海绵城市建设对雨洪管理能力提升的实践探索

叶伟阳 李 杰 李俊锋 刘光荣 肖诗凯

1. 中建四局深圳总承包公司 广东 深圳 518048；2. 长春工程学院 吉林 长春 130012

近年来极端暴雨天气造成的城市内涝问题较为突出，引起社会广泛关注。沿海地区与内陆城市均曾面临过不同程度城市内涝问题，主要原因是快速城市化导致不透水面的增加削弱了城市雨洪调控能力。

为了提高雨洪管理能力，美国1987、1990年基于宏观和微观角度分别提出了最佳管理措施和低影响开发技术[1]；德国1980年提出基于微观角度的雨水收集与利用研究和技术应用；英国2004年提出基于综合角度的可持续城市排水系统[2]等。国内学者受国外低影响开发理念启发，提出一种形象表达，即“海绵城市”。

北京建筑大学车伍教授结合国内外海绵城市发展技术，在低影响开发本土化、大小排水与规划设计、内涝综合防治等方面做出了巨大贡献[3]。他指出，城市雨洪管理技术体系对解决各国雨洪问题、改善环境起到至关重要的作用[4]。

1 工程概况

为打造国际一流、全球领先的高品质街道示范区、独具特色的中央活力区，提升城市核心竞争力，深圳市福田区针对中心区启动“交通设施及空间环境综合提升工程”。中心区改造范围以西至新洲路，以东至皇岗路，以南至滨河大道，以北至红荔路（图1）。建设内容包括海绵城市建设、绿化工程及智慧设施工程等。

图1 工程范围

本工程项目设计下沉式绿化带面积约为3 400 m2，透水混凝土自行车道面积约为35 950 m2，环保型雨水口约2 070座。

2 项目设计施工要点

根据《深圳市交通行业海绵城市源头管控指标豁免清单（试行）》文件要求，遵循应做尽做、因地制宜、生态优先及统筹建设的海绵城市设计原则，落实海绵城市建设措施。总设计施工内容由下沉式绿化带、自行车道透水混凝土铺装及环保型雨水口三部分组成，主要以环保型雨水口和透水自行车道为主，同时为避免影响现状乔木抗风能力，对保留现状乔木的绿化隔离带不做下沉式改造，仅在部分新建绿化带（如福中路机非隔离带拓宽段）建设下沉式绿化带。

2.1 下沉式绿化带

福田中心区的下沉式绿化带建设分点状下沉式和带状下沉式2种。

下沉式绿化带施工时须注意几个技术要点：第一，下沉深度为30 cm，其中20 cm为滞水层，10 cm为保护性超高；第二，沟底不能有树皮覆盖层，局部如进水口处需设10 cm厚卵石防冲刷；第三，填料层及砾石层用透水土工布包裹以免填料流失；第四，采用壤土并混合一定比例的砂作为种植土，保证其渗透速率，不得使用黏土；第五，下沉绿化带一侧有现状乔木时，改造时不得造成现状乔木根系裸露，并距离现状乔木不小于50 cm。

下沉式绿化带建设的基本构造如图2所示。

图2 下沉式绿化带截面

此外，深圳市的气候类型为亚热带海洋性季风气候，雨季来临时雨量充沛，因此草本植物种类的选择与配置也是下沉式绿化带建设的一个关键之处，需要充分考虑植被的生长态势、观赏性、抗倒伏性以及抗虫害等性状的优良情况。

同时，植物的选种应注重适地适种，并将植物生态适应性与区域立地条件充分结合，才可以充分发挥植株滞留和渗透雨水，降低雨水径流量、减缓雨水流速以及净化、滞纳雨水中污染物的应用效果[5]。

2.2 透水混凝土自行车道

透水混凝土自行车道的线路选择多沿人行道同行设置，部分车道设置在绿化带中。透水混凝土的铺装主要包括素土层、级配碎石垫层和透水混凝土过滤层以及面层等几个结构。

雨水由上而下汇集，部分直接渗入地底，部分通过盲管接入雨水管网（图3）。

图3 自行车道结构

按图纸要求对现状地貌的绿化带，乔木、灌木带等使用小型挖掘机和铲车进行沟槽开挖，人工配合清理深度至43 cm，确保上部腐殖土清理干净。在保证苗木成活和树干稳定的情况下，征得设计单位同意后，将侵入自行车道的树根进行砍伐清除，清理出腐殖土及树干等垃圾和土石方，采用小型渣土车转运至场外弃土场，运输过程中确保不污染环境。

自行车道路床施工由人工配合挖机整形、整平，铺设20 cm厚级配碎石，级配碎石颗粒需符合一定的技术要求，如含泥量不大于1%、孔隙率不大于47%等。级配碎石混合料经摊铺、整形后，经标高测量混合料松铺表面高程、横坡度及平整度合格且含水量接近最佳含水量时，采用静压方式立即进行碾压（碾压长度30～50 m），做到层次分明、分界明显，连续碾压以减小变形和提高表层密实度、平整度[6]。

透水混凝土施工过程中应选用高强度等级的硅酸盐水泥为基料，配以多种助剂增加强度与黏结力，形成透水混凝土专用胶结剂。此外，还要控制好透水混凝土的孔隙率。透水混凝土的多孔隙结构在降雨时容易被地表径流中的悬浮颗粒堵塞，提高透水混凝土的耐堵塞性可以有效延长使用寿命和减少维修次数。

2.3 环保型雨水口

环保型雨水口主要是通过多层截污的方式，能够起到净化初期雨水、有效控制面源污染的作用。

联合式雨水口截污框靠立箅侧设有开口，雨水汇流层搭接在雨水箅下方的支座上，初雨水由汇流层引入截污框，然后经过滤层净化后进入雨水管网，当发生暴雨时，过量雨水从滤层中心的DN200溢流管溢流排入井室后进入雨水管网（图4）。

图4 雨水口剖面示意

3 中心区气象水文条件简述

根据深圳市气象局（台）官网相关资料显示，深圳市属亚热带海洋性季风气候，长夏短冬，雨量丰沛，年平均气温23.0℃。按1981—2010年30年气候资料统计，深圳市多年平均年降雨总量为1 935.8 mm。

住建部《海绵城市建设专项规划与设计标准》（意见稿）指出，城市新建、改建片区年径流总量控制率应综合考虑降雨和径流特征、水资源情况、水环境情况、城市开发建设强度、经济发展水平等因素确定。深圳市位于我国年径流总量控制率分区的Ⅴ区（60%≤α≤85%）。

《深圳市海绵设施规划要点和审查细则》通过深圳市40多年的气象资料统计，按年径流总量控制率的定义，统计出年径流总量控制率与设计雨量之间的关系曲线，得到深圳市年径流总量控制率对应设计降雨量为23.1～52.5 mm[7]。但由于深圳市台风暴雨场次较多、降雨量不均匀等因素，结合深圳市建筑密度等现状特点，并且根据光明新区示范工程监测的评估结果，综合确定深圳市的年径流总量控制率应不低于70%，即设计降雨量不低于31.3 mm[8]。

4 “龙舟水”强降雨观察分析

每年5月20日—6月20日，即农历五月初五端午节前后，是华南前汛期降水的鼎盛时期，广东、福建等地往往会出现大范围强降水过程，其间也恰好时值端午节龙舟竞渡，因此民间亦将其称作“龙舟水”。毫无疑问，今年“龙舟水”时期的强降雨是对福田中心区综合提升工程竣工验收后的一次重大考验。

2021年5月25日9点20分，深圳市气象局（台）发布暴雨黄色预警，9点55分将黄色暴雨预警升级为橙色暴雨预警（表示过去3 h，福田区累计降雨量已达暴雨，且降雨将持续）。10点22分从深圳市气象局（台）官网上获取福田区降雨1 h滑动雨量如图5所示，福田区最大雨量测得点为赛格广场73.1 mm，中心区海绵城市改造范围以东市民中心站点测得40.5 mm，以北莲花山站点测得52.4 mm，2个数据均处于设计降雨量值区间内。

图5 福田区2021年5月25日降雨1 h滑动雨量

本次降雨25 min后，以福中一路、鹏程一路、福中路、新洲路合围的住宅街区作为观察对象，记录本项目海绵城市建设内容应对日常暴雨的效果。

面对常规性暴雨事件，自行车道透水铺装部分路段积水有限，有绿化树遮挡路段渗水透水效果较为明显。机动车道雨水快速汇聚于道路边缘，汇入雨水箅子，路面基本不产生积水。

观察区域福中路路段下沉式绿化带蓄水渗水效果较为良好，机动车道雨水透过雨水收集口汇入绿化带被消纳部分，过量雨水则漫过井道汇入雨水管网（图6）。

图6 雨中海绵设施状况

降雨结束约2.5 h后再到该住宅街区道路范围进行观察，可以发现机动车道以及透水自行车道路面残留的降雨痕迹轻微，部分路段甚至与降雨前无异（图7），福田中心区其他街区范围也存在相似的情况。对常规性暴雨降雨事件，福田中心区的海绵城市改造建设足以轻松应付。

图7 海绵设施暴雨后状况

5 同时期其他城市对比情况

根据6月1日中央气象台发布的6月2—4日全国降水量预报，6月初深圳市已处于暴雨降雨范围内，时间往后推移统计至6月中旬，整个广东沿海地区雨量可达100 mm以上，珠三角部分地区甚至达250 mm以上。

福田中心区从5月31日下午已经开始持续降雨。深圳市北边逾100 km外的惠州市龙门县龙华镇31日早上3 h累计降雨量就已经达400.9 mm，打破了广东3 h降雨量历史纪录。深圳市东边逾200 km外的揭阳市惠来县也同样出现了严重的城市内涝（图8）。同样被列为第二批海绵城市试点城市的珠三角同城珠海市6月1日也出现了严重的内涝。

图8 揭阳市内涝情形

每年“龙舟水”期间，广东各地都会出现这样的降水现象，显然城市想要应付更为猛烈的如“五十年一遇”甚至是“百年一遇”等极端暴雨事件，在面临每年都会出现的“龙舟水”挑战时可从容应付是其基本条件之一。

6 结语

通过观察海绵设施在“龙舟水”期间对强降雨的消纳效果，可以看到深圳市福田中心区基于海绵城市理念的城市空间环境改造提升工程给城市雨洪管理能力带来了一定的提升，作为海绵城市第二批试点城市之一，深圳不断落实文件精神，用行动作表率。本项目主要在下沉式绿化带、透水混凝土铺装以及环保型雨水口方面做升级改造，未涉及绿色屋顶、绿色驳岸、生态花园等其他海绵城市建设形式，且项目在施工过程中因各方协调原因，部分海绵城市设施设计做出了一定的修改，令原来计划的效果受到部分影响。

由于项目竣工时间距离不长，海绵设施对本次“龙舟水”初期强降雨的有效消纳可视为一个良好的开端，后续还应对“龙舟水”中后期降雨事件跟进观测，同时加大观测范围，覆盖整个中心区，完善记录以找出后期需改善的地方，增强海绵设施应对极端暴雨的可靠性。

相信在示范工程的作用下，未来会融合更多的海绵城市建设形式，更加完善海绵城市设施建设，更好地解决城市内涝问题，更高地提升城市空间环境，更多地增强市民幸福感。