“海绵城市”理念在已建居住区景观改造中的应用研究

2019-07-26徐雅洁白雪陈佩圆

安徽建筑大学学报 2019年3期

徐雅洁，白雪，陈佩圆，2

(1.安徽理工大学土木建筑学院，安徽淮南 232001；

2.合肥建工集团有限公司，安徽合肥 230000)

0 前言

已建居住区是城市的基本组成单元，改造并提升已建居住区基础设施功能对城市的健康发展具有重要的意义。从根本上来说，城市的发展过程是一个对自然生态强制改造的过程，通过重构场地环境，重设土地功能，以满足城市化的需求。然而，这种对自然生态的改造无疑打破了天然的生态平衡，环境问题不断出现。我国不少城市当前典型的状况是，在降雨量较大的夏季，频繁发生内涝灾害，严重影响城市健康发展和城市形象，威胁居民生命和财产安全，受到了社会的高度关注[1-3]。目前，城市内涝问题已成为我国不少城市常遇的短暂性城市灾害，其发生的主要原因是：(1)排水设施功能不完善、不齐全；(2)城市地表涵水和蓄水能力弱等。

可见，提升地表涵水和蓄水能力是解决短时内涝问题的重要途径。在此背景下，学者们提出“海绵城市”建设理念。该理念的核心是通过设计并建设一个具有涵水、蓄水、渗水和净水功能的新型城市水管理系统，提高城市地表雨水吸蓄能力，缓解雨水集聚内涝，减轻城市硬地表对微气候环境的影响[4，5]。早在2003年，俞孔坚和李迪华便指出，河流两岸的自然湿地可调节河水流量，缓解旱涝灾害，起到“海绵”的水管理作用[6]。董淑秋和韩志刚则在首钢工业区改造规划设计中，提出基于“生态排水+管网排水”的“生态海绵城市”的规划设计概念，以综合管理和利用雨水[7]。近年来，“海绵城市”日益受到国家的重视，2015年，武汉、济南和重庆等16个城市被确定为第一批试点“海绵”建设城市，并在台州永宁河公园、天津桥园湿地公园等得到了应用，成为一种生态建设与雨水管理协同发展的体系。然而，当前有关“海绵城市”理论在已建居住区中的应用研究相对较少。已建居住区是城市的主要功能区，其用地面积通常占城市建设用地总面积的40%～50%，是城市居民生活和生存的基础环境，也是保障居民拥有舒适、安全和幸福生活的根本途径，与居民“衣食住行”密切相关。然而，因建设时间较久，规划设计不完善，绿地面积有限等原因，内涝问题在已建居住区更为突出也更严重。对已建居住区实施“海绵”改造，不仅是“海绵城市”建设的有机组成部分，而且还是改善民生，提高居民生活质量的重要举措。

因此，本文将研究“海绵城市”理念在已建居住区规划中的应用，从多个角度分析已建居住区实施“海绵”改造存在的问题及对策，为已建居住区“海绵”改造的发展提供有价值的理论依据，提升已建居住区基础设施功能。

1 已建居住区“海绵”改造存在的问题

1.1 部分居住区地势较低

为满足城市用地地面排水需求，避免出现雨水倒灌的问题，《城市用地竖向规划规范》[10]特别规定：地块的规划高程应大于周边城市道路的最低路段高程0.2 m以上。在居住区和道路初始规划建设时，两者高程或尚满足规范规定。然而，随着社会发展，城市通行压力逐年增大，需不断对道路进行维护、维修甚至重建。为节约人力、财力和工期，常采用直接加高路面的方法改造城市道路。这直接造成已建居住区和周边路面标高发生变化，造成路面高程高于已建居住区，使居住区成为地势较低的泄洪区，导致其排水不畅，在短时高量雨水下，易形成内涝。如在2014年武汉三环线北段道路的升级改造中，道路标高被整体抬升约0.34 m，这势必对道路周边居住区雨水排泄造成较大压力，并可能引发内涝。

1.2 部分居住区绿地率较低

绿地或者土壤是天然的雨水管理系统，也是水分大气圈循环的重要载体，对已建居住区雨水吸储和蒸发释水尤为重要。为此，在《城市居住区规划设计规范(GB50180-93)》中规定：新区建设的绿地率应大于30%，旧区改造宜大于25%。实际上，部分开发商为节约建造成本，提高经济效益，会缩小楼间距，减小楼层层高，使得部分已建居住区绿地率较低。根据袁重芳等[11]对重庆五大主城区部分居住区的调研发现，重庆五大主城区均存在部分居住区绿地率不达标的现象，个别居住区绿地率仅为6.72%。已建居住区绿地或土壤面积较小，极大地弱化了地块土壤天然具备的雨水吸收、涵养和净化等功能，造成雨水主要是通过排水设施被排泄出，因而显著地增大了排水设施的通水压力。另外，因居住区地层硬化阻碍了雨水直接渗入地层中，还使得居住区地表径流增大，当地表径流排泄不畅，汇集产生地表积水，则可能引起内涝和洪灾[12]。因此，绿地率较低是已建居住区实施“海绵”改造的一种重要问题。

1.3 部分居住区排水设施的规划和建设标准较低

对于已建居住区而言，因主要用地均被改造为硬性不透水路面，使得排水设施成为雨水排泄的主要途径。但是，部分居住区，特别是上世纪建成的老旧小区的公共排水设施在规划和建设时，难以充分考虑到未来城市发展的速率和规模，使得排水设施在面对当下雨水排泄压力时，难以有效泄洪，因而会造成内涝。另外，在部分老城区的城市规划中，道路雨水排水管网建设的主要考虑因素是城市道路的排水量，未能充分考虑道路周边居住区的排水量。因此，当降雨量超过地理区域的排水极限，短期内即可能出现积水，这也是造成内涝洪灾的另一个关键因素。居住区雨水排泄管线系统是否运行良好也是影响内涝、洪灾的重要因素。如部分老旧已建居住区雨水排泄管线运行不良，甚至排水管线过于老旧而破损、断裂，再加上地面渗水率较低，会使得雨水不仅不能通过雨水管线排泄系统得到排泄，甚至会出现回流问题。

2 已建居住区的“海绵”改造策略和具体方法

鉴于已建居住区“海绵”改造的基体是已建成并投入使用一定时间的居住区，因而其“海绵”改造需以低影响开发(LID，Low Impact Development)技术理念为指导，在尽可能低地影响既有居住区各项设施前提下，选用适当的雨水利用集成技术方案，以提升居住区的雨水收集、排泄和涵养的雨水调节能力；同时结合雨水管理技术，形成立足于生态景观建设的“海绵城市”小区。对处于城市低洼区域的易淹易涝老旧小区，因其排水系统较为老化，而且建筑密度较大，小区绿地较少，使得可改造空间小，缺乏充足的场地实施LID绿色基础设施建设。因此，老旧小区的“海绵”改造需结合小区更新和危房改造等工作，重点解决城市内涝、污水治理以及雨水收集利用等问题。

对居住区进行“海绵”改造，需首先对居住区进行实地勘察，调研小区情况，通过分析制定“海绵”改造方案。如根据实地勘察和调研结果，对居民区的道路、广场、建筑设施、绿地景观以及水体景观等进行统一协调的规划设计，指定最佳的改造设计方案。图1为居住小区“海绵”改造策略示意图，具体包括以下“海绵”改造建议方法：

图1 居住区“海绵”改造策略示意图

2.1 居住区道路广场的绿化改造

现阶段居住区的道路和广场的铺装形式多为不透水硬化面层，是雨水径流和雨水污染物集聚形成的主要场地。因此，在满足实际需求的前提下，减少硬化面层，增加绿色透水面层，合理化并最大化地在居住区使用透水性景观材料是居住区“海绵”改造的关键途径[13]。居住区设计中常用的透水性铺装形式主要包括透水混凝土铺装、透水性沥青铺装、透水砖铺装、嵌草砖铺装、植草砖铺装、鹅卵石及碎石铺装等[14]。透水性铺装需根据居住区景观用地的性质进行合理地选择[11]。例如，居住区内车行道可采用透水水泥混凝土铺装、透水沥青铺装等；人行道、楼间道路、花园道路可采用透水砖铺装；而各种景观小路可采用汀步、鹅卵石、碎石拼接铺装等；停车场可采用嵌草或植草砖铺地等[13，15]。

此外，还应优化不透水硬化面与绿地空间的布局。可通过在居住区内道路、广场及建筑周边布置适量绿地对径流雨水进行吸纳、蓄渗和缓释，通过合理的竖向设计促进径流汇入低影响开发设施[11]。例如，出于对路基的保护，传统道路路面、广场与绿地之间多采用侧石(路牙石)进行隔绝。雨水径流只能沿侧石流向雨水口，未经过处理的雨水径直排向市政管网[7]。因此，在居住区“海绵”改造时，应将侧石开口或去除，从而使硬化面上的径流汇入周边的各种雨水管理景观设施，如路侧绿带和停车场绿地等[14，16]。如图2所示，在山东省经济技术开发中心宿舍改造项目中，便在优化小区道路不透水硬化面的同时，在道路横坡低点一侧将侧石开口，并每隔一段距离设置雨水沟截流雨水至绿地，从而对雨水进行吸纳、蓄渗和缓释[17]，达到雨水管理的目的。

图2 山东省经济技术开发中心宿舍改造项目[17]

对于广场及道路边的树池，则可通过构建生态树池以促进雨水下渗。在传统的树池构建中，往往需对土壤进行压实处理，导致雨水渗透难度高。在生态树池的构建中，可使用透水混凝土铺装，保持水土的透水透气性，防止土壤板结，使树池成为一种小型生物滞留设施，在减少、净化暴雨径流的同时促进植物生长。另外，还可根据周围自然环境条件，对生态树池进行图案设计，保持树坑美观、干净和整洁[18]，形成优美生态树池。

2.2 居住区建筑设施的绿化改造

建筑物是居住区的主要设施，对建筑设施进行绿化改造是已建居住区“海绵”改造的重要工作内容。通过居住区内传统建筑以细部改建和生态设计的方式变为绿色建筑是住区“海绵”改造的关键途径[19]。常见的做法是改造原有不透水屋顶为绿色生态屋顶，以达到将雨水吸收储蓄并净化处理的目的。这里的绿色屋顶也称为“生态屋顶、植被屋顶或生长的屋顶”，是指建筑屋顶部分或全部由绿色植物、植物生长基质及屋顶防水结构覆盖的一种景观屋顶形式[1，16，20，21]。在居住区内，不透水建筑屋顶类似于道路和广场的硬化面层，降低了可吸收雨水的土壤面积，是雨水径流形成和污染的重要场所。而将屋顶绿化后，通过植被及人工种植土对雨水的滞留、渗透和蒸发作用，屋面汇流的雨水量可大幅削减，从而降低居住区总体的雨水径流量，起到“海绵”作用[20]。

居住区内，符合屋顶荷载和防水等条件的平屋顶建筑和坡度≤15°的坡屋顶建筑可改造为绿色屋顶以收集滞留雨水[13]。根据景观复杂程度及种植基质深度，绿色屋顶可分为草坪式和花园式两种，覆土厚度设计以满足植物生存种植土的最小厚度为标准，种植小乔木时基质深度不应大于600 mm。对于居住区建筑的改造还包括：增设垂直绿墙、改建绿色种植阳台、窗顶外挑种植池和绿色庭院等，以促进“立体海绵”竖向发展，实现全方位的绿化种植设计[8，22]。最后，可在建筑周围设置高位花坛作为雨水净化装置以进一步接纳、净化屋面雨水。绿色屋顶截留后的过剩雨水通过连接住宅建筑屋面的雨落水管疏导至高位花坛，如图3所示。花坛内填入渗透性能好，净化能力强的人工混合土作为植物栽培层，并于栽培层下铺设碎石层和储水层以储蓄净化的雨水，最后再通过低势绿地进行渗透。此外，设计过的高位花坛还可对建筑立面起到装饰作用[23，24]。

图3 高位花坛剖面图[24]

2.3 居住区绿地景观改造

绿地是天然最佳的“海绵”体系，也是最好的雨水渗透设施，不仅渗透能力强，而且还能通过植物根系过滤雨水中的杂质，起到水土保护的作用。因此，居住区内应充分利用绿地设置各种雨水管理景观设施，通过多种途径和方法加大绿地土壤的下渗量[16]。居住区绿地主要包括公共绿地、宅旁宅间绿地以及道路绿地等，通常做法是将绿地“下沉”，即改造为下沉式绿地或植被浅草沟，其中下沉式绿地通常指绿地高程低于周围硬化地面高程200 mm以内的绿地[14]。下沉式绿地通过利用其下凹空间以增加雨水的下渗时间，同时吸收、净化并储存雨水。例如，下雨时，下凹式绿地可汇集、蓄留部分雨水，多余雨水则可通过绿地内的雨水口排走，从而达到消减洪峰流量，延迟洪峰出现的时间以及减缓地表雨水径流污染的作用[22，25]。因此，下凹式绿地可结合道路、广场和停车场等场所在居住区内广泛运用，并根据场地设计选择合适的下沉式绿地。如对于小面积的宅间宅旁绿地，道路绿地可选择设置普通的低势绿地，搭配植草沟、生物滞留带、植物缓冲带等对住区内的雨水进行截留[15]。而对于大面积的公共绿地，可设置一些具有一定的调蓄容积的绿地，如渗透塘、雨水湿地和调节塘等，同时还可在广场、道路边及建筑墙沿墙点缀一些高位花坛和生态树池等[20]。这些雨水管理景观设施平时可发挥正常的景观、休闲及娱乐功能，而在暴雨时则可发挥调蓄功能，以实现土地资源的多功能利用，同时建设与维护的成本也较低。此外，还可于绿地内建造蓄水回用模块对收集的雨水进行回收利用，如图4所示[17]。通过设置雨水沟，将屋面和道路的雨水截流至绿地并溢流进入蓄水模块，再净化处理达到回收利用的目的。

图4 绿地蓄水回用模块[17]

2.4 居住区水体景观改造

居住区内“海绵”型水体景观的设计应结合场地原有地形地貌，尽量避免重新开挖沟渠和水池。如选取基址内地势较为低洼的地方进行雨水湿地、湿塘及雨水花园等“海绵”型理水绿地的设计[13]。其中，雨水花园是居住区内常用的“海绵”型水景景观设计之一，通过在低洼地区域内种植被，利用土壤和植被吸收、下渗雨水，以减轻居住区内雨水的径流量，同时也起到净化水质、美化环境及补充回灌地下水的作用[18，19]。居住区设计因根据场地及功能需求选择布置合适的雨水花园以达到对雨水进行收集、贮蓄、净化的作用，如在道路、广场、停车场等径流污染较严重区域的周边宜布置以控制径流污染为目的的雨水花园等具有污水处理功能的水体设施[22，26]。