朱一文，張瑞達(dá)

(北京市首都規(guī)劃設(shè)計工程咨詢開發(fā)有限公司，北京 100031)

1 概述

2013 年習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)工作會議首次提出海綿城市理念，隨著30 個試點城市的建設(shè)探索，以及借鑒學(xué)習(xí)國外相關(guān)的雨洪管理經(jīng)驗，總結(jié)得出了適合我國各地方的建設(shè)模式。俞孔堅[1]等主要從宏觀、中觀及微觀三個層次論述了海綿城市在城市建設(shè)各個階段的要求。國內(nèi)外在雨洪管理的理念和建設(shè)方面大同小異，多功能調(diào)蓄公園的規(guī)劃建設(shè)研究在我國卻是鳳毛麟角，我國學(xué)者車伍也僅從市政專業(yè)的角度定義了多功能調(diào)蓄公園，而對于多功能調(diào)蓄公園在城市建成區(qū)的空間布局的選擇、服務(wù)多大的匯水區(qū)面積、徑流通道的界定和規(guī)劃布局以及與城市土地利用和道路交通規(guī)劃等相關(guān)規(guī)劃的有效銜接問題的研究卻沒有查閱到相關(guān)文獻(xiàn)。本文基于奧克蘭城市建成區(qū)對現(xiàn)狀的體育公園進(jìn)行更新改造來應(yīng)對極端降雨事件的案例，初步探討適合我國現(xiàn)階段城市應(yīng)對極端降雨事件的多功能調(diào)蓄公園的規(guī)劃建設(shè)方法[2]。

2 項目概述

2．1 項目更新改造的背景

奧克蘭桑尼努克公園更新改造項目位于奧克蘭桑尼努克社區(qū)，社區(qū)用地面積大約4 km2。通過對區(qū)域進(jìn)行雨洪模型模擬顯示該區(qū)域有嚴(yán)重內(nèi)澇風(fēng)險，同時政府部門也收到了關(guān)于該區(qū)域的內(nèi)澇情況報告，綜合考慮到該區(qū)域居民的居住安全及緩解對下游區(qū)域雨洪壓力，奧克蘭委員會組織相關(guān)人員編制了桑尼努克公園更新改造計劃[3]。

2．2 研究區(qū)及更新改造范圍

桑尼努克公園位于奧克蘭北岸市的瓦勞流域(The Wairau catchment) ，流域面積大約在13 km2，整個匯水區(qū)分為三個子匯水區(qū)[4]。桑尼努克公園現(xiàn)狀是一個橄欖球運(yùn)動場，占地面積約8．31 ha，公園服務(wù)的子匯水區(qū)面積約1 km2。項目更新改造的面積約40 ha，包括公園場地改造、學(xué)校運(yùn)動場地改造、社區(qū)服務(wù)中心改造、臨近的低洼地及公園的上游用地改造以及銜接公園的徑流通道改造(見表1，圖1) 。

表1 桑尼努克社區(qū)應(yīng)對雨洪風(fēng)險改造項目清單

圖1 桑尼努克社區(qū)應(yīng)對雨洪風(fēng)險改造項目位置圖

2．3 公園改造的目的

公園更新改造的目的是為了減輕公園周邊以及下游區(qū)域的洪澇災(zāi)害程度，提高公園周邊的土地開發(fā)潛力和有利的外部性，提升城市的安全性，改善建成區(qū)雨水基礎(chǔ)設(shè)施的配建水平，利用雨洪調(diào)蓄公園改建提升城市的最大洪水救濟(jì)潛力，即減緩匯水區(qū)的雨洪峰值的能力。

2．4 公園改造后成效

工程完工后，總體上可以消除公園附近區(qū)域的5 處居民點、社區(qū)中心和托兒所附近地區(qū)頻繁雨洪淹沒困境，可以消除10 a 一遇降雨事件中的4 座建筑物和百年一遇降雨事件中的15 座建筑物的洪水淹沒狀態(tài)，公園下游的洪水峰值和流量也將大大降低[5]，如圖2 所示。

圖2 桑尼努克公園改造前后對比圖

3 多功能調(diào)蓄公園遴選與調(diào)蓄規(guī)模確定方法

3．1 多功能調(diào)蓄公園遴選方法

多功能調(diào)蓄公園遴選前期需對雨洪區(qū)進(jìn)行雨洪風(fēng)險評估，雨洪風(fēng)險評估分為初步洪水評估和詳細(xì)的洪水災(zāi)害模型試驗。初步洪水評估是對整個建成區(qū)進(jìn)行百年一遇的雨洪評估。在整個建成區(qū)的尺度上主要采用了5 m×5 m 柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)的大小取決于結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格使用規(guī)則的網(wǎng)格大小，通常是正方形大小，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可能具有不規(guī)則的尺寸和形式[6]。初步洪水評估的條件是假設(shè)地面為不透水表面，將所有的降雨看作地表徑流，模型中不包括主要的雨水系統(tǒng)即管道、河流、池塘、排水渠等。初步洪水評估不能作為評估洪水風(fēng)險的正式機(jī)制，只能作為下一步確定高風(fēng)險雨洪評估區(qū)域的優(yōu)先度的依據(jù)[7]。而詳細(xì)的洪水災(zāi)害模型試驗是在初步洪水評估中的基礎(chǔ)上，對高風(fēng)險洪澇區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的洪水災(zāi)害評估。詳細(xì)的洪水災(zāi)害模型一般采用2 m × 2 m 柵格數(shù)據(jù)(奧克蘭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)) ，模型中包括所有的排水基礎(chǔ)設(shè)施，即管道、河流、涵洞、排水渠、池塘。同時政府專家代表會針對詳細(xì)建模的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，以確認(rèn)數(shù)據(jù)的有效性，數(shù)據(jù)有積水水深、積水范圍。另外還會安排工作人員到模擬的洪澇區(qū)域現(xiàn)場核實，主要工作是對現(xiàn)場建筑的室內(nèi)外高程進(jìn)行實地測量后與模型模擬數(shù)據(jù)對照，把標(biāo)高低于模擬數(shù)據(jù)的建筑區(qū)域標(biāo)紅。

基于雨洪風(fēng)險評估結(jié)果，工作人員需要對洪泛區(qū)內(nèi)的現(xiàn)狀公園進(jìn)行條件比選，基于雨洪模擬結(jié)果和歷年洪水發(fā)生情況資料比對分析，來判定公園在百年一遇的設(shè)計降雨中是否有用地已處于淹沒狀態(tài)且主要的徑流流經(jīng)公園用地區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)狀公園可改造的空間容量綜合確定多功能調(diào)蓄公園改造方案(見圖3) 。

圖3 洪泛區(qū)與徑流識別圖

3．2 公園調(diào)蓄規(guī)模確定方法

根據(jù)奧克蘭地區(qū)委員會的技術(shù)出版物(TP108) 中提供的方法，需對已經(jīng)進(jìn)行建筑工程后的場地進(jìn)行土壤滲透測試，以確定適當(dāng)?shù)木C合徑流曲線數(shù)，在未開發(fā)的場地土壤的入滲率低于2 mm/h，結(jié)合現(xiàn)有的降雨量資料，通過數(shù)學(xué)計算得到徑流量，結(jié)合上述的徑流估算值耦合，最終確定多功能調(diào)蓄公園的調(diào)蓄規(guī)模。在奧克蘭桑尼努克公園的更新改造項目中，工程師首先選取了3 個調(diào)蓄容量值，通過運(yùn)用多指標(biāo)評價方法，結(jié)合雨洪模型模擬耦合的數(shù)據(jù)得到最佳的公園調(diào)蓄容量值，多指標(biāo)主要包括在10 a 一遇和100 a 一遇的降雨量中減少淹沒建筑的數(shù)量、積水深度的減少量和調(diào)蓄公園的填挖方的量級。

4 銜接多功能調(diào)蓄公園的徑流通道識別和改造方法

銜接多功能調(diào)蓄公園的徑流通道識別主要使用GIS工具進(jìn)行空間計算，利用數(shù)字高程模型(DEM) ，柵格尺度為2 m×2 m 的網(wǎng)格。通過GIS 中的填洼工具填充所有的洼地，使用流向工具計算每個單元的流向，運(yùn)用流量工具統(tǒng)計分析上游匯水區(qū)的面積，假如上游匯水區(qū)面積大于2 000 m2時將使用流向繪制徑流通道[8](見圖4) 。Kettle[9]等學(xué)者認(rèn)為除非經(jīng)過管道輸送，否則集水面積大于2 ha 的陸上徑流路徑通?？梢砸暈橄?，通過剔除溪流就得到了陸上徑流通道，但是考慮到該方法是基于數(shù)字地形模型計算的，并沒有考慮建成區(qū)在建設(shè)過程中的地表結(jié)構(gòu)，因此需要對模型模擬后的陸上徑流路徑進(jìn)行現(xiàn)場的核對，以確定建筑物和圍墻等結(jié)構(gòu)對徑流通道阻礙的影響，根據(jù)現(xiàn)場的調(diào)查，合理規(guī)劃設(shè)計徑流通道。

圖4 陸上徑流地圖繪制步驟圖

銜接調(diào)蓄公園的徑流通道需結(jié)合模型模擬的水文徑流地圖，安排工程人員去現(xiàn)場校核提出改造方案。具體的改造方案有以下幾種情景:1) 遇到建筑物等不可改造物阻礙徑流路徑，可就近在開敞空間規(guī)劃設(shè)計一條新的徑流路徑，以銜接原有的徑流系統(tǒng);2) 遇到圍墻等可改造物阻礙徑流路徑，可在圍墻底部設(shè)置150 mm 高，4 m 長的槽口以允許雨水徑流通過;3) 徑流匯至道路上時，可在人行道及路緣石沿徑流方向留出6 m 長，坡度2%的徑流通道。同時在與公園銜接處，留出徑流豁口，確定銜接處徑流入口高程，以此高程為基準(zhǔn)調(diào)整城市次干道的高程(見圖5)。

圖5 徑流通道改造細(xì)節(jié)圖

5 奧克蘭桑尼努克公園更新改造對我國多功能調(diào)蓄公園建設(shè)的啟示

5．1 規(guī)劃引領(lǐng)，實施多尺度規(guī)劃控制

總體規(guī)劃階段應(yīng)借助GIS 技術(shù)，分析確定在城市建成區(qū)范圍內(nèi)的雨洪風(fēng)險區(qū)，對風(fēng)險區(qū)進(jìn)行等級劃分，分別為高風(fēng)險區(qū)、中風(fēng)險區(qū)和低風(fēng)險區(qū)。依據(jù)風(fēng)險區(qū)的等級制定區(qū)域的極端降雨事件的雨洪控制近遠(yuǎn)期建設(shè)時序方案。在調(diào)整城市建成區(qū)的總體規(guī)劃時，應(yīng)著重布局中高風(fēng)險內(nèi)澇區(qū)域的公園調(diào)蓄空間和徑流通道空間的位置以及確定調(diào)蓄公園的調(diào)蓄規(guī)模，對徑流通道流經(jīng)區(qū)域的周邊的用地和高程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以滿足徑流通道的順暢。在編制建成區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃階段，依據(jù)總體規(guī)劃確定的調(diào)蓄公園和銜接的徑流通道的空間布局，進(jìn)行詳細(xì)的高程點位控制、徑流通道的線位控制以及對周邊的道路斷面、坡度變化點、道路交叉口和匯流路徑交叉口等關(guān)鍵節(jié)點控制。在修建性詳細(xì)規(guī)劃階段，安排工程技術(shù)人員，對現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)的測繪和調(diào)查，編制詳細(xì)的高程調(diào)整方案、徑流通道改造方案和調(diào)蓄公園改造方案。

5．2 識別現(xiàn)狀，實施多層次評估

隨著城市人口的增長，人與自然及土地的矛盾將日益明顯。在城市開發(fā)建設(shè)過程中，原有的地形地貌都或多或少進(jìn)行了改造，河道水系被填埋或歸置于地下暗涵中。政府在對桑尼努克公園進(jìn)行改造前期就整合了當(dāng)?shù)氐母鞣N有關(guān)洪澇風(fēng)險的信息，把問題聚焦在市民的生命財產(chǎn)安全、極端降雨峰值緩解以及內(nèi)澇災(zāi)害減緩等方面上。統(tǒng)籌考慮百年一遇的24 h 的降雨事件的雨洪量與土方挖填量的工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的因素，選擇合適的公園調(diào)蓄空間與容量的設(shè)計方案。在區(qū)域?qū)用?，以初步雨洪評估方法為主，快速識別區(qū)域內(nèi)會發(fā)生雨洪內(nèi)澇的區(qū)域，采用多因子評估，確定不同區(qū)域雨洪問題處理的工作時序;在社區(qū)層面，依據(jù)初步的雨洪評估方案確定最需要解決雨洪內(nèi)澇問題的社區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的雨洪內(nèi)澇評估。詳細(xì)的雨洪內(nèi)澇評估主要是梳理出內(nèi)澇的上下游關(guān)系以及找到雨洪的來源，確定合適的場地空間來緩解極端降雨的峰值，規(guī)劃建設(shè)與調(diào)蓄空間銜接的徑流通道;在場地層面，安排相關(guān)的工程技術(shù)人員去現(xiàn)場核對信息，因地制宜給出合理的方案。

5．3 化零為整，織補(bǔ)城市調(diào)蓄空間

建成區(qū)的公園綠地主要以市級公園、區(qū)級公園、社區(qū)公園以及其他專類公園為主，其中市級公園的服務(wù)半徑為2 km ～3 km，區(qū)級公園的服務(wù)半徑為1 km ～2 km，社區(qū)公園的服務(wù)半徑為500 m ～1 000 m。調(diào)蓄空間的集水區(qū)面積以100 ha 為宜，對比各類公園服務(wù)范圍，社區(qū)公園作為社區(qū)級的內(nèi)澇調(diào)蓄空間的調(diào)蓄功能細(xì)胞最為合適，結(jié)合建成區(qū)主要的徑流通道的骨架，將社區(qū)級調(diào)蓄功能細(xì)胞織補(bǔ)入骨架，形成城市級的調(diào)蓄功能的彈性生態(tài)機(jī)體(見圖6) ，進(jìn)而協(xié)同發(fā)揮化零為整的城市公園綠地多功能調(diào)蓄的機(jī)能。

圖6 城市級調(diào)蓄功能彈性生態(tài)機(jī)體示意圖

5．4 找準(zhǔn)問題，營建多功能景觀

桑尼努克公園在改造前是一個具有休閑、游憩以及可提供橄欖球運(yùn)動場地等功能的綠色開敞空間，可是在極端降雨事件中公園也會面臨被淹沒的風(fēng)險。問題的根源在哪里。城市在建設(shè)過程中，占據(jù)了雨水自然下滲、自然存儲的空間。而從建成區(qū)中卻很難找到合適的城市用地用于城市的洪澇調(diào)蓄，因為隨著城市發(fā)展，建成區(qū)的用地基本都變得寸土寸金，更新改造的成本非常高，并且牽扯的利益方也很廣，這就為城市建成區(qū)的雨洪控制帶來了巨大的阻力。而公園綠地作為城市公共資源，在滿足相關(guān)部門的設(shè)計規(guī)范下，達(dá)到公園的觀賞游憩等基本功能的同時，增加一項為應(yīng)對極端降雨事件而臨時性發(fā)揮雨洪調(diào)蓄的功能，是城市建成區(qū)在雨洪控制方面可優(yōu)先考慮的可行性方案。多功能調(diào)蓄公園在功能分區(qū)時可劃分成基本功能區(qū)、調(diào)蓄功能區(qū)和緩沖區(qū)三大主要功能區(qū)。在設(shè)計調(diào)蓄功能區(qū)時應(yīng)合理處理與基本功能區(qū)在高程、坡度和景觀上的銜接。同時綜合統(tǒng)籌與公園調(diào)蓄區(qū)銜接的徑流通道和雨洪外排通道的景觀設(shè)計。調(diào)蓄區(qū)除了在雨季發(fā)揮調(diào)蓄功能，還應(yīng)依據(jù)調(diào)蓄空間的大小，適當(dāng)安排其他供居民休憩的場地，營建調(diào)蓄公園多功能景觀。