Drainage Planning Formulation in Neighborhood Scale —The Case of Hydrological Conditions of Hefei City

張玉鵬 ZHANG Yupeng

街區(qū)及場地尺度的排水規(guī)劃編制研究——以合肥市水文條件為例

Drainage Planning Formulation in Neighborhood Scale —The Case of Hydrological Conditions of Hefei City

張玉鵬 ZHANG Yupeng

摘 要近年來，城市暴雨內澇問題得到了各界廣泛關注，城市雨水管理的重要性日益凸顯。本文基于最佳管理實踐（BMPs）和低沖擊度開發(fā)理念（LID）、水敏城市設計(WSUD)和可持續(xù)雨洪管理策略（SUDS）等國際主流城市雨洪管理策略，發(fā)掘其在街區(qū)小地塊中雨水調蓄利用方面的控制內容。本文以詳細規(guī)劃為切入點，基于合肥市水文資料，提出地塊開發(fā)的“零徑流”控制標準及地塊蓄水容積的設計要求，希望在日后的城市建設中能將雨水的管理控制加以考慮，減少人為的內澇風險。

關鍵詞雨水管理理念；詳細規(guī)劃；零徑流；調蓄容積

張玉鵬： 合肥市規(guī)劃設計研究院編制研究中心，規(guī)劃師，729652936@qq.com

Abstract:In recent years, the problem of urban rainstorm waterlogging has raised wide attention, and the importance of stormwater management has become increasingly prominent. Based on an overview of Best Management Practices (BMPs), Low-Impact Development Concept (LID), Water Sensitive Urban Design (WSUD), Sustainable Urban Drainage System (SUDS) and other international city rainwater management strategies, this paper explored their contents in utilizing the rainwater storage for the neighborhood small plots. Based on hydrological data of Hefei city, this paper proposed control standards of “zero runoff” and design requirements of block storage volume in land development. It is expected that the urban construction could take the management of stormwater into consideration so as to reduce the risk of waterlogging in the future.

Keywords:Stormwater Management Concept; Detailed Planning; Zero Runoff; Flood Storage Capacity

0 引 言

中國城市已經進入“城市病”集中爆發(fā)期，其中，內澇災害是城市化帶來的城市型洪水災害，對經濟建設發(fā)展和構建和諧社會構成極大的危害。2012年2月上海社會科學院城市與區(qū)域研究中心發(fā)布的《國際城市發(fā)展報告（2012）》中指出，中國城市已經進入“城市病”集中爆發(fā)期。城市人口的快速膨脹、規(guī)劃缺乏預見性以及城市基礎設施的承載力限制等因素導致了交通擁堵、秩序紊亂、運營低效、抗風險能力差等一系列問題，制約城市的發(fā)展。

近年來，在城市排水方面的研究，日益增多。國外的先進雨水管理理念也逐步走進規(guī)劃者與決策者的視野。國際上對城市雨水的管理已經有了比較成熟完整的體系，20世紀80年代初，國際雨水集留利用系統(tǒng)協會成立，美、德、英、澳、日等國家長期致力于雨水管理的研究，開發(fā)多種水文模型，并建立起完善的技術以及保障體系。主流理論基礎主要有：美國的雨水最佳管理實踐（BMPs）和低沖擊度開發(fā)（LID）、澳大利亞的“水敏城市設計”（WSUD）、英國的可持續(xù)雨洪管理策略（SUDS），此外還有綠色基礎設施（Green Infranstructure）、更優(yōu)場地設計（Better Site Design）、保護式發(fā)展（Conservation Development）、零排放（Zero Discharge）等。

然而，如何將理論與各地不同的實際情況聯系起來，仍是我們規(guī)劃師要深入研究的重要課題。街區(qū)及場地尺度的規(guī)劃是規(guī)劃理念在城市建設中最首要的試驗場，并且街區(qū)及場地尺度的規(guī)劃控制則對城市環(huán)境起到最根本、最微觀的影響，也是人為活動對城市自然環(huán)境做出的最直接的影響。因此，從街區(qū)及場地尺度考慮城市土地的開發(fā)與建設、城市綠地及水域的保護以及雨水設施的建設，對于緩解甚至解決城市內澇問題具有直接意義。

1 控制層次與目標

街區(qū)及場地尺度的規(guī)劃設計一般是指修建性詳細規(guī)劃，包括控制性詳細規(guī)劃與修建性詳細規(guī)劃，兩者出發(fā)點不同，控制目標不同，影響范圍也不同。

控制性詳細規(guī)劃在用地范圍控制方面，應遵循嚴格保護水系及自然植被的原則，引導城市建設因地制宜，不鼓勵大肆改造城市地勢地貌；在用地開發(fā)強度控制方面，從生態(tài)可行性角度進行城市用地開發(fā)的校核，特別是城市新區(qū)建設，在保障生態(tài)良性循環(huán)的基礎上進行集中建設，集約利用土地；在地下市政設施建設方面，應以“統(tǒng)籌發(fā)展觀”為原則，將地下市政建設與地面土地開發(fā)強度結合起來，保障基礎設施建設先行，并與城市發(fā)展水平相匹配，特別是舊城更新建設中，應將管線擴容與雨水留蓄工程建設手段相結合，采用最經濟可行的技術解決內澇問題。

修建性詳細規(guī)劃是任何理念從設計落到實處的必要步驟，其規(guī)劃主要內容是建筑與場地設計，主要包括建筑的排布，場地雨水分區(qū)、地形坡度設計及地下管線排布與管徑等設計。修建性詳細規(guī)劃對雨水控制的基本目標是“零徑流”，即土地開發(fā)前后地表徑流量保持不變，“零徑流”理念不僅體現在直接地減少了因地表城市化而增加的雨洪徑流，延緩徑流匯流時間，減輕市政管道壓力，對預防城市內澇起到了重要作用，同時，鼓勵城市開發(fā)注重對城市水文環(huán)境的保護，補充地下水，預防城市地表沉降。

2 控制指標體系

2.1 推理公式法適用范圍界定

我國雨水管道設計唯一法定的計算公式是推理公式法，國外研究顯示推理公式法因其徑流系數選定的模糊性和其對降雨時間空間的變化情況過度概化等原因，對地面徑流量的計算容易產生偏差，這種誤差在大流域雨水系統(tǒng)的規(guī)劃設計中尤為明顯，其偏差有時比實測結果大一倍以上[1]。因此對范圍較大的規(guī)劃區(qū)域不宜采用推理公式法，而應采用較為科學準確的暴雨徑流計算模型。然而，城市自然條件不同、下墊面不同、地下排水管網的密度規(guī)模不同對暴雨徑流模型的影響較大，應用中暴雨徑流模型也暴露出一些實際問題，如數據來源分散，可用數據來源較少；雨洪模型的監(jiān)測落后，無法得到雨水管道水量信息；模型參數復雜，計算速度較慢，較難在規(guī)劃過程中推廣使用。

較暴雨徑流計算模型，“暴雨公式”（Qs=qΨF參見《室外排水設計規(guī)范》）作為一種傳統(tǒng)的計算方法，具有其自身優(yōu)勢——數據來源可靠、計算公式簡單、便于推廣，因此，在城市規(guī)劃中依然有其存在的地位與價值，只是需要界定其適用范圍。

研究顯示只要將推理公式法限制在受地表蓄流影響較小的小流域，其精度仍然可以得到保障。美國規(guī)定其適用面積為40~80hm2；英國規(guī)定其適用的設計管徑不大于600mm，沃林福特程序中的修正的推理方法將適用范圍擴大到150hm2；歐盟規(guī)定推理公式法可以應用于匯水面積小于200hm2或匯水時間小于15min區(qū)域[1]。我國地理氣候環(huán)境復雜，各地推理公式的適用范圍應盡可能反映流域的地貌環(huán)境、氣候條件等，并提高其準確性。筆者認為，中國城市主干道劃分的用地面積大約為1000m ×1000m，即100hm2（約是一個居住區(qū)的規(guī)模），介于國外相關研究的數據之間，可作為適用推理公式法的上限值，各地再結合當地的自然環(huán)境及社會條件對此上限進行調整。

下文計算都是建立在推理公式適用范圍之內的微觀地塊指標控制。

2.2 控制指標構成

根據“零徑流”原則，筆者提出“徑流系數”指標和“調蓄容積”指標兩個強制性指標來控制城市用地的開發(fā)建設，減少城市市政管道壓力，為城市建設進行擴容。

土地開發(fā)的雨水管理基本出發(fā)點是“零徑流”原則，即保證地塊徑流系數維持開發(fā)前的狀態(tài)，一般針對城市新城（區(qū)）開發(fā)，因此將“徑流系數”引進城市設計指標體系中是十分必要和有效的。城市規(guī)劃建設中，規(guī)劃師和開發(fā)商在進行土地開發(fā)時，將必須考察當地的水文條件以及基地的開發(fā)前徑流系數等，采用多種滯蓄手段保證土地開發(fā)前后徑流量的恒定，并從雨水利用角度因地制宜進行建設，提升開發(fā)區(qū)品位，并且有利于土地水文環(huán)境的保持，另外，已經開發(fā)過的土地其維持“零徑流”相對容易，因此，此措施還可鼓勵開發(fā)商開發(fā)舊城區(qū)土地，進行城市更新，減少城市對外擴張。

“調蓄容積”是減緩雨水洪峰流量的重要保障，并且有利于回收雨水、鼓勵再利用，日本雨量豐沛，其1992年頒布的“第二代城市排水總體規(guī)劃”要求任何新建和改建的大型公共建筑必須建設雨水滯蓄設施，每公頃新開發(fā)用地必須有500m3調蓄雨水的容積，留蓄的雨水基本可以滿足除飲用水之外的用水需求，從經濟上可以有效彌補建設雨水調蓄設施的費用。

2.3 調蓄池、多功能調蓄場地容量計算

調蓄池作為一種可以實際量化的工程手段，具有極強的可操作性與可監(jiān)控性，因此，作為一種可量化的手段，筆者認為應作為土地開發(fā)過程中的強制性指標來進行提出。本文調蓄池容量的計算僅從“零徑流”角度出發(fā)進行研究，以實例探討普通地塊所需的基本調蓄池容積。

首先應計算匯水范圍內的平均徑流系數：

式中：

Ψ——平均徑流系數

ηi——不同下墊面百分比 %

ψj——不同下墊面對應的徑流系數

表1 上海市系統(tǒng)調蓄量f值確定表Tab.1 systematic flood storage capacity f determination table in Shanghai

城市排水系統(tǒng)建設中，城市的綜合徑流系數見下表1。

第二運用德國污水協會制定“ATV Arbeit sblatt A128-1992 標準”，初期混合污水調蓄池容積按下式計算:

式中：

V——調蓄池容積（m3）

f —— 單位收集面積需調蓄初期雨量（mm）

A—— 收集面積（hm2）

ψ—— 徑流系數, 建議值為 0.7[2]，同城市滲透面面積相關;

β—— 安全系數, 建議值為 1.5，參考上海成都路雨水調蓄池設計指標[3]。

f取值應根據自身暴雨徑流特點確定，德國的f值為1.2~4之間，上海按照區(qū)域人口密度進行了f值等級劃分[2]（表2）。城市人口愈小，降水愈均勻，f值取值愈小，合肥市降雨分配不均，且城區(qū)建設密度較大，建議選取較大值3。

因此，選取標準城市地塊1hm2計算，平均徑流系數選取為0.7，綠地徑流系數取0.2，運用公式（2）可以概算出合肥市城區(qū)平均1公頃建設用地需要配備22.5m3的雨水調蓄池，可保證其開發(fā)前后徑流量保持基本不變。上海成都路雨水調蓄池約24m3/ hm2，上海世博園約30m3/hm2[4]，筆者認為其計算結果相對科學。

表2 不同城市功能區(qū)用地類型的雨水規(guī)劃標準Tab.2 the stormwater planning standards of different types of land use in different functional zones

若結合滲透性鋪地及“綠色基礎設施”的改造，合肥市城區(qū)22.5m3/hm2的調蓄容量是十分充足的。然而調蓄池的建設不僅要滿足“零徑流”的控制指標，還應結合地塊雨水回收利用技術，從工程投資、節(jié)水效益上綜合考慮適合不同地塊的雨水調蓄池容積以及“源控制”技術的選用。

調蓄池設計適用于地面土地緊張或功能不允許的規(guī)劃設計中，而城市中還存在很多開敞空間，可以結合下沉廣場、景觀水系等形成“隱形”調蓄池[5]。

結合公園的場地條件及城市對防洪排澇的標準要求，計算不同重現期的雨水徑流總量，計算公式為：

式中：

W——年均徑流量（m3）

H—— 不同設計重現期設計降雨量（mm）

F—— 匯水面積（km2）

ψ—— 綜合徑流系數（城市地區(qū)視匯水區(qū)內下墊面情況而定）

根據不同設計重現期的降雨量，可以計算出等面積下沉廣場可調蓄容量（圖1），或者等調蓄高度條件下的下沉調蓄場地的面積，在此基礎上，盡可能保護植被，利用硬化鋪地的下沉廣場作為調蓄場地，并在集中雨期結束后將雨水盡快排入市政管道或者河道中。

圖1 下沉廣場縱斷面高程設計Fig.1 elevation design of vertical section in sunken plaza

室外多功能調蓄場地對于缺水城市和內澇嚴重的城市，是一種綜合有效的雨水管理手段，對城市匯水區(qū)進行科學計算，精確設計多功能調蓄場地，不僅能增加水資源、回補地下水，削減洪峰流量、保障城市安全，更能經濟高效、充分科學地利用土地資源，最大限度地發(fā)揮土地的綜合效益，為景觀設計提供一種科學的出發(fā)點和設計依據。

2.4 小結

通過上文的分析與計算，參照合肥市的自然地理條件與城市建設情況可以得出：

“徑流系數”恒定：鼓勵開發(fā)已有用地，并限制城市的過度“硬化”，恢復自然水循環(huán)。

“調蓄容量”建議值22.5m3/ hm2，結合“源控制”技術手段，可以減輕排水系統(tǒng)壓力，降低排水管網改造升級造價，為城市的再建設提供發(fā)展空間，節(jié)約水資源，實現資源與環(huán)境的協調持續(xù)發(fā)展。

3 控制方法體系

3.1 雨水管理方案的制定

雨水管理方案是城市建設者正面積極地解決城市雨水問題的重要手段與依據，是多學科的交叉實踐，其中包括水文和水利工程、環(huán)境科學、水文生態(tài)和水資源管理、城市規(guī)劃、景觀設計等學科（圖2），也是地方政府、開發(fā)商和市民等利益相關主體進行博弈的主要目標。

圖2 澳大利亞城市水敏感設計雨水Fig.2 water sensitive stormwater design in Australia

首先，在收集及分析資料的基礎上，明確規(guī)劃目標。不同場地的地理環(huán)境、降水條件、開發(fā)功能以及對周邊的干擾程度都有著明顯的不同，應統(tǒng)籌考慮適合場地開發(fā)的雨水管理目標與理念，如硬化較高的商務貿易區(qū)應采用地下蓄水池以及水景景觀的營造等以雨水留蓄為目標的雨水管理理念；綠化率較高的小區(qū)應采用下凹式綠地、綠化溝渠以及“雨水花園”等加大雨水的入滲量（表3）。

表3 不同城市功能區(qū)用地類型的雨水規(guī)劃標準Tab.3 the stormwater planning standards of different types of landuse in different functional zones

其次，確定規(guī)劃標準。不同用地性質的土地開發(fā)的雨水管理標準不同，無論是上文提到的“零徑流”原則還是雨水調蓄池建設標準，都不能不顧實際情況推而廣之。劉頌在《西方國家可持續(xù)雨水系統(tǒng)設計的技術進展及啟示》[6]中提到德國針對不同用地采用不同的規(guī)劃設計標準，筆者借鑒其分類標準，探討適合國內建設條件下的雨水系統(tǒng)規(guī)劃手段。

第三，可行性研究。城市地下水位深淺不一，土壤滲透能力也具有很大差異，若地下水位較淺，不僅不能采用入滲技術措施，反而要盡量避免雨水滲入地下，以免影響建筑地基。因此，土地開發(fā)之初，必須請專業(yè)人士進行雨水系統(tǒng)的技術性和經濟性進行可行性研究，為規(guī)劃提供決策基礎。

第四，技術措施選用。根據可行性研究報告，針對不同的用地類型，選用科學合理、經濟適用的雨水系統(tǒng)措施。

3.2 傳統(tǒng)排水體系的選擇與優(yōu)化

傳統(tǒng)排水體制的排水理念是將雨水快速排出，避免城市內積水，也叫做“末端治理”。目前排水體制有兩種，一種是合流制，一種是分流制，具體的還分為直排式合流制、截留式合流制、全處理式合流制、完全分流制排水系統(tǒng)、截流式分流制排水系統(tǒng)、不完全分流制排水系統(tǒng)。

表4 可持續(xù)雨水管理措施的對比分析Tab.4 comparative analysis of sustainable stormwater management measures

筆者認為，排水系統(tǒng)作為城市市政排水的重要組成部分，其體制的選擇必須要適應本地的地理經濟條件，不可一刀切的選擇分流制（表4）。國外城市在排水體制的選擇方面則更多的考慮了其性價比及地域性。例如，美國學者早在20世紀60年代便對全球600多個城市的排水系統(tǒng)進行了研究，將直排式合流制排水系統(tǒng)改為截流式合流制與改為分流制的投資比例為1:3[7]，特別是在舊城改造中，由于地下管網復雜幾近飽和，且受制于外圍排水管網的排水能力，對雨水的排除未必可以達到理想的效果；德國歷史久遠，經濟條件優(yōu)越，但德國并沒有選擇分流制的道路，而是因地制宜的選擇不同的排水方案，其中合流制排水系統(tǒng)約占70%；而瑞典認為分流制改造影響大，耗時長，造價高昂，且技術上并不能根治水污染問題，早在20世紀80年代便放棄了雨污分流的思想；日本東京，作為世界首屈一指的超級都市，雨量豐沛，其合流制排水卻占到90%，并未見暴雨及臺風會導致城市毀滅性的內澇災害。因此，總體來看，歐美等發(fā)達國家并沒有一味的追求分流制，而是對原有的合流制進行改造，并結合雨水的“源控制”措施，用有效的成本來達到控制雨水徑流與污染的效果。

因此，我國排水系統(tǒng)體制的選擇，不應僅著眼于體制選擇，更不應盲目地求“新”求“貴”，而應多一些理性的研究與思考，允許城市存在并長時期存在合流制，并將工作的重點轉變到促進雨水的蓄、截、排、用等方面，將城市雨水的排除與城市雨水循環(huán)有機結合起來，與雨水的污染控制結合起來，與保護城市生態(tài)安全結合起來，與城市經濟效益結合起來，因地制宜地選擇適合當地發(fā)展的可持續(xù)的排水體制，使之成為可持續(xù)排水系統(tǒng)的一個重要組成部分，而不是唯一組成部分。

3.3 建立可持續(xù)雨水系統(tǒng)

西方國家在20世紀70年代從單純依靠市政管道排水的理念中走出來，開始“源控制”與“下游控制”的嘗試，國外發(fā)達國家將雨水滲溝、滲塘、透水地面、多功能調蓄場地等多種多樣的方式手段作為傳統(tǒng)排水體系的有力補充，甚至是成為城市雨水控制的主體手段，并不滿足于城市地下的雨水排除與集蓄，而是利用城市內一切可利用空間調蓄雨洪。

從雨水控制的不同出發(fā)點對可持續(xù)雨水管理類型進行劃分，可分為以滲透為主的雨水管理，以雨水收集為主的雨水管理以及以管道排除為主的雨水管理，三者之間并不是完全分立的，在同一場地可以采用多種不同的雨水管理方式。

筆者建議從學校、大型公建甚至高品質的小區(qū)的規(guī)劃設計入手推廣先進的雨水管理理念，“強制就地滯洪蓄水”，形成品牌效益，使開放商認識到雨水管理的經濟效益與環(huán)境效益，形成雙向的推廣機制。

在城市舊城區(qū)重澇區(qū)改造中，城市建設情況復雜，排水管線的擴容困難重重，不僅管線之間關系復雜，很多地下管線甚至已經把道路下的地下空間布滿，根本沒有條件進行管道的管徑擴容。筆者建議采用“二次排水機制[8]”，“利用城市內一切可利用的空間”，將公園、停車場、運動場進行改造或再設計，降低其標高，或利用立交橋下的大空間進行雨水調蓄池的設計，將暴雨的雨水進行暫時存儲，降低城市內澇發(fā)生風險。

4 結 語

目前的雨水規(guī)劃開始引入各種先進的管理理念，重視雨水的回收利用，意識到城市自然水系與洼地的重要性，但其自身理論系統(tǒng)的不完善，在進行微觀城市開發(fā)中并不能將宏觀規(guī)劃及專項規(guī)劃中的理念進行有效貫徹。

微觀的城市開發(fā)原則依然是老生常談的“尊重場地與區(qū)域特征”，在雨水管理領域也是同樣適用，筆者認為，規(guī)劃設計應該意識到場地內的水循環(huán)過程，尊重并保持甚至“暴露”水循環(huán)過程，通過創(chuàng)意的規(guī)劃設計展現水循環(huán)之美，加強自然過程與人們生活的緊密聯系，努力用一種“生態(tài)敏感、社會功能齊全以及經濟效益良好的方式[9]”來開發(fā)土地，從下而上地營造和諧安全的城市。

參考文獻：

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圖表來源：

圖1：《城市多功能雨洪調蓄設施》張燕

圖2：《國外城市雨水利用進展》王思思

表1：《室外排水設計規(guī)范》(GB50014-2006, 2011版)

表2：《初期雨水調蓄池運行效率的計算機模型評估》譚瓊, 李田, 張建頻, 等

表3-5：作者整理繪制

（編輯：李方）

DOI:◎風景園林10.13791/j.cnki.hsfwest.20150320崔珩, 黃喆. 試論風景名勝區(qū)休閑度假設施的建設問題與規(guī)劃策略——以四川省為例[J]. 西部人居環(huán)境學刊, 2015, 30(03): 101-107.

收稿日期：2014-08-12

作者簡介

文 章 編 號2095-6304(2015)03-0096-05

文獻標識碼B

中圖分類號TU984.11+9