基于海绵城市理念的城市生态防洪体系探究

（太原市市政工程设计研究院 山西太原030002）

我国城市化进程正处在快速发展时期，城市的不透水面积也逐渐增大，与此同时市政排水设施的建设远落后于城市发展速度，并且缺乏在生态环境和雨水资源利用方面的价值，进而导致渗流量减小、地面汇流增加、洪峰提前，各地洪水多发，许多城市洪涝灾害不断。长历时的大雨使得城市大范围淹没，街巷成河、湖池变洋，致使城市瞬间成为“水城”，给人民带来了难以估量的危险和损失[1]。在此背景下海绵城市连同相应的规划和措施得到了全社会的普遍认同[2]。全国200 多个遭受过洪涝灾害的城市，大多数都申报了海绵城市建设试点，国务院也出台了多项规定、政策[3]。但大部分海绵城市的规定政策及设计方案均侧重于具体的雨水节控措施，而对与整体防洪系统的结合重视不够，也就是说细节与整体没有有机结合，造成市政基础设施的资源浪费及城市内涝问题无法根治的现象。

城市防洪防涝是一项系统性的工程[4]，包含工程措施和生态措施，贯穿洪涝产生到排放的全程，包括城市整体排水系统、区域局部排水系统和源头节控系统[5]。我们在进行防洪系统构建时需结合城市实际情况，进一步探索城市防洪体系区域设计新思路，推动城市可持续发展。切不可将这三种设施割裂，分别设计，而应统筹考虑各设施、各系统之间的联系，然后进行合理的设计。

1 城市防洪现状

目前我国对待雨水采取的方式是简单粗暴的“快排快泄”，并没有将其视为一种有价值的资源加以利用。在扩建市政排水管网、建设硬质河堤等“灰色”基础设施应对城市暴雨的同时却破坏了自然排水系统调蓄雨洪的能力。通过大量研究表明，我们现有城市防洪体系普遍存在以下几点问题：

1）水资源流失严重。我国是一个严重缺水的国家，城市水资源短缺问题普遍，据统计全国有400 余座城市缺水[6]。但在以“快排”为主导的理念下，本应成为滞蓄雨水的河道普遍被作为泄洪渠道，造成了水资源的无故浪费。

2）生态功能丧失。大量河渠被硬化，建设用地规模的增加，导致土水分离，生物与水分离，河流的生态性被破坏，大量湿地消失，物种濒临灭绝。水系的自我调节能力（旱涝自调节能力和污染自净能力）丧失，造成城市目前普遍存在大量的黑臭水体，影响城市品质的提升。

3）洪水破坏力加剧。河道截弯取直，侵占河道滩地作为农业用地和建设用地，使洪峰流量增大，增大了洪水的破坏力，加剧了河道下游的防洪风险。

4）景观与人文资源丧失。城市中的河流及其生态廊道承载了各个城市发展和变迁的记忆，是城市精神文化的传承体。简单粗暴的硬化、渠化工程，使河道千篇一律，毫无特色，将这独属于城市最秀丽、最珍贵的记忆彻底消除。

5）耗资巨大。河道渠化、硬化工程通常投资较大，加重了城市财政的负担。

2 建设思路与技术路线

2.1 建设思路

海绵城市理念下城市生态防洪体系的建设应遵循以下思路：依照“上蓄、中防、下疏”的原则，对已有河渠进行疏浚清淤、修整提防等，从而降低洪水水位。在充分挖掘流域中上游内已有水利设施潜力的基础上，对下游河渠采用疏浚、增高、加宽和再造的方式，使河渠满足防洪标准。之后再利用现状湿地、池塘，结合城市规划及土地用途进行扩容，新建缓洪池来提高对洪水的利用率，同时也有滞洪作用，从而减小下游河道宽度，减少房屋拆迁量，束水攻沙，最大限度地遵循自然。

2.2 技术路线

依据建设思路，对规划区域的土地特征、生态基底及气候气象等进行全面细致的摸底排查，分析现状综合径流系数、生态发展空间及气候条件，建立模型，挖掘出现状存在的问题；根据存在的问题，结合海绵城市建设的相关的规范、案例等，制定保护措施，进行防洪安全校核，明确防洪目标和生态目标，以目标为导向，最终完成整个防洪体系的构建，其技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

3 生态防洪体系构成

城市生态防洪体系可以从宏观上的区域和流域、中观上的片区和管网、微观上的场地和“海绵体”三个层面来创建。

3.1 宏观—城市流域

本层面研究的重点为空间格局上的水生态体系，将水生态体系落实在城市总规和土地利用总规中。结合城市发展对水生态和环境的要求，进行统筹规划，分阶段实施。要根据城市的特点，凸显差异化，体现城市特色。明确城市现有水生态系统中的首要元素，地理位置及与周边的相互联系，从而构建起整个生态防洪体系的框架。

流域水文是生态防洪体系建设的基础和依据。对于城市生态防洪体系的创建，一定要从流域大水文的角度进行系统梳理和描述，从全局来对待此问题，切不可只重视某一环节。城市生态防洪体系要着眼于构建更加生态、完整和和谐的人—水循环过程，体现对水文循环全过程的重视。通过对城市水文过程的研究，梳理出城市土地、水系统、基础设施协调利用的模式。

3.2 中观—片区流域

本层面研究重点为如何充分发挥片区流域内的河道、池塘、绿地、广场、边沟的作用，并结合集水、汇水区的分布，合理规划以形成连片的区域防洪系统，并最终落在土地利用和城镇控规之中，统筹设计片区内的水系、土地、绿地和道路规划。

该层面主要工作可从如下两点开展：1）进行片区生态敏感性分析，对片区内现有生态环境产生清晰的认知。2）进行片区水域敏感性评价，全面考虑水域整体性、区域连通性、点域集水性、洪涝风险以及人的活动对水域造成的影响[7]。

3.3 微观—海绵体建设

本层面研究重点为具体的“海绵体”，包括具体河流、水域、湿地、公园和道路边沟等。表现为结合周边绿化景色，应用蓄、滞、渗、净、用、排等海绵管理技术以及多种生态修复技术来创建一个具有复合生态体系的“海绵体”。景观设计途径就是系统地通过地形设计、水工程和格局设计（包括雨洪管理）、生物群落设计及人工构筑物等的设计，来实现一个人工生态系统，即设计的景观，也就是“海绵体”。其应具有以下一些具体功能：包括供给和生产功能，以旱涝调节为核心的环境调节功能，生命承载功能，社会文化及审美启智功能。

“海绵体”的构建应综合运用可以滞蓄和有效利用水的生态雨洪管理及修复技术，但针对不同情况具体案例可重点突出一些相应的关键技术[8]。如：哈尔滨群力湿地公园，在综合运用海绵城市理念营造绿色水弹性城市的背景下从源头渗透消纳、过程缓流滞蓄、末端弹性适应三个方面重点突出了针对雨水的关键技术；宜昌运河公园，在减少城市洪涝、美化城市环境的同时，突出了生物性的净化技术；沈阳建筑大学稻田校园，在消纳雨水的同时将雨水变废为宝，为将雨水运用于生产性景观提供了一种可能；秦皇岛护城河治理工程，其体现了利用雨洪管理过程进行生态修复以及通过生态修复来营造海绵系统的技术。

4 实例分析

本节以太原市防洪规划体系为例来阐述海绵城市理念在城市生态防洪体系构建中的应用。太原市历史悠久是山西省的省会城市，同时是我国的能源重镇和区域物流集散中心。最近几年，太原市在市政设施建设尤其是城市排水排涝方面取得了长足的进步。

4.1 体系框架构建

太原位于山西省中部，属于晋中盆地，北部、东部、西部均为山地，中部、南部为河谷冲击平原。黄河第二大支流汾河由北向南穿城而过，在城市中央形成了一条天然的排水廊道，为城市雨洪的消纳提供了有利条件。针对太原市独特的地形、河流水系及城市发展规划，笔者提出了“北排南渗、东蓄西滞、层层净化、水尽其用”的原则，并依据此原则构建了太原市的城市生态防洪体系，见图2。

图2 太原市生态防洪体系布置图

1）“北排”

太原市城市发展趋势是由北向南，北部为城市老城区，城区地面硬化比例大，基础排水设施较为老旧，故此区域在降水过程中会产生大量的地表径流，严重时会导致城市内涝。但此区域城市建设较为完备，不适于大范围重新构建海绵体，故北部地区在遇到洪水时主要以排为主。

依托城市现有排水管网，加强老旧管网的改造扩容，配合清淤疏浚工作，在遇到暴雨时引导雨水能够及时顺畅的排入汾河，确保不发生内涝灾害，在周边情况允许的前提下建设城市海绵体。

2）“南渗”

太原市南部地区多为新城区，山西转型综改示范区、科创新城、大学城等均位于城南地区。该区域面积广阔，地势平坦，开发程度相对较低，故南部地区以渗为主，尽可能的使雨水下渗入地。

在该区域建设时可适当提高相关标准，强调区域年径流总量，绿地率等指标。鼓励引导该区域各用地单位在规划建设时就融合海绵城市相关理念，最终将各区域连成片区，大范围地实现海绵城市。

3）“东蓄”

这是很多行业的规律，58到家所在的领域也一样。58到家今天还活着，是因为没有刻意把一些概念、标签往自己身上去靠，在中国创业光靠理念不行，必须要务实、灵活，58到家今天的业务，是市场淘汰后活下来的，不是靠规划出来的。这个领域，所有最终活下来有规模的公司，都是因为对当初的创业模式进行了大刀阔斧的调整。

太原市以东为山区丘陵地貌，遇到大暴雨时会在短时间内汇集大量雨水形成山洪，并向下流入市区，给市区造成极大的防洪压力。在此区域实行其他措施，如滞洪、下渗等难以保证防洪安全，故在此区域以蓄为主，调蓄洪水，错峰排洪。

结合海绵城市理念，在东部地区合适的地段修建生态缓洪池，调蓄洪水，减小下游市区的防洪压力。生态缓洪池还可结合园林景观，为城市营造稀缺的绿色湿地资源，提升城市品质。

4）“西滞”

汾河由北向南贯穿太原市城区，其支流由两侧汇入。河西地区河网密布，汾河太原城区内主要支流均位于此区域，如：玉门河、虎峪河、九院沙河、风峪河、冶峪河和柳子河等。在遇到大暴雨时，密布的河网可以有效的吸纳雨水，减少地面积水，故此区域以滞为主，尽可能的将雨水滞留于该区域的河道之中。

以建筑为点，以河网为线，以区域为面，点线面结合，将雨水尽可能的滞留在该区域，就地下渗，补充地下水。

4.2 片区流域规划

以位于太原市市区南部和晋中市榆次区西部的山西科技创新城（下文简称科创城）核心区防洪规划为例，对中观片区的生态防洪体系建设进行介绍。

科创城规划区范围北侧边界为太原南环高速，东侧边界为太旧高速公路，南侧至潇河两岸，西侧与汾河相接，东至龙城高速公路，是国家批复的山西综改试验总体方案中的先导区。片区以遵循自然、生态优先、近远结合的原则确立防洪体系，运用了大量海绵城市理念，使地表综合径流系数控制在0.45，年径流总量控制率达到80%，规划区绿地率不小于35%。

1）绿地网络体系建设

科创城的绿地系统由“一心多园、一廊两轴”的空间结构构成。“一心”指科技绿芯，是科技创新城的生态核心和景观核心；“多园”指各科技生活组团中心公园和结合东干一支渠建设的湿地景观公园。“一廊”指科技环廊，是融交通、市政、生态、文化、休闲等功能于一体的综合性廊道。“两轴”指东西向的智慧生活绿轴和南北向的科技创新绿轴两条景观绿化轴线[9]，规划图见图3。

2）低冲击开发技术

图3 科创城核心区绿地系统规划图

采用实施性较高的绿色屋面、下凹绿地及透水铺装三种低冲击开发技术措施来减少地表径流总量。

（1）屋顶绿化

核心区宜在大型的公用建筑、科学研究区以及局部有绿色开发潜力的居住区进行屋顶绿化建设，方案图见图4。规划屋顶绿化总面积98.9 万m2，占核心区总建筑基地面积的25.6%。

图4 科创城核心区绿化屋顶分布方案图

（2）下凹绿地

核心区规划下凹绿地总面积为344.8 万m2。核心区内公园绿地下凹绿地率为70%；面积不小于1 万m2的地块内的绿化用地，建议开辟为生态滞留区；面积小于1 万m2的地块内的绿化用地，在地势低洼处建设浅草沟、渗蓄池和下沉绿地；近期内无开发计划的绿化范围，建设连续的植被浅沟和串联的露天雨水池，方案图见图5。

（3）透水地面

核心区内公用停车场90%均采用透水铺装，同时在各地块根据雨水径流量分梯度建设透水地面的建设，方案图见图6。

图5 科创城核心区下凹绿地分布方案图

图6 科创城核心区透水地面分布方案图

3）径流系数

利用美国环保署的城市暴雨管理SWMM 模型软件，依据太原市降雨资料进行径流模拟，核心区现状综合径流系数为0.34，常规建设后区域综合径流系数为0.56，分布图见图7。

图7 常规开发场地径流系数分布图

图8 低冲击开发场地径流系数分布图

低冲击开发后，核心区综合径流系数可降低至0.50，分布图见图8，达到了绿色生态城区的标准，同时居住区径流系数降低至0.5 的水平，公共管理与服务用地和商业服务用地的径流系数降低至0.53，绿地与广场用地的径流系数为0.18，公共设施用地径流系数为0.6，道路与交通设施用地径流系数为0.85。

4.3 微观海绵体实施案例

太原市规划一号缓洪池位于太原市小店区，是太原市南部和东部地区城市防洪体系的重要组成部分。本小节以太原市规划一号缓洪池为例，对微观海绵体的建设进行探讨。

缓洪池位于南环高速、太榆路、龙城大街相夹的三角地块内，面积约为16 万m2。缓洪池以东上游地形坡度较大，平均坡度3.5%，以西地形放缓，地面坡度不足0.1%，因此，一旦发生较大暴雨容易在此产生聚集。缓洪池位置处于低洼地带，容易积水，在我国大力推进海绵城市建设的背景下，结合太原市城市防洪规划“南渗、东蓄”的原则，利用特殊地形将缓洪池建设成为城市雨洪公园，在完善防洪体系的同时，增加城市的绿色空间，提升城市品位。

缓洪池按使用频率可分为四个区域，分别是：主泄洪槽、淹没水池、二阶活动区、三阶活动区。四个片区按照梯级配置，层层升高的原则，使缓洪池与雨洪公园融为一体，见图9、10。

1）主泄洪槽

主泄洪槽贯穿整个雨洪公园，全长1 400 m，纵坡为0.057%，平时可保证20 m3/s 的下泄流量，此时水深1.5 m。在1.5 m 水深基础上留有一定的安全超高，可以在洪水流量超过20 m3/s 时滞蓄部分洪水。泄洪槽采用旱溪的形式，旱季时，河道干涸，利用周边的植被营造景观。雨季时，河道有水，可灵活应对雨水径流，实现排水功能与生态景观的有机结合。

图9 平面布置图

图10 横断面图

2）淹没水池

淹没水池位于雨洪公园的东南角，当主泄洪槽滞蓄洪量达到预定标准时，洪水自动流入淹没水池，主泄洪槽与淹没水池之间以溢流堰的形式分割。

淹没水池作为缓洪池滞蓄洪水的主体，采取生态洼地的形式。生态洼地可以收集地表径流，引导雨水下渗入土，补充地下水，减少地表冲刷，具有安全性高、生态性好、便捷性佳等特点，并结合周边绿地，在无雨或少雨时发挥其景观休闲功能，有雨时进行雨洪调蓄，错峰调洪，减轻城市排水管道的压力。生态洼地周边种植各种水生、湿生植物，充分发挥动植物的吸附，降解作用，消除洪水中的污染物。

3）二阶活动区

当洪量超过20年一遇的标准，主泄洪槽与淹没水池水位达到预定水位，洪水开始漫入二阶活动区，洪水得到进一步的滞蓄。

二阶活动区在设计时采取下沉式的绿地[10]、渗透铺装地面及游园步道相结合的形式来组织空间。由于二阶活动区面积较大，采取下沉绿地可以促进降雨下渗，提高利用率，具有比平面型绿地更佳的综合效益。在植物选择时应更多的选择具有耐涝性的植物，采用灌木、乔木、绿草融合的多群落结构，实现层次丰富的生态休闲景观，见图11。透水铺装具有较强透水性，具有降噪环保，资源保护等功能，它通常由路床、砂垫层、基层、缓冲层、透水面层组成，见图12。

图11 下沉式绿地构造图

图12 透水铺装构造图

4）三阶活动区

当雨量继续增大，水位持续上涨的情况下，水位最终漫入三阶活动区，当达到最高水位时，此时滞蓄洪量为50年一遇的洪量。

由于三阶活动区洪水使用频率较低，故作为整个公园中供游人活动、锻炼的主要场地，主要采用渗透铺装，配合场地空间氛围选择铺装颜色、形式、尺度、质感、材料，拼贴组合出各种图案纹理，表现场地肌理，丰富视觉效果。在空间构造上，三阶活动区与二阶活动区类似，其整体高度应低于周围建筑与道路高度，当部分区域高于周围环境地面时设置提防，提防形式参考周围景观，使提防与景观融为一体，地面设置一定坡度以便洪水退水。

5 结论

综上所述，城市生态防洪体系构建是一项系统性的工程，需要多学科、多部门通力合作，应尽力避免急功近利、各自为政的现象出现。政府作为城市整体发展的规划者应根据城市自然地理、社会经济背景加强宏观和中观水系统的构建，从流域、片区、城市互相融合的角度来系统剖析城市水安全、水问题，理清脉络，科学搭建防洪体系；而本领域的科研和设计人员除了应深入探究城市生态防洪体系构建的理论和方法外，还应加强微观海绵体构建的研究，强调学科交流和融合，使海绵城市理念真正融入城市发展，提升城市品质。