基于海绵城市理念的山洪防治工程规划设计

2018-11-14叶振华

福建建筑 2018年10期

关键词：山洪山体海绵

叶振华

(福建省建筑设计研究院有限公司福建福州 350001)

0 引言

随着城镇化建设的发展，大量城市的规划范围已扩展到原本的郊区山体之下，或者是将城市新的居住、教育、工业等性质的组团规划在靠近山体的区域，形成了傍山城市或城市组团。这种类型的城市或城市组团面临着山洪防治的重要任务，有必要进行认真的规划与设计。

1 山洪防治工程规划与设计的原则和工程措施

1.1 山洪防治的主要原则

山洪是指山区通过城市的小河和周期性流水的山洪沟发生的洪水。山洪防治的目的，是削减洪峰和拦截泥沙，避免洪灾损失，保卫城市安全。山洪防治规划与设计的主要原则有[1-3]：

①山洪防治应采用各种工程措施和非工程措施，实行综合治理，构建城市防洪安全的保障体系。

②注意保护自然环境和生态平衡，保护和美化城市环境，保护城市天然湖泊、洼地、水塘，充分发挥其防洪滞涝的作用。

③充分协调好防洪工程与市政、水利、交通和城市河湖水系、园林绿地、景观等工程建设的关系。

④除害与兴利相结合，注重雨洪利用，削减或控制城市暴雨所产生的径流和污染。

⑤因地制宜地选择合理的洪水排泄工程方案。根据地形，采取分区域就近、分散排放和“高水高排”等原则，削减穿越城区的排洪负担。

⑥注重节约，因地制宜，就地取材，降低工程造价。

1.2 山洪防治的工程措施

山洪防治体系，包括各种非工程措施和工程措施。非工程措施包括：洪水流域的规划管理，灾害预警预案，水库与滞洪区的调洪调度，应急对策等[1]。工程措施一般在上游采取水土保持、截洪沟和调洪水库、塘坝等措施，在中游修建谷坊、跌水缓流，在下游采取疏浚、排泄措施[3]。这些工程措施主要是[2-5]：

①利用山前水塘、洼地滞蓄洪水或修建小型水库调蓄山洪。山前水塘、洼地是天然的洪水调蓄设施，适当进行修整，就能起到调蓄的作用。在地形地势有利的条件下，可以修建人工水库调蓄山洪，同时积蓄的雨洪水可成为水库下方农业灌溉和居民生活水源。

②在山坡上方修建截洪沟、撇洪沟。修建截洪沟拦截山体径流，使之排入山洪沟或排洪渠，防止山坡径流漫流，冲蚀山坡，造成危害。截洪沟宜沿保护区域上部边缘等高线布置，并应选择较短路线或利用天然河道就近导入承泄区。撇洪沟是将山洪全部或部分向城镇外引导，直接排入下游水体。“高水高排” 是山洪防治的规划的重要原则。采用截洪沟、撇洪沟将山洪从城市上游引流直排城市下游河道，因势利导，不但可降低下游片区的防洪压力，提高城市防洪排洪体系的安全性，更减少了整个防洪排洪工程的投资。

③山洪沟保护治理。包括种植植物防护、修建蓄水式或排水式沟头防护设施等措施，以控制水土流失，防止山洪冲沟的不断发展。还包括修建谷坊、塘坝横向拦截山洪沟，使洪水中的泥沙在谷前沉淀下来，水流从溢流口溢流后下泄，能降低山洪的流速和冲刷能力，减少山洪的破坏力和含砂量。在纵坡较陡，流速较大的沟槽段修筑跌水或陡坡设施，也可以起到削减山洪能量的作用。

④修建排洪明渠、暗渠。排洪渠道的作用就是将山洪安全排至城市下游河道。排洪渠道渠线尽可能利用天然沟道，如天然沟道不顺直，或因城市规划要求改道，则要选择地形平缓、地质条件稳定、拆迁少、渠线顺直的地带。多数城镇面临的山体地形、地貌复杂，采用截洪沟、撇洪沟，或将天然沟道改道，从城镇外围排洪不可能或不经济，工程难度很大，难以实现时，排洪渠道往往必须穿过城镇。为了不给市容、环境卫生、交通等方面造成影响，通常采用暗渠的形式修建排洪渠道。排洪渠道的进口宜设置拦截山洪泥沙的沉砂池。

⑤水土保持措施。包括在坡度大于45°的山坡进行植树种草，在25°～45°之间的山坡造鱼鳞坑、水平截水沟，在坡角小于25°的山坡下部造坡耕地。但排洪渠道设计一般不考虑水土保持措施削减洪峰的作用，仍按自然条件下设计洪峰流量计算渠道泄洪断面，水土保持措施可作为增加防洪安全度的一个有利因素。

山洪防治工程措施的规划与设计，应根据所在的地形、地质条件，植被及沟壑发育情况，因地制宜，综合治理，形成以植被修复等生物工程措施与水库、谷坊、跌水、陡坡、撇洪沟、截流沟、排洪渠道、雨洪利用等工程措施相结合的综合防治体系。

2 山洪防治规划设计的原则和措施中的“海绵城市”建设理念

“海绵城市”建设，是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗、缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。其目标是：保护原有水生态系统，恢复被破坏的水生态，推行低影响开发以及通过种种低影响开发措施及其系统组合有效减少地表水径流，减轻暴雨对城市运行的影响。“海绵城市”建设，遵循的是顺应自然，与自然和谐共处的低影响发展模式[6]。综合运用“渗、滞、蓄、净、用、排”的方针措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，使城市能如同“海绵”，有良好的“弹性”，能适应环境的转变、应对自然灾害，在降雨时吸水、蓄水、渗水、净水，而在必要时将储蓄的水“释放”，继而能被有效利用。

山洪防治规划与设计的原则和措施中蕴含着“海绵城市”建设的理念。保护天然水体充分发挥其防洪滞涝的作用、注重雨洪利用、控制城市暴雨径流和污染、采取因地制宜的措施削减洪峰，这些原则与海绵城市建设的目标相吻合。在洪水流域的上游山体采取水土保持措施，可以增加雨水渗透，削减或阻滞地表径流，从源头减少洪水对城镇的威胁。修建水库、塘、坝，能蓄积山体产生的洪水，调节流量，减少洪峰量。在山洪沟上修建谷坊、跌水不仅能起到阻滞洪水的作用，还有一定的沉积作用，对洪水进行物理净化。顺应天然水道或因地形情况建设截洪、排洪、分洪渠道，就是顺应和利用自然的力量，有效地减少洪水对人们生活产生不利影响的洪水排放措施。由此可见，山洪防治的规划设计的原则和措施与“海绵城市”建设的理念是契合的，在进行山洪防治工程的规划设计中应该遵循这一理念，才能将山洪防治工程做好。

近年来，一些山地城市的山洪排放规划与设计已开始注意在山洪排放经过的路线，结合地形、城市规划，合理营造蓄水、调水的空间，蓄存雨洪水，作为城市景观水体，既减少洪水对下游的危害，又为城市补充水资源，构建美好的城市生活环境，实现对雨洪的综合利用[7-9]，努力实现人与自然的和谐共处。

3 基于“海绵城市”建设理念的山洪防治工程规划与设计案例

3.1 某傍山居住组团山洪防治工程的规划与设计

该规划居住组团位于福建省山区县城东郊，规划人口约5.36万人，总用地面积约188.19hm2，其中居住用地占47.37%，绿地与广场用地占32.72%，工业用地占8.98%。

该组团建设于河道北岸山麓，南面为临河道路，东、北、西三面环山。由于建设在山麓上，地势较高，没有防河洪及排涝问题，但存在山洪防治的问题。现状东、北、西三面山体径流向南汇流，经过规划用地排向南面河道，总汇水面积达到250hm2。

(1)截洪沟、排洪渠的合理规划

该项目截排洪工程规划，如图1所示，根据地形地貌，在组团外围北侧和东侧沿等高线布置多段截洪沟，并形成大小5个排洪渠，向南排放至河道。5条排洪渠结合天然沟道位置，以基本垂直河道走向穿越规划区和南侧临河道路，直接排入河道。中部2#～4#3条排洪渠穿越居住密度较大的区域，规划为暗渠，其余规划为明渠。其中，4#、5#排洪渠上游截洪沟截流东侧山体径流后，根据地形走向，应用了“高水高排”的原则，将水流沿居住密度小的区域和居住区外围撇入南侧河道，减少了穿越居住区内部的截洪沟的水量，减轻了该处的排洪压力。

图1 截排洪工程规划图

(2)结合景观进行排洪调蓄

根据规划，该组团东北部的一块居住小区内有一条排洪渠穿越，在进行小区内部场地设计时，根据该居住小区的总体布置，将原计划作为运动场的区域部分改为景观水体，排洪渠进入该小区后，接入该景观水池，如图2所示。平时的小雨水流被景观水池蓄积，形成景观水体，水体满后，流水经过控制闸门溢流至下游排洪渠。暴雨前，景观水体出口的控制闸门开启，将水池放空，并放下闸门，使水池成为蓄水调节池，起到迟滞和削减洪峰流量作用。该排洪渠上游截洪沟截流的山体汇水面积有13hm2，景观水池的有效容积达到1800m3，在山体产流系数为0.3时，在46.2mm降雨量的情况下，对下游经过小区内的排洪渠不产生排水，大大提高了小区防范山洪灾害的能力。

图2 居住小区内景观水体布置图

(3)修建集水沉砂井

该居住小区外围山体的截洪沟在设计和实施时，截洪沟起点山谷产流处、截洪沟陡坡段底部、截洪沟交汇点均修建了汇流集水井和跌水消能池，总共10处，不仅可以起到迟滞水流和消能的作用，还有一定的沉淀作用，如图3～图4所示。小区内景观水体的前一部分也设置为沉砂池，将汇入景观水体的水流进行再次沉淀，然后通过溢流口至下一段水体，保证了水体水质，也产生了跌水的景观效果。

图3 汇流集水井示意图

图4 跌水消能池示意图

3.2 某城市新区山洪防治工程的规划

福建省某山区县城西郊，规划一处傍山新区。该新区规划人口约3万人，总用地面积约140hm2，其中公共管理与服务设施用地占14.11%，居住用地占25.34%，商业服务设施占7.74%，绿地与广场用地占27.97%，公共设施用地占2.72%，道路与交通设施用地占22.12%。该组团建设于河道北岸山麓，南面为河道，东、北、西三面环山。

由于建设在山麓上，地势较高，没有防河洪及排涝问题，但也存在山洪防治的问题。现状东、北、西三面山体径流穿规划用地东侧排向南面河道，上游山体汇水面积达到187hm2。根据现状地形，结合规划，对该规划区的排洪系统规划，如图5所示。

图5 新区水系规划图

(1)修建小型水库调蓄山洪

山洪道上游已经形成了较大的局部水塘，因此规划协调水利部门在该处水塘兴建一处小型水坝和水闸，拦截山洪形成20万立方米的小型水库，平时将来水蓄积起来，作为景观和农业用水。雨季前将水位降低，进行水库清淤。这样，可以大大削减降雨时上游洪峰流量，降低下游排洪压力，减少洪灾产生的可能性，保证规划区的安全，而且可以沉淀泥沙，向下游输送较清洁的水流。

(2)修建排洪渠

顺应天然冲沟走向，将其规整顺直，在规划区东部新建排洪渠道，将上游山体径流直接排放至下游河道。进入规划区，穿越建筑密度大的区域时，渠道规划为暗渠。

(3)利用山体径流塑造水体景观

该新区中部规划为山水景观轴，景观水体水源规划利用上游山体来水。在排洪渠进入规划区后设置一处水闸，平时水闸关闭，将来水通过渠道向西引入中部景观水体。同时，在引水渠道进水口处设置另一处水闸，平时开启，上游水库放水时，即可引水至城区中部形成景观活水。由于水库的沉淀作用，输入的水流清澈，可以保证景观效果。雨季时，排洪渠上的水闸开启，引水渠上的水闸关闭，上游洪水就顺直地排入下游河道。