海绵城市实施规划设计初探——以温州高铁新城海绵城市建设为例

刘 磊,雷艳华

(1. 中交城乡建设规划设计研究院有限公司,湖北 武汉430050； 2.中交第二航务工程勘察设计院有限公司,湖北 武汉430060)

1 概 述

1.1 海绵城市基本概念

习近平总书记在《中央城镇化工作会议》中强调：“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市。” 与之匹配的一系列政策及海绵城市试点工作正在全国范围内展开。

海绵城市理念起源于1972年美国在《联邦水污染控制法》提出的最佳管理措施理念(BMPs),通过绿色屋顶、透水铺装和浅草坑等绿色基础设施减少暴雨径流,提高水质[1]。从海绵城市的起源可以明晰,“海绵城市”是以各类实体工程为载体,其核心是通过雨洪管理实现人居环境的保护与美化。海绵城市建设是城市生态系统的重要组成部分,具有重要的生态环境保护和社会服务功能。

1.2 高铁新城基本情况

温州高铁新城位于温州西部,规划范围14.33万km2,是依托高铁南站重点打造的枢纽型城市新区,也是温州 “5+2”亮点区块之一。项目开发建设采用PPP模式,涵盖安置房、公共服务设施、城市客厅、旅游集散中心、景观环境治理、市政工程等10大类。在上位专项规划要求下,海绵城市依托新城各类工程项目,成为高铁新城建设中的重要组成部分。

温州市位于浙江省东南沿海,属副热带季风气候区,气候温和,雨量充沛,降雨期主要分布在梅汛期和台汛期(4～7月)。新城所处的瓯海区,水网纵横,拥有温州塘河水系一半以上的水域面积,汇集了阳桐河、仙门河、站前河、站西河、横塘河、梅屿大河,均为劣五类水质。河道窄,水域环线长,水流出口不在区内,部分河段存在面源污染,河道宽窄不一且硬化驳岸较多。整体地势南高北低,主要的山体为仙门山及华亭山,受台风影响,主要的行洪方向由南向北经西山河灌入城市内河,造成城区内涝严重；区内主要土壤为红壤及水稻土,渗透性较差。

地势特殊，地下水位高,土壤渗水及蓄水能力低以及水系淤积等因素共同造成了区内严重的洪涝灾害。“西排工程”和瞿溪河拓宽工程将区内洪涝直接排至瓯江,使地块内洪涝灾害得以部分缓解,但水系淤积、瞬时暴雨及台风梅雨季洪涝依然威胁着这座飞速发展的高铁新城。

2 总体目标与建设必要性

2.1 总体目标

《温州市海绵城市专项规划》对新城海绵城市建设提出了以“净、排”为主导,年径流总量控制率为79%的要求。为落实上位规划的指标要求,建立“专项规划”与“建设工程”之间的桥梁,“海绵城市实施规划”应运而生。实施规划要求深度深于控规及专项规划,衔接引导专项工程建设的研究型规划,其作用主要为：梳理现有的法定及上位规划作为设计依据,提出重大事项作为工程可行性研究前置条件；通过提出控制指标,引导专项工程系统化建设。

围绕温州高铁新城概念规划提出的“浙南首门户、水岛新客厅、创智副都心”总体定位,海绵城市实施规划提出了“活力、生态、弹性”三大目标：与景观设计有效融合,更有效地组织区内径流,打造活力景观新形象；通过海绵城市生态统筹,识别重要的生态斑块、廊道,保护原生山体水体；与灰色基础设施结合,提高新城范围内的雨洪滞蓄弹性,有效缓解城市内涝。

2.2 建设必要性

1)减少水患,保障安全。高铁新城是温州依托高铁经济发展的枢纽型城市新区,需要为各项经济活动提供安全、适宜的经营环境。项目所在片区,降雨量充沛、降雨季节分配不均并时常伴有台风,当瓯江发生洪水又逢天文大潮时,极易形成江水倒灌而引发洪涝灾害。上位规划要求新区建设运用海绵城市建设理念,对“水资源、水环境、水生态”综合整治,提高新区应对洪涝灾害的能力,同时减少开发建设对自然环境的影响,保障城市的正常运营。

2)新区建设,多专业协同。高铁新城属于待建新区,在老城区受限而无法提供足够的调蓄容积时,需要加大新区海绵城市建设力度。海绵城市建设涉及的专业范围广、部门多,需要各部门通力合作、资源共享,利用多种方式解决城市可能面临的水患困扰,避免城市重复建设而造成资源浪费。以海绵城市实施规划为指引,整合区域内生态资源,系统布局各种海绵设施,在对降水的吸收、储存、利用及保护自然环境的基础上,协调各项基础设施建设,逐步将管控指标落实到具体规划管控中,有效地减少海绵设施的建设成本,与城市“灰色基础设施”协同建设发挥更大的作用。

3)优化水资源结构,标杆试点。温州属于资源型缺水城市,人均水资源拥有量为1 138 m3——在国际公认用水紧张红色警戒线1 700 m3以下,水资源利用率为17.7%。海绵城市通过布置湿地、雨水塘、收集池等海绵设施收集雨水,用于绿化灌溉，路面与公厕冲洗和河道配水等达到“节水”的目的；通过结合其他工程措施对初期雨水进行处理，水系综合治理等,改善城市水体的水质,以应对温州降雨酸度较高,酸雨率达到90%以上[2]的情况,进而达到“节水”的目的。海绵城市实施规划的编制,通过各类海绵设施的布置达到“节水”与“改善水质”的目标,并成为温州市海绵城市建设的标杆。

4)美化环境,撬动价值。海绵城市建设,在协调解决水资源、水环境、水生态、水灾害等问题的同时,还应满足人们的文化、旅游、休闲等多功能需求。低影响开发设计与园林景观、房建工程的有机结合,能有效改善居住环境,提升周边地块价值,在营造生态景观的同时聚集人气,带来良好的社会效益。通过布置雨水花园、下沉式绿地、屋顶绿化、植草沟等海绵设施,提高雨水调节能力,进而获取良好的景观效果和生态效益,实现区域土地的价值提升。

3 海绵城市实施规划编制

3.1 技术路线

海绵城市实施规划技术路线主要分为三个层级(图1)：首先,通过现状的分析和识别结合上位规划解读,系统地形成海绵城市空间格局；其次,分解上位指标要求,结合地块区域现状及建设特征,确定设计目标,细化海绵措施布局与管控指标；最后,构建海绵城市效益评估体系,作为考核海绵城市规划建设实施效果的工具。多层级、多维度构建海绵城市实施体系,为上位规划及城市建设提供明确实施指引。

3.2 指标分解与现状评估

《温州市海绵城市专项规划》中确定本区域以“渗”“排”为主。本区域内涝风险评估为“中等”,约5.45%的建成区将受到内涝威胁,需要在水安全与水生态方面加强海绵城市建设,并提出了系统的管控要求,见表1。

图1 海绵城市实施规划技术路线

指标项目指标数值水生态年径流总量控制率生态岸线保持率≥79%≥60%水安全防洪标准防涝标准新建、改建官网标准近期50年,远期100年近期20年,远期50年≥3年水环境水质标准SS去除率Ⅲ类≥30%水资源雨水资源利用率≥1.5%

实施规划结合自然水系、现状管网、地形坡度、现状建设情况,通过SWMM模拟,以南北项目的铁路为界,将高铁新城划分为ABCD四个分区,通过对各建设分区进行评估,发现现行年径流总量控制率均未达到上位规划要求(表2),主要原因分析如下：

表2 现状汇水区径流评估表

1)上位规划基于全市径流总量控制总体平衡的思路,对本区域提出的要求相对已有建成区高,为79%以上。

2)区域以南北向铁路为界,站东(C区)建成区域较多,缺乏海绵设施；站西(ABD区)天然海绵体较多,对径流有一定的削减。因此整体而言,现行年径流控制总量尚未达到海绵城市建设的要求。

3)区域内地势南高北低,历来为山区向瓯江的行洪区域,年径流量较大；区内主要土壤环境为红壤及水稻土,均属于较难渗透的土质,进一步增加了径流控制难度。

图2 SWMM二级地块分区

3.3 技术手段

为达到上位规划的目标值——79%年径流总量控制要求,实现高铁新城建设总体目标,需要进一步细化新建区域的径流管控指标,以引导海绵设施的布局。因此,通过SWMM模型对各建设分区进行二级地块划分(图2)：形成二维计算网格357个,最大计算单位面积为3.2 hm2,最小计算单位面积为0.5 hm2,平均计算单元面积为0.96 hm2。根据软件模拟结果,绘制汇水各地块综合径流系数表与管控分区建设指标表(表3、表4),以此作为建设管控的指标体系,指导工程建设。

表3 站前河直接汇水区各地块综合径流系数表

表4 各地块管控分区建设指标

3.4 建设措施

海绵城市建设措施是遵循低影响开发的理念,定性定量的重新归集和梳理各工程措施,形成海绵城市建设的完整体系。为达到径流控制指标,海绵城市建设需要依托各类海绵设施,诸如水系、绿化、蓄水设施等,分属于生态景观、市政、建筑等工程并贯穿于城建的整个过程。

3.4.1 景观工程海绵化

景观是城市形象展示的重要窗口,是打造城市名片的重要举措；海绵设施通过雨洪管理进行低影响开发,与市政设施共同营造安全优质的水环境。将海绵设施与景观工程有效结合,不仅能打造生态安全的城市景观；而且能作为海绵城市建设的展示界面,增进民众对海绵城市的理解。

温州高铁新城景观工程主要包括：河道综合治理工程，公园改造提升工程及街头绿地工程三类。景观工程的海绵化主要通过构建绿色雨水基础设施形成绿色基础设施网络,降低地表径流速度,净化水体,通过管网及河道消纳超量径流。依托景观工程的海绵设施运作过程——首先建立丰富的植物群落体系,部分初期雨水通过植物群落层层跌落降低地表径流速度；其次充分利用地表空间对雨水进行吸纳,结合地形建设下沉式绿地、雨水花园、植草沟等以增加调蓄容积,有组织的汇流与消纳雨水,再结合溢流设施及雨水管渠系统处理超量雨水,实现雨水的源头消纳、净化及再利用。

3.4.2 道路工程海绵化

城市各级道路不仅是交通通道,而且是组织城市空间的骨架。温州高铁新城道路工程主要包括市政道路的新建与改造、快速路西延、停车场等工程。道路工程海绵化需要结合绿化隔离带、铺装及市政管网来实现。

海绵设施主要结合规划道路的断面及停车设施,通过增加绿化隔离带的蓄水能力，增设排水设施及人行道铺装材质的渗水性来实现道路工程海绵化。对于两侧较宽的绿带,设置下沉微地形就地消纳径流；透水铺装在考虑经济适宜性的前提下尽可能在人行道上铺设；车行道的改造措施需要因地制宜,合理设置雨水口,将超量雨水引入周边下沉绿地及市政管网。

3.4.3 建筑工程海绵化

温州高铁新城建筑工程主要包括重要的公共建筑及安置房工程。在项目建设中,径流的收集与吸纳主要通过屋顶绿化、透水下垫面及景观绿地的自然下渗来实现；收集与吸纳的雨水汇集到景观水系及地下排水系统中,用于景观及环卫用水,进而达到节水的目标。建成区域径流消纳能力较弱,有条件的新建工程可结合地下工程,集中设置地下海绵调蓄模块,增加径流调蓄容积,提高径流管控弹性与效率。

4 海绵城市建设运维体系构建

4.1 监测体系构建

通过对温州高铁新城海绵城市试点现状的分析,按照区域、排水分区、典型地块、典型地块内LID设施、典型下垫面五个层级进行监测体系的构建。

1)区域监测 通过试点区域气象监测，河道断面监测，城市内涝积水点，地下水及受纳水体监测,系统性掌握该区域基本情况。

2)排水分区监测 通过市政管网关键节点水量和水质监测,掌握汇水分区海绵设施运行整体效果。

3)典型地块监测 通过市政管网关键节点水量和水质监测,掌握典型地块(项目)海绵设施运行整体效果。

4)典型LID设施监测 通过典型项目进出口水量和水质监测,掌握典型设施径流水量和水质的控制效果。

5)典型下垫面监测 通过典型下垫面水量水质监测，掌握典型下垫面的产流规律和面源污染负荷水平及初期雨水污染规律。

4.2 智慧管控平台构建

为衔接高铁新城智慧城市建设,海绵城市将作为其中一个子平台,接入总控平台中。通过监测设备全方位、实时地获取数据,作为智慧海绵数据基础；经数据中心处理分析后在总体目标的引导下评估实施效果和制定对应的管控治理措施；通过“应用层”对数据分析及结论进行实时可视化呈现,并结合客户端、浏览器、移动端等向社会各界展示。智慧管控平台构建图见图3。

图3 智慧管控平台构建图

4.3 运维与监测

全方位监控,智慧化管理,集“海绵城市设计规划、建设实施、运行维护、绩效对标管理等” 为一体；实现对试点区域水安全、水环境、水生态、水资源等全方位的感知、预警及智慧化管理。

5 结 语

不同的自然气候、经济、人文条件,决定了不同城市“水问题”不尽相同,特殊的 “七山二水一分田”自然地理环境,使温州市海绵城市建设不能照搬其他城市模式。海绵城市建设核心在于寻找适合城市建设需求的“低影响开发”手段[3]。在其渐进的建设过程中,必须与城市景观工程、河道治理工程、建筑工程、市政管网工程等联合设计,并因地制宜地探索实施的路径,海绵城市的建设实施将任重而道远。

在温州高铁新城实施规划编制初期就明确出“标杆”与“示范”,既是压力,也是动力。在国内片区海绵建设成功实例较少的情况下,温州高铁新城海绵城市实施规划能为江浙地区海绵城市建设起到参考和借鉴作用,有效地减少人力、资金、土地等方面的浪费,使海绵城市建设效果最大化,这也让后续的编制工作变得更有挑战与探索意义。