海 霞，王久振，李艷艷，王 鵬，朱學(xué)虎，雷克剛

(1.中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300100;2.中國市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030)

1 概述

自2013年首次提出建設(shè)“海綿城市”以來，無論是在政策鼓勵、制度創(chuàng)新，還是建設(shè)理念、規(guī)劃引領(lǐng)、工程試點(diǎn)等方面均取得較大進(jìn)展。幾年來，受益于中央政策和財(cái)政資金的大力支持，30個國家海綿城市試點(diǎn)、近百個省級海綿城市試點(diǎn)先后開展了規(guī)劃與建設(shè)工作，探索建設(shè)機(jī)制和運(yùn)營模式，一大批“海綿小區(qū)”、“海綿道路”、“海綿公園”初具規(guī)模，成效顯著?！熬G色、生態(tài)”的城市開發(fā)建設(shè)理念已深入人心，這不但在國內(nèi)引起社會的廣泛關(guān)注，而且在國外也產(chǎn)生了很大影響[1-2]。文章結(jié)合海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，本著系統(tǒng)解決城市錯綜復(fù)雜的涉水問題，分析海綿城市建設(shè)方案中幾個關(guān)鍵系統(tǒng)以及彼此之間的銜接，提出系統(tǒng)分析、統(tǒng)籌建設(shè)才是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)多目標(biāo)的有效途徑。

2 海綿城市建設(shè)系統(tǒng)分析的必要性

實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)多目標(biāo)，需要做到科學(xué)地、系統(tǒng)地、合理地、定量地分析確定水量水質(zhì)和生態(tài)特征指標(biāo)[3]。針對城市內(nèi)澇、水污染等多重水問題，需要因地制宜地選擇工程設(shè)施位置與規(guī)模，同時將具有單一功能的工程設(shè)施合理組合，以實(shí)現(xiàn)水量、水質(zhì)、生態(tài)控制等指標(biāo)的全面達(dá)標(biāo)，以下就海綿城市建設(shè)系統(tǒng)分析的必要性做幾點(diǎn)分析：

1)系統(tǒng)分析是對海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃的深化和補(bǔ)充

海綿城市建設(shè)工作推進(jìn)速度相對較快，短時間內(nèi)完成的海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃，其核心在于指標(biāo)分解，在如何系統(tǒng)解決問題方面考慮不足。

2)系統(tǒng)分析是實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間有效銜接的前提

海綿城市建設(shè)牽扯水安全、水環(huán)境、水資源和水生態(tài)等多個系統(tǒng)，需要統(tǒng)籌分析水質(zhì)與水量、生態(tài)與安全、分布與集中、綠色與灰色、景觀與功能、地上與地下、岸上與岸下等各方面的協(xié)調(diào)關(guān)系[4]，同時還需考慮城市原有或正在編制的相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃之間的銜接問題，尤其是城市豎向系統(tǒng)和各涉水專項(xiàng)規(guī)劃之間的關(guān)系。

3)系統(tǒng)分析可為海綿城市智慧管控提供數(shù)據(jù)支撐

海綿城市建設(shè)系統(tǒng)分析一般會體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型模擬數(shù)據(jù)，且要求將實(shí)施、運(yùn)維、管理等全過程的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)、優(yōu)化調(diào)度數(shù)據(jù)和動態(tài)管控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時反饋，以便及時進(jìn)行方案優(yōu)化與調(diào)整。將全生命周期內(nèi)的多種數(shù)據(jù)集成化處理，為海綿城市智慧管控提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

4)系統(tǒng)分析是統(tǒng)籌海綿城市建設(shè)有序開展的要求

海綿城市是一個包含很多系統(tǒng)的大系統(tǒng)，是一個跨學(xué)科、跨專業(yè)、跨部門的整體[5]，其建設(shè)需要根據(jù)區(qū)域城市建設(shè)發(fā)展計(jì)劃、經(jīng)濟(jì)能力、現(xiàn)場實(shí)施空間條件等綜合因素，經(jīng)過嚴(yán)密論證，制定科學(xué)合理的建設(shè)分期計(jì)劃和時序，這也是影響海綿城市建設(shè)綜合目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。筆者認(rèn)為，海綿城市建設(shè)應(yīng)以至少包含源頭、過程和末端的一個完整的排水系統(tǒng)為基本單元進(jìn)行實(shí)施，是實(shí)現(xiàn)逐步降低內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)、提高水資源利用率、控制污染排放等目標(biāo)的有效途徑，同時應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)地量化分析，并統(tǒng)籌好每個排水分區(qū)間水量和水質(zhì)的銜接關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到直觀地預(yù)評估每個實(shí)施單元對實(shí)現(xiàn)區(qū)域海綿城市建設(shè)綜合目標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

3 海綿城市建設(shè)系統(tǒng)分析的技術(shù)要點(diǎn)

3.1 道路及豎向系統(tǒng)

城市豎向系統(tǒng)是劃定排水分區(qū)、確定行泄通道、組織雨水徑流排放和設(shè)計(jì)排水管渠的依據(jù)[6]，對城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治起著至關(guān)重要的作用，也是影響源頭減排設(shè)施(LID設(shè)施)利用率大小的關(guān)鍵因素。海綿城市建設(shè)中應(yīng)特別注重城市豎向設(shè)計(jì)，充分研究城市道路標(biāo)高和場地豎向。合理的豎向系統(tǒng)可大大降低甚至避免城市內(nèi)澇積水的發(fā)生[6]。筆者認(rèn)為隨著城市開發(fā)建設(shè)進(jìn)程的加速，因各種不可抗拒因素或者其它人為因素的影響，城市豎向系統(tǒng)也應(yīng)隨之做出更合理的調(diào)整，與之相關(guān)的規(guī)劃也應(yīng)適時進(jìn)行調(diào)整或修編。

在進(jìn)行下沉式綠地、植草溝、雨水花園、小型濕塘等源頭減排設(shè)施設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意兩方面的豎向問題。一是建設(shè)地塊“外部”的豎向問題。要實(shí)現(xiàn)建設(shè)地塊對雨水的蓄存、滲滯或傳輸功能，必須保證建設(shè)地塊相對于周邊其他地塊具有合理的高差，充分利用高程較低的地塊優(yōu)勢，將周邊雨水蓄存和凈化；二是建設(shè)地塊“內(nèi)部”豎向問題，合理的豎向設(shè)計(jì)是保證源頭減排設(shè)施利用率較高的前提條件。如固原市九龍公園設(shè)計(jì)中，有效利用地塊高低起伏的特點(diǎn)，在地塊內(nèi)布設(shè)LID設(shè)施，用植草溝將雨水花園和小型濕塘緊密連接，實(shí)現(xiàn)雨水傳輸、蓄存。

3.2 城市排水系統(tǒng)的構(gòu)成

傳統(tǒng)城市排水系統(tǒng)主要是指市政排水(雨水)管渠系統(tǒng)。隨著城市開發(fā)建設(shè)過程中愈演愈烈的內(nèi)澇現(xiàn)象的出現(xiàn)，住建部提出城市內(nèi)澇系統(tǒng)，2013年又提出了海綿城市建設(shè)理念，至此，城市排水系統(tǒng)包括從源頭、過程至末端的四大系統(tǒng)。本文將源頭減排設(shè)施(LID設(shè)施)定義為微排水系統(tǒng)，傳統(tǒng)排水(雨水)系統(tǒng)稱為小排水系統(tǒng)，行泄通道、大型調(diào)蓄池等防澇設(shè)施定義為中排水系統(tǒng)，河、湖、溝等末端水系定義為大排水系統(tǒng)(見圖1所示)。另外，溢流系統(tǒng)是四大排水系統(tǒng)之間的連接紐帶，承上啟下，驗(yàn)證各系統(tǒng)在豎向上的合理性。四大排水系統(tǒng)是一個即相互獨(dú)立又相互銜接的整體，不僅僅包括“排”，也包括一切可起到削峰減峰的方式和措施，其本質(zhì)區(qū)別在于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、針對目標(biāo)、具體形式和設(shè)施種類的不同，在海綿城市建設(shè)中，需要其共同作用，提高城市預(yù)防暴雨災(zāi)害的能力。

圖1 城市排水系統(tǒng)組織示意

3.2.1微排水系統(tǒng)分析

微排水系統(tǒng)是指由源頭減排設(shè)施組成的排水系統(tǒng)。旨在實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率、雨水資源利用率、年SS控制率和水態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等目標(biāo)。該系統(tǒng)沒有固定的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，以各區(qū)域的徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量作為設(shè)計(jì)依據(jù)，主要控制占全年80%～90%左右的中小降雨[3]。在源頭有效減輕市政排水管渠系統(tǒng)的排水壓力，需要注意的是該系統(tǒng)與市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)在豎向上的合理銜接。

1)“海綿道路”系統(tǒng)中的微排水

采用新型材料或技術(shù)從源頭緩解道路排水問題，結(jié)合道路規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，如果道路紅線范圍內(nèi)沒有充足的綠地空間發(fā)揮雨水的滯、蓄作用，人行道可采用全透水型鋪裝，超過下滲能力的雨水可沿人行道流至路面。在濕陷性黃土等不適宜采用下滲材料的區(qū)域，可采用表面透水的人行道，經(jīng)表面凈化后的雨水通過人行道雨水導(dǎo)流口排到路面，超標(biāo)雨水作為客水排入下游地塊，或者通過雨水篦子進(jìn)入市政雨水管網(wǎng)；如果道路紅線范圍有足夠的綠化帶，可按照綠地承接道路雨水原則，結(jié)合道路的橫坡方向，將綠化帶或隔離帶設(shè)計(jì)為下沉式綠地(具體設(shè)施類型以實(shí)際項(xiàng)目為準(zhǔn)，下同)，根據(jù)實(shí)際地形，隔段可設(shè)計(jì)小型擋水堰，增加滯、蓄空間，同時設(shè)計(jì)路緣石開口，將道路雨水導(dǎo)入下沉式綠地，達(dá)到年徑流總量控制率目標(biāo)。

2)“海綿小區(qū)”系統(tǒng)中的微排水

隨著生活水平的不斷提升，人們對于住宅小區(qū)的環(huán)境要求也越來越高。因此，在小區(qū)的規(guī)劃建設(shè)中，除了滿足人們?nèi)粘＞幼⌒枨蟮南嚓P(guān)基礎(chǔ)設(shè)施之外，還需考慮居住環(huán)境，“海綿小區(qū)”應(yīng)運(yùn)而生。建筑小區(qū)屋面雨水徑流通過雨落管進(jìn)入雨水罐(第二批海綿試點(diǎn)城市固原市做法)或經(jīng)消能凈化處理后引入綠地內(nèi)以滲透和儲存為主要功能的LID設(shè)施(第一批海綿試點(diǎn)城市西咸新區(qū)做法)，小區(qū)道路適當(dāng)采用透水型(或半透水型)鋪裝，其雨水徑流通過盲管或地表有組織的匯入下沉式綠地，最后經(jīng)過設(shè)施內(nèi)部的溢流口溢流至市政雨水管網(wǎng)。這無疑實(shí)現(xiàn)了從源頭地塊有效控制雨水徑流，起到緩解市政管網(wǎng)排水壓力的作用，同時還可改善住宅環(huán)境條件。根據(jù)年徑流總量控制率、雨水資源利用率等指標(biāo)要求，也可在小區(qū)內(nèi)部或外部設(shè)置模塊化調(diào)蓄池，可以提高水資源利用率，用于綠化澆灌、景觀用水等，緩解局部區(qū)域水資源供需矛盾[7]。

3)“海綿公園”系統(tǒng)中的微排水

公園綠地面積較大，地形高低起伏，形態(tài)多樣，天然滲透力極強(qiáng)。將“海綿城市”的理念運(yùn)用在公園建設(shè)中，打造能吸水、凈水、蓄水的最優(yōu)“海綿體”。公園內(nèi)部主要采用以植草溝為主要形式的生態(tài)排水方式，合理運(yùn)用微地形、傳輸型植草溝將下沉式綠地、雨水花園、濕塘等多種LID設(shè)施連接，形成豐富多彩的“片狀海綿”。

3.2.2小排水系統(tǒng)

小排水系統(tǒng)即為傳統(tǒng)排水(雨水)系統(tǒng)。包括傳統(tǒng)雨水管渠、暗涵、提升泵站等，主要以當(dāng)?shù)囟虤v時暴雨強(qiáng)度公式為計(jì)算依據(jù)，一般承擔(dān)重現(xiàn)期為1～10 a的短歷時暴雨[8]。除了具有其原有功能之外，還有承接微排水系統(tǒng)中溢流雨水的作用。在海綿城市建設(shè)中，保證市政雨水管網(wǎng)與LID設(shè)施中溢流系統(tǒng)的豎向銜接順暢合理尤為重要，換言之，微排水和小排水系統(tǒng)之間科學(xué)合理的豎向關(guān)系是實(shí)現(xiàn)暴雨期間削峰錯峰效果的決定性因素。

3.2.3中排水系統(tǒng)

中排水系統(tǒng)主要包括城市行泄通道和排澇設(shè)施，由“排”和“蓄”兩部分組成，其中，“蓄”主要起到消峰減峰的作用。該系統(tǒng)主要功能是承接超過微排水系統(tǒng)和小排水系統(tǒng)設(shè)施消納和傳輸能力的雨水徑流，是保證城市不發(fā)生內(nèi)澇的最后屏障。以近30 a最大24 h統(tǒng)計(jì)降雨量作為計(jì)算依據(jù)，意在解決小排水系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以上、內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的地面積水。

在海綿城市建設(shè)中，為了減小暴雨期間下游管網(wǎng)排水壓力，降低末端受納水體防洪壓力，減小區(qū)域內(nèi)澇積水，一般可考慮將公園定位為具有一定水面的雨洪公園，遇到多年一遇暴雨時，可利用常水位和最高水位之間的巨大調(diào)蓄空間來減輕下游區(qū)域的洪澇災(zāi)害[9-10]。

3.2.4大排水系統(tǒng)

大排水系統(tǒng)是指河、湖、溝等末端水系，是城市排水系統(tǒng)的最后一道防線，是“兜底”工程。通常以河道防洪標(biāo)準(zhǔn)(如20年一遇)作為計(jì)算依據(jù)。如果城市河道或湖泊等末端水系現(xiàn)狀已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為了保證上游雨水能夠順暢排入，則可以此為依據(jù)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)城市排水管渠或行泄通道。一般習(xí)慣是根據(jù)現(xiàn)狀地形和道路豎向等進(jìn)行排水管渠和行泄通道的正向設(shè)計(jì)，校核末端水系設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)工況下的水位和排口水位關(guān)系是保證城市不發(fā)生倒灌必不可少的工作。

3.3 水資源利用系統(tǒng)

提高水資源利用率是海綿城市建設(shè)的核心目標(biāo)之一。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)大部分城市雨水、再生水等非常規(guī)水資源利用率不高，綠化灌溉、道路澆灑等均使用自來水，導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)[11]。從城市整體用水角度出發(fā)，綜合分析區(qū)域水資源整體情況、降雨量和蒸發(fā)量、用水需求、經(jīng)濟(jì)狀況等因素，確定提高城市雨水資源利用率的必要性和需要利用的雨水量，同時結(jié)合海綿城市建設(shè)，分析確定可建設(shè)雨水收集利用設(shè)施的的空間位置，最終確定雨水資源利用指標(biāo)。分析國家兩批試點(diǎn)海綿城市建設(shè)情況，雨水資源利用率基本可達(dá)到2%～20%，如大連莊河雨水資源利用率為10%，廈門雨水資源利用率為2%，玉溪雨水資源利用率為5%，這無疑是提高城市非常規(guī)水資源利用率的一次千載難逢的機(jī)會。

3.4 污染控制系統(tǒng)

因降雨徑流的淋溶和沖刷，大氣和地面污染物通過地表和管網(wǎng)進(jìn)入水體造成水環(huán)境質(zhì)量下降。海綿城市建設(shè)中，面源污染主要通過透水道路、植草溝、雨水花園、人工濕地等LID設(shè)施進(jìn)行控制，每種設(shè)施的控制程度均不一樣，如透水道路對Cu、P和Zn等重金屬的去除率約為81%[12]，這是傳統(tǒng)瀝青路面無法實(shí)現(xiàn)的功能。雨水花園對總磷的去除率約為70%～85%[13-14]。目前，我國對于徑流量及其水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)缺乏研究，尚未建立與之相匹配的技術(shù)和法規(guī)體系[15]。點(diǎn)源和內(nèi)源污染控制，主要采用技術(shù)與傳統(tǒng)處理方式差別不是很大。海綿城市建設(shè)中，發(fā)現(xiàn)合流制溢流污染現(xiàn)象更加突出，根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H情況，主要采用清污分離、雨污分流、末端集中收集處理設(shè)施(CSO調(diào)蓄池)等減少溢流量的策略對入河污染物進(jìn)行有效控制。

4 后續(xù)海綿城市建設(shè)的建議

隨著海綿城市試點(diǎn)城市建設(shè)的完美收官，正式海綿城市建設(shè)也已拉開序幕。筆者根據(jù)近幾年的規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對后續(xù)海綿城市的建設(shè)提出以下幾點(diǎn)建議和設(shè)想。

1)應(yīng)盡早開展海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃，做好頂層設(shè)計(jì)

海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃已經(jīng)是城市規(guī)劃體系的一部分，應(yīng)盡早開展編制工作，且將其相關(guān)指標(biāo)、豎向、用地等納入總體規(guī)劃的管控要求。同時應(yīng)以水為引線，協(xié)調(diào)好海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃與城市各涉水規(guī)劃之間的銜接關(guān)系，指出各規(guī)劃中矛盾的內(nèi)容或數(shù)據(jù)，并給出修編建議，做好頂層設(shè)計(jì)。

2)不為“海綿”而做“海綿”

海綿城市建設(shè)的理念已深入人心，將體現(xiàn)在城市建設(shè)發(fā)展的方方面面。應(yīng)該植入道路、住宅小區(qū)、商業(yè)區(qū)、公園、河道治理以及其他市政基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)與建設(shè)中，并不是為了“海綿”而做“海綿”。

3)協(xié)調(diào)好各部門之間的配合

由于海綿城市建設(shè)牽扯市政、水利、氣象等多部門，建議成立專有部門(如海綿辦)，做好各部門之間的協(xié)調(diào)工作，這樣既有利于順利開展海綿城市建設(shè)工作，又有利于資料和數(shù)據(jù)管理。

4)做好城市資產(chǎn)管理

相對傳統(tǒng)城市建設(shè)的工程來說，海綿城市建設(shè)是牽扯專業(yè)最多、行業(yè)最廣、影響因素最泛，耗時較長、涉及政府部門最多的一項(xiàng)長期工程，在做好工程建設(shè)的同時，還應(yīng)注重排水設(shè)施等城市資產(chǎn)的管理，為后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)系統(tǒng)分析基于現(xiàn)狀調(diào)研分析，始于專項(xiàng)規(guī)劃，貫穿于設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)維管理等全生命周期，是高效實(shí)現(xiàn)綜合目標(biāo)的法寶。但是也存在以下幾方面的問題：

1)系統(tǒng)分析周期較長，對區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面性和精度要求較高。

2)系統(tǒng)分析不確定性因素較多，需要在實(shí)施、運(yùn)維、管理等過程中發(fā)現(xiàn)不一致的數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，從而導(dǎo)致后期工程出現(xiàn)變更，影響工期、投資等。

3)系統(tǒng)分析阻力較大。一般工程建設(shè)工期緊，而系統(tǒng)分析時間較長，如何做好好二者之間的平衡，需要統(tǒng)籌考慮各方因素。