侧的中部设置了宽 800mm 的通高钢化玻璃用于观察渗水和植物根系生长情况。沿不同高度设置玻璃液位管和量尺，用于观察各层的液位变化和渗透速度等情况（见图 6）。

图6 用不同材料进行的生态滤水试验

2．生态带填料

组成滤水带的三层物料中，滤料层的主要成分是颗粒较小、含有一定有机质的级配砂土。该层是绿化植物生长的土壤和根基，并承担雨水的首次过滤，其厚度最大，物料用量也最多。对其物理性能（渗水性、保水性、稳定性、含盐量、pH值、有机质含量等指标）的要求也最高。由于在滤料层需种植须根发达且耐旱、耐涝的植物，因此该层物料既要满足雨水顺利渗透的要求，也要满足植物生长所需有机质的含量和干旱时具有一定保水性的要求。

试验发现，即使满足设计指标的人工级配材料，由于有机质和细微颗粒含量、不同粒径颗粒之间的粘结、附着性能等物理性质的差异较大，其滤水和植物成长的效果也明显不同。这更加强化了进行该项试验的必要性。

理想的滤料层土壤混合物组成比例：沙土（0.05～2mm）50～70%，粉砂土（0.002～0.05mm）5～30%，黏土（＜ 0.002mm）5～15%。混合物 pH 值 6～7.5。

过渡层的材料为中粗砂，满足其级配要求的材料相对容易找到。过渡层材料的级配要求为：

项目技术要求筛孔尺寸（mm） 1.4 1.0 0.7 0.5通过质量百分率（%） 100 80 44 8.4颗粒级配

排水层为大小过渡均匀的砾石和埋设于其中的透水管组成。砾石的粒径在2～10mm之间，透水管直径在150mm左右。由于当时在市场上购买不到符合设计要求的透水管成品，我们试验和实际工程应用的透水管都用波纹管加工制成。在波纹管上沿环向开设宽度不超过 2mm、长度不超过 50mm 的进水孔，进水孔沿环向在管壁上均匀布置。在保证透水管强度的前提下，开孔密度、孔洞面积和透水管的数量由滤水带的渗流能力经计算确定。