■ 周延偉

海綿城市綠地系統(tǒng)設計研究

■ 周延偉

海綿城市體系是以城市綠地系統(tǒng)景觀為載體和外在表現形式的水生態(tài)基礎設施。海綿城市體系下城市綠地系統(tǒng)在滿足基本的游憩娛樂、生態(tài)防護和環(huán)境美化等功能的前提下，還要協(xié)助城市水利設施處理城市雨洪問題。城市綠地系統(tǒng)在海綿城市體系中承擔輔助角色，不同類型的城市綠地在海綿城市體系中發(fā)揮不同的作用。另外，由于引入了截留、促滲和調蓄技術，城市綠地系統(tǒng)在豎向設計、斷面設計和植物設計方面與常規(guī)綠地設計存在著較大差異?，F階段，在積極探索海綿城市體系構建的浪潮中，設計者要對各技術問題進行理性認識，避免海綿城市建設冒進式發(fā)展，以期使其長期發(fā)揮應有的作用。

一、海綿城市的概念解讀

海綿城市指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。

“海綿城市的建設主要包括三個方面的內容：一是保護原有生態(tài)系統(tǒng)；二是恢復和修復受破壞的水體及其自然環(huán)境；三是運用低影響開發(fā)設施建設城市生態(tài)環(huán)境?！逼渲?，低影響開發(fā)（LID）是建設海綿城市的核心手段，其基本原理是在人工系統(tǒng)的開發(fā)建設活動中，盡最大可能減少對自然生態(tài)系統(tǒng)的沖擊和破壞。要實現這一目標，除應對原有的自然河流、湖泊、林地等進行最大限度的保護外，城市綠地系統(tǒng)也應受到高度重視。作為城市與大自然進行物質能量交換的主要場所，通過制定適合城市綠地系統(tǒng)的低影響開發(fā)控制指標、規(guī)模和布局方式，優(yōu)化植物配置和管理技術，在城市和自然水系之間形成有效的銜接，可以顯著提升城市對雨洪管控和災害應對的能力。

因此，筆者認為，海綿城市體系即是以城市綠地系統(tǒng)景觀為載體和外在表現形式的水生態(tài)基礎設施。通過將景觀合理規(guī)劃在城市雨澇調蓄、水源保護和涵養(yǎng)、地下水回補、水污染凈化、棲息地修復、土壤凈化等水生態(tài)過程中的關鍵性區(qū)域和位置，可以打造形式與功能兼?zhèn)涞牡陀绊戦_發(fā)雨水系統(tǒng)。

二、海綿城市理論對城市綠地系統(tǒng)設計的技術指引

根據城市降水過程，低影響開發(fā)技術主要分為截留技術、促滲技術和調蓄技術。

（一）截留技術

截留技術：指通過材料和結構增加匯水面積，減緩降雨過程中雨水形成徑流的速度的技術。該技術通過增加徑流形成的時間，可在降雨初期有效減少徑流突增對市政雨水管道帶來的壓力。截留技術主要包括：

（1）綠色屋頂：綠色屋頂結構可分為種植土層、過濾層、排水系統(tǒng)、防根層和防水層。在外界因素適宜的情況下，將承重、防水和坡度合適的屋面改建為綠色屋頂，可蓄積約50～80%的雨水資源，利于屋面完成雨水的減排和凈化。對于不適用綠色屋頂的屋面，也可通過排水管道收集引導雨水進行儲蓄或下滲回補地下水。

（2）冠層截留：植物尤其是大型喬木對雨水具有極強的截留能力，據研究表明，樹冠、枝干及其根部的節(jié)流能力分別約為9～12%、2%和40%。由此可見，高水平的綠化率對涵養(yǎng)地下水和保持水土具有重要意義。

（二）促滲技術

促滲技術：指通過改變地面鋪裝材料自身的透水速率或擴大材料之間相互銜接的縫隙面積，使雨水下滲到場地內部的技術。根據以上兩種滲透形式，可將透水鋪裝分為三類，即縫隙透水下墊面鋪裝、自透水下墊面鋪裝和自透水與縫隙透水相結合的下墊面鋪裝。該技術常用于綠色街道的設計中，當有降水時，雨水可順著材料自身的孔隙或之間的縫隙下滲到基層和土壤層；當沒有降水時，材料自身的孔隙或之間的縫隙可作為土壤通風換氣的通道，減少城市干島效應的發(fā)生。

（三）調蓄技術

調蓄技術：即生態(tài)滯留技術，指對初期雨水進行凈化，能暫時存儲一定量的雨水，下滲或經過處理對水資源進行補充和回收利用的技術。該技術可有效地消減雨洪峰值流量，延緩其產生的時間，同時減輕徑流污染。當設施內雨水飽和時，可通過溢流口排入市政雨水管道，而干旱時可向周邊綠地提供水資源。調蓄技術主要包括：

（1）生態(tài)樹池：對于通行或林蔭效果要求較高的區(qū)域可將單個樹池作為獨立的生態(tài)滯留單元。

（2）生態(tài)邊溝：在建筑散水、大型綠地、廣場或停車場邊緣，設置生態(tài)邊溝，邊溝中鋪設卵石形成雨水消能設施，可有效降低凈流速度，減少降水流失。

（3）下沉式綠地：高程略低于周圍地面，以利于地面雨水匯入，是最常用的調蓄技術之一，將其運用于寬度較窄的道路綠帶，可成為生態(tài)滯留帶。

（4）雨水花園：有狹義和廣義之分，狹義的雨水花園指自然形成或人工開鑿的結構簡單的淺凹綠地，占地較小，適用于居住小區(qū)；廣義的雨水花園包括具有調蓄和凈水功能的下沉式綠地。

（5）滲透池：適用于綠地面積較開闊的區(qū)域，降雨時能有效地削減徑流峰值，補充地下水。干旱時為草坪綠地，為人們提供活動場地。

（6）人工濕地：仿照自然濕地群落結構設計，生物種類多樣，景觀層次豐富，可將植草溝、雨水花園等設施中的雨水進行收集和凈化，凈水效果明顯。

三、海綿城市與城市綠地系統(tǒng)的關系

（一）城市綠地系統(tǒng)在海綿城市體系中承擔的角色

海綿城市體系是站在城市整體發(fā)展的高度解決城市雨洪問題，處理城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的平衡關系。海綿城市體系的規(guī)劃是宏觀的，不僅局限于城市建設用地范圍。而城市綠地系統(tǒng)作為城市生態(tài)系統(tǒng)的一個組成部分，是城市建設用地的一種類型，其自身具有的雨水滲透、滯留、蓄集和凈化功能，與海綿城市的要求不謀而合。同時，海綿城市建設強調城市綠地系統(tǒng)對雨水徑流量、峰值流量與徑流污染的控制能力，但并不意味著摒棄原有的雨水管渠系統(tǒng)。研究表明，城市綠地系統(tǒng)對雨水的處理能力低于海綿城市體系對城市綠地系統(tǒng)的預期。因此，城市綠地系統(tǒng)在海綿城市體系中承擔輔助角色，其作為低影響開發(fā)設施的主要載體，發(fā)揮著“慢排緩釋”和“源頭分散”的作用。

（二）不同類型的城市綠地在海綿城市體系中承擔的作用

根據《城市綠地分類標準》（CJJ/T 85-2002）規(guī)定，我國城市綠地可分為五大類，即公園綠地、生產綠地、防護綠地、附屬綠地及其他綠地，不同類型的城市綠地在海綿城市體系中承擔不同的功能。

1．公園綠地

公園綠地是向公眾開放，以游憩為主要功能，兼具生態(tài)、美化、防災等作用的綠地。

在城市范圍內，公園綠地的斑塊數量雖然不多，但是具有可觀的綠地規(guī)模和穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，對周邊區(qū)域的輻射作用明顯，可滿足多種規(guī)格的低影響開發(fā)設施，是海綿城市建設的重點。

2．附屬綠地

附屬綠地是城市建設用地中綠地之外各類用地中的附屬綠化用地。包括居住用地、公共設施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、對外交通用地、道路廣場用地、市政設施用地和特殊用地中的綠地。

在城市范圍內，附屬綠地呈散點狀分布，其在斑塊數量上占有絕對優(yōu)勢，并且普遍養(yǎng)護水平較高，對改善城市局部生態(tài)環(huán)境起到重要作用。因此，在附屬綠地中設置適宜的低影響開發(fā)設施，可將海綿城市體系深入到城市的每一個角落，對于實現雨水的源頭控制至關重要。

3．生產綠地和防護綠地

生產綠地是為城市綠化提供苗木、花草、種子的苗圃、花圃、草圃等圃地。

防護綠地是城市中具有衛(wèi)生、隔離和安全防護功能的綠地。包括衛(wèi)生隔離帶、道路防護綠地、城市高壓走廊綠帶、防風林、城市組團隔離帶等。這兩種綠地功能性較強、觀賞性較弱，在城市綠地系統(tǒng)中所占比重較小，并且多分布于城市的邊緣地帶。因此，在滿足其自身功能需求的基礎上可輔助公園綠地與附屬綠地進行低影響開發(fā)嘗試。

4．其他綠地

其他綠地是對城市生態(tài)環(huán)境質量、居民休閑生活、城市景觀和生物多樣性保護有直接影響的綠地。包括風景名勝區(qū)、水源保護區(qū)、郊野公園、森林公園、自然保護區(qū)、風景林地、城市綠化隔離帶、野生動植物園、濕地、垃圾填埋場恢復綠地等。

在城市規(guī)劃建設用地之外和城市規(guī)劃區(qū)之內分布有大面積的其他綠地，此類綠地可合理地調控城市內綠地與城市大環(huán)境之間的關系，可嘗試對其進行低影響開發(fā)，并結合水源保護區(qū)、濕地等水系對城市凈化后的雨水徑流進行匯集和處理。

四、海綿城市體系下城市綠地系統(tǒng)設計與傳統(tǒng)設計的比較

（一）平面及豎向設計

常規(guī)綠地平面布局規(guī)整，表面平坦，能吸納自身面積的雨水徑流，其豎向設計多考慮便于排水，常坡向市政道路方向，綠地與道路交界處會用立緣石進行分隔，部分區(qū)域為了豐富景觀層次效果會考慮通過微地形的方法使標高發(fā)生變化（圖1）。

圖1 常規(guī)綠地豎向設計圖（作者自繪）

海綿城市體系下，要求綠地不光要消納自身的雨水，還要消納周邊部分道路的雨水。因此，綠地與道路交界處會使用平緣石或帶孔口的立緣石，同時為了減少路面雨水徑流對土壤的沖刷，在平面布局上，綠地和道路交界處常設置環(huán)狀或帶狀滲溝，里面鋪設卵石進行消能，或者設置植草溝對雨水進行轉輸，綠地內部合適的區(qū)域也會適當降低標高，設計成下沉式綠地，局部有條件的區(qū)域可設計成雨水花園（圖2）。

圖2 海綿綠地豎向設計圖（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.15MR105.城市道路與開放空間低影響開發(fā)雨水設施.北京：中國計劃出版社，2016〔7〕：44）

（二）斷面設計

常規(guī)綠地的斷面設計僅需在素土夯實的基礎上將表面更換為種植土，同時為了保證植物的正常生存，嚴禁種植土下有不透水層（圖3）。

圖3 常規(guī)綠地斷面設計圖（作者自繪）

海綿城市體系下，綠地要起到吸水、蓄水、滲水、凈水的作用，因此，部分綠地將成為生物滯留設施。簡易型生物滯留設施斷面設計類似于常規(guī)綠地，僅需將終止土層下沉設計成蓄水層即可；復雜型生物滯留設施在素土夯實和種植土層之間還分別設置了土工布層、填料層、礫石排水層和防滲層等，從而將下滲的雨水逐層凈化，局部區(qū)域通過設置盲管和滲井，達到了滯留和蓄存的目的，種植土層表面除碎石散鋪外還設置溢流口與市政雨水管網相連，礫石排水層中也常有穿孔收集管與排水管相連，將綠地中多余的雨水及時排出，減少了雨水對植物根部的浸泡時間（圖4）。

圖4 海綿綠地斷面設計圖（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.15MR105.城市道路與開放空間低影響開發(fā)雨水設施.北京：中國計劃出版社，2016〔7〕：130）

（三）植物設計

合理、科學的植物配置是城市綠地系統(tǒng)中低影響開發(fā)設施能夠長期使用并充分發(fā)揮其功能的重要環(huán)節(jié)。

常規(guī)綠地中的植物配置多考慮植物的季相變化、色彩搭配和高低層次等視覺審美因素，從而形成自然生態(tài)的植物群落，較少考慮綠地蓄水的要求。

海綿城市體系下，植物的選擇方法有別于常規(guī)的園林綠地，除考慮植物的審美功能外，更重要的是植物在特殊環(huán)境下的生長狀況以及在雨水系統(tǒng)中的特殊作用。雖然單項雨水設施的結構各不相同，但在植物選擇方面可以發(fā)現一些共同的原則：（1）優(yōu)先選擇適應當地環(huán)境的鄉(xiāng)土植物，適當搭配已馴化的外來物種。（2）選擇根系發(fā)達、莖葉繁茂、對徑流污染凈化能力強的植物。（3）選擇耐污染、適應城市環(huán)境、抗逆性強的植物。（4）豐富植物種群搭配，確保各種群之間沒有明顯的競爭關系，從而提高群落的穩(wěn)定性，構建可持續(xù)的植物景觀。

五、海綿城市體系下城市綠地系統(tǒng)的設計思考

（一）海綿城市體系下雨水管渠系統(tǒng)依然是控制雨水徑流量的主力

海綿城市體系下，城市綠地系統(tǒng)可有效地控制雨水徑流，實現對雨水的凈化和回收，但是根據國內試點城市的經驗，城市綠地系統(tǒng)對雨水徑流量的控制率僅為30～40%，海綿城市體系對市政雨水管網依然存在較強的依賴性。因此，在雨洪調控方面，市政雨水管網仍然是主力，城市綠地系統(tǒng)發(fā)揮輔助作用，二者相輔相成，缺一不可。在工程實踐中，去除二者之間的聯系，將二者割裂單獨設計，或者認為建設海綿城市就是完全取代灰色管網系統(tǒng)是不正確的。

（二）海綿城市體系下城市綠地系統(tǒng)的主體功能仍然是生態(tài)功能

海綿城市要求城市綠地系統(tǒng)對雨水進行最大程度的消納，這在一定程度上與綠地的主體功能相沖突。為了增加綠地對雨水的消納能力，綠地中會增設植草溝、下沉式綠地、雨水花園等設施。目前常用的綠化樹種大多觀賞性強、耐濕性較差，過多的雨水會使生長多年的樹木被浸泡而死，而只種耐水濕植物，減少喬灌木的種植量，又降低了植物種群的多樣性和群落的穩(wěn)定性，與綠地應以喬木為主的生態(tài)功能相矛盾。因此，應根據可控降雨量和蓄水量計算出海綿綠地的面積，再依據實際情況，合理布局海綿綠地的位置，其余大部分綠地仍應保持喬灌為主的結構模式，從而處理好雨水消納功能和生態(tài)功能的輕重關系。

（三）海綿城市并不等于下沉式綠地

海綿城市是綜合的系統(tǒng)，下沉式綠地只是海綿城市的外在表現形式之一，籠統(tǒng)地提出下沉式綠地沒有可操作性。下沉式綠地不能簡單地應用在道路綠化中，經有關部門檢驗分析，道路初期雨水含有大量重金屬、鹽類、石油類等污染物，對植物生長極為不利。因此，道路雨水徑流不宜進行簡單的收集、沉淀就補充到景觀水系中或直接灌溉利用。同時海綿城市建設也不能照本宣科，完全照搬已有的建設形式，而應因地制宜，充分調研項目所在區(qū)域的地形地貌和降雨量，有的放矢地進行針對性設計。我國南北方氣候差異顯著，北方雨水設施的使用頻率遠不及南方，北方夏季多雨，下沉式綠地中會有積水產生，雨水設施發(fā)揮著較大作用，而其它季節(jié)降雨較少，下沉式綠地中并沒有積水，相反受地形因素限制可能會成為固體廢棄物或垃圾的聚集地，影響美觀，所以需要派專人定期清理維護并檢查設施的情況，以便下一個雨季到來時，設施可以正常使用。

六、結語

海綿城市體系下城市綠地系統(tǒng)不光要輔助城市水利設施處理城市雨洪問題，還要滿足基本的游憩娛樂、生態(tài)防護和環(huán)境美化等要求。海綿城市建設要求在現有城市綠地系統(tǒng)的基礎上，不對城市綠地做過大規(guī)模的調整，選擇適宜的技術措施，以最小的投入取得最佳的效果。由此可見，城市綠地系統(tǒng)雖然是海綿城市的重要載體，但在雨洪控制方面，市政雨水管網仍發(fā)揮著重要作用。

現階段，海綿城市建設在全國范圍內如火如荼地展開，在積極探索海綿城市體系構建的浪潮中，設計者更不應該盲目，要對各技術問題進行理性認識，避免海綿城市建設冒進式發(fā)展。對于海綿城市的實際效果仍需持續(xù)監(jiān)測，以全面了解其長期的運行狀態(tài)，從而使海綿城市的理念真正落到實處，發(fā)揮其應有的作用。

（作者單位：南開大學）