何開(kāi)遠(yuǎn)，彭赟，童愚，陳潔，胥標(biāo)

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

海綿城市建設(shè)是適應(yīng)新時(shí)代城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的新理念和新方式，是系統(tǒng)解決城市水問(wèn)題、推進(jìn)城市建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。建設(shè)海綿城市是為了讓城市更好地適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水帶來(lái)的自然災(zāi)害，最大限度地減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。重慶海綿城市經(jīng)過(guò)“試點(diǎn)先行、逐步推廣、全面推進(jìn)”的策略，現(xiàn)已進(jìn)入系統(tǒng)化全域化推進(jìn)海綿城市建設(shè)階段。山地城市由于其特殊的地形、地貌、地勢(shì)，導(dǎo)致了城市在水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源和水文化方面存在著一系列的問(wèn)題[1]。海綿建筑作為海綿城市建設(shè)的重要組成部分，應(yīng)以尊重場(chǎng)地原本地形地貌為前提優(yōu)化豎向設(shè)計(jì)，形成合理疏導(dǎo)、分散、匯集雨水的系統(tǒng)性體系[2-3]。

重慶市屬于典型的山地城市，地形地貌和降雨特征主要表現(xiàn)為“坡陡雨急徑流快、土薄高濕難持水”。“坡陡”和“土薄”是重慶最為典型的地形、地質(zhì)特征，“坡陡”會(huì)導(dǎo)致相同降雨強(qiáng)度下，徑流時(shí)間短、流速快、末端沖擊大，“土薄”導(dǎo)致土壤蓄水能力弱，易飽和后形成雨水徑流?！坝昙薄焙汀案邼瘛笔侵貞c典型的氣候特征，“雨急”易形成洪峰，“高濕”導(dǎo)致空氣濕度容易飽和，地面、水體蒸發(fā)量少?！熬G地率低且破碎”是山地地形下典型的下墊面特征，主要體現(xiàn)在綠化區(qū)域多狹長(zhǎng)且分散，獨(dú)立綠化區(qū)域面積平均不超過(guò)100m2，多需要采用階梯綠化形式來(lái)消化地形高差。因此，山地地形條件下的海綿城市建設(shè)應(yīng)結(jié)合場(chǎng)地資源氣候稟性，構(gòu)建“滲、滯、蓄、凈、用、排”的海綿措施[4]，通過(guò)“源頭控制”“中途轉(zhuǎn)輸”“末端調(diào)蓄”共同作用，實(shí)現(xiàn)“小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解”的目標(biāo)。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目位于重慶市悅來(lái)新城，毗鄰重慶國(guó)際博覽中心，用地面積17577.00m2，場(chǎng)地最大高差28m，平均坡度40%。建筑設(shè)計(jì)采用被動(dòng)式設(shè)計(jì)手法，綜合運(yùn)用“靠山”“吊層”“錯(cuò)臺(tái)”“架空”等措施，將建筑與環(huán)境融為一體，為海綿城市設(shè)施的設(shè)置提供了較好的基礎(chǔ)條件。年徑流總量控制率和徑流污染物削減率是海綿城市規(guī)劃、建設(shè)和管理過(guò)程中的控制性指標(biāo)，應(yīng)用案例利用場(chǎng)地高差引導(dǎo)水流從綠色屋頂?shù)街脖痪彌_帶、生物滯留設(shè)施、末端雨水花園，實(shí)現(xiàn)水資源梯級(jí)凈化，實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率80%、年SS總量去除率55.5%、非傳統(tǒng)水源利用率37.35%的控制目標(biāo)。項(xiàng)目建成效果如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目建成實(shí)景圖

2 建筑微地形分析

項(xiàng)目選址為重慶常見(jiàn)的坡地，場(chǎng)地東西向長(zhǎng)約120m，南北向?qū)捈s120~160m，呈類(lèi)矩形。用地現(xiàn)狀為東高西低，高差約20~28m，地形坡度主要集中在30%~50%之間。場(chǎng)地高差大、變化多，“坡陡”“土薄”特征突出，為實(shí)施山地海綿建設(shè)提供了較好的范例。建筑與場(chǎng)地環(huán)境見(jiàn)圖2。

圖2 建筑與場(chǎng)地環(huán)境形成三級(jí)階梯

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目總圖的分析可知，場(chǎng)地完成面呈階梯狀，從上至下，第一級(jí)階梯為建筑屋面及前廣場(chǎng)，第二級(jí)階梯為周邊坡地草坪區(qū)，第三級(jí)階梯為水體景觀區(qū)。這種典型的山地地形對(duì)雨水徑流組織十分有利，合理利用場(chǎng)地高差可以將雨水匯集到指定區(qū)域。根據(jù)以上分析，可得出一條清晰的雨水控制路線，從而靈活布置海綿設(shè)施。

3 措施適應(yīng)性分析

“滲、滯、蓄、凈、用、排”是海綿城市建設(shè)的“六字箴言”。“土薄”的地形特征決定了山地海綿建設(shè)中“滲”的作用被削弱，“坡陡”的地形特征將降雨匯集成徑流的時(shí)間大大縮短，決定了需要充分發(fā)揮“滯”的作用。因此與平原地形不同的是，山地海綿系統(tǒng)需要將延緩徑流峰值、削減徑流污染貫穿整個(gè)徑流過(guò)程，而不宜采用場(chǎng)地排水出口集中處理的方案。根據(jù)前述對(duì)建筑微地形的分析，在尊重原始地形地貌的前提下與建筑設(shè)計(jì)豎向相協(xié)調(diào)，對(duì)三個(gè)階梯的下墊面分析和采取的海綿策略如下：

（1）第一階梯的下墊面以硬質(zhì)為主，是最大的徑流污染來(lái)源。該區(qū)域綠化少且零碎，下層均為建筑空間，土壤可利用深度不足以設(shè)置生物滯留設(shè)施，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較后決定采用增加透水地磚、綠化屋頂、軟質(zhì)鋪地等透水性下墊面的方式，減少路面和屋面的雨水徑流。因缺乏調(diào)蓄和生物處理能力，該階段徑流控制、污染物控制能力有限，海綿措施作為源頭控制的手段，可使此階段成為一個(gè)有效的預(yù)處理階段，流經(jīng)該區(qū)域的雨水需要進(jìn)一步處理；

（2）第二階梯為坡地草坪灌木區(qū)域，是徑流組織過(guò)程中的雨水轉(zhuǎn)輸控制階段。該區(qū)域坡度大，設(shè)置具有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施同樣困難，因此該區(qū)域作為第一階梯與第三階梯之間的雨水轉(zhuǎn)輸區(qū)，通過(guò)多階梯綠化、植草溝橫縱布置，降低雨水匯集速度，延緩徑流峰值出現(xiàn)的時(shí)間，既降低了排水強(qiáng)度，又緩解了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。該區(qū)域雨水停留時(shí)間仍然較短，調(diào)蓄及污染控制能力也較弱，以減緩對(duì)末端設(shè)施的沖擊為主；

（3）第三階梯為水體景觀區(qū)，是最重要的末端控制階段，承擔(dān)整個(gè)海綿設(shè)施80%以上的調(diào)蓄、60%以上的污染物削減任務(wù)。設(shè)置具有調(diào)蓄能力的水景水池和濕塘，將雨水收集起來(lái)，調(diào)節(jié)雨水的時(shí)空分布，為其利用創(chuàng)造條件。通過(guò)自然沉降、植物吸收等程序，削減面源污染，改善水環(huán)境，雨水經(jīng)過(guò)凈化后回收利用。經(jīng)過(guò)前兩個(gè)階段的控制，進(jìn)入該階段的雨水徑流水質(zhì)、水量變化波動(dòng)小，對(duì)濕塘生態(tài)沖擊小，有利于維持濕塘生態(tài)，穩(wěn)定出水水質(zhì)。

通過(guò)環(huán)環(huán)相扣的一系列措施，低成本且盡量多地使用適宜于山地特點(diǎn)的技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)低成本山地海綿城市技術(shù)示范，為山地城市中量大面廣的坡地建設(shè)項(xiàng)目布置海綿設(shè)施提供了極具實(shí)用性的參考案例，海綿技術(shù)措施應(yīng)用策略見(jiàn)圖3，雨水收集再利用路徑分析見(jiàn)圖4。

圖3 海綿策略

圖4 雨水收集再利用路徑分析圖

4 海綿設(shè)施設(shè)置

項(xiàng)目案例中采用綠色屋頂、透水鋪裝、植被緩沖帶、雨水濕地、植草溝、旱溪、景觀水體等海綿措施，以地形景觀為載體，穿插海綿設(shè)施于其中，實(shí)現(xiàn)了功能與景觀的融合，打造出實(shí)用美觀的山地海綿景觀，海綿設(shè)施布置見(jiàn)圖5。

圖5 海綿設(shè)施設(shè)置及實(shí)施效果圖

4.1 源頭控制

為有效解決屋面雨水徑流峰值，設(shè)置2275.54m2的屋頂綠化面積，實(shí)現(xiàn)屋面綜合徑流系數(shù)從0.9降為0.4。多種植物的有效搭配既形成了較好的景觀效果，又能通過(guò)土壤及植物根系對(duì)雨水進(jìn)行初步凈化，達(dá)到削減徑流污染的作用。

入口廣場(chǎng)透水鋪裝主要構(gòu)造可以分為可滲透層、過(guò)濾層、排水層等，采用大孔隙材料作為路面的面層結(jié)構(gòu)，增加了路面的吸水能力，有效控制了地面的雨水徑流量，對(duì)重金屬、TSS也有很好的去除效果，同時(shí)還能起到吸熱、吸音、吸光的環(huán)境效應(yīng)[5]（圖5）。透水鋪裝徑流削減能力為40%~90%，洪峰削減能力為20%~80%[6]。

4.2 轉(zhuǎn)輸控制

項(xiàng)目植被緩沖帶坡度一般為2%~6%，寬度不小于2m，呈階梯結(jié)構(gòu)。主要用于承接大面積硬質(zhì)鋪裝廣場(chǎng)、道路的雨水，減緩坡地徑流對(duì)濕塘的沖擊。

植草溝、旱溪作為中途控制措施收集相鄰小范圍內(nèi)不透水地面的徑流雨水，通過(guò)表層輸送或下滲后由滲管或滲渠輸送來(lái)達(dá)到削減洪峰流量和削減污染物的目的，同時(shí)還具有吸收道路熱量、美化道路、提高道路舒適性等生態(tài)和景觀功能。

4.3 末端控制

在海綿指標(biāo)年徑流總量控制率不小于80%的要求下，末端控制貢獻(xiàn)出約43%的調(diào)蓄容積。未設(shè)置末端控制措施前，通過(guò)下墊面改造的項(xiàng)目場(chǎng)地綜合徑流系數(shù)為0.32，而設(shè)置后的折算綜合徑流系數(shù)為0.16，使項(xiàng)目的年徑流總量控制率達(dá)84%，年徑流污染物削減率達(dá)55.5%，高標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了海綿城市建設(shè)目標(biāo)。詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 海綿城市建設(shè)指標(biāo)及海綿設(shè)施應(yīng)用一覽表

5 結(jié)論

山地城市具有特殊的地形、地貌、地勢(shì)特征，山地建筑海綿城市設(shè)施的設(shè)置應(yīng)充分尊重地形地貌，并以低影響開(kāi)發(fā)為目標(biāo)導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)海綿城市建設(shè)?；诠こ添?xiàng)目案例的實(shí)踐，山地建筑海綿城市建設(shè)思路總結(jié)如下：

（1）構(gòu)建多層級(jí)階梯式消納控制雨水的海綿系統(tǒng)。通過(guò)階梯式綠地、多級(jí)植草溝、旱溪等設(shè)施截緩徑流，可降低徑流污染物的遷移能力，并控制徑流水量，凈化徑流水質(zhì)，最終達(dá)到降低源區(qū)徑流量并削減污染負(fù)荷的目的；

（2）海綿設(shè)施景觀化是設(shè)計(jì)的基本原則。在設(shè)計(jì)過(guò)程中協(xié)同應(yīng)用建筑、給排水、景觀與海綿等多專(zhuān)業(yè)技術(shù)，將海綿設(shè)施充分融入景觀設(shè)計(jì)，盡可能使海綿設(shè)施成為景觀的造景元素，形成具有可感知、可體驗(yàn)的山地海綿建筑體；

（3）合理選取適應(yīng)山地特色的技術(shù)策略。結(jié)合山地建筑設(shè)置海綿設(shè)施，首先要根據(jù)坡地特點(diǎn)、土壤滲透性及氣候特征，遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”海綿六字箴言，因地制宜采用綠色屋頂、透水鋪裝、植被緩沖帶、下沉式綠地、雨水濕地、植草溝、旱溪、景觀水體等海綿設(shè)施，實(shí)現(xiàn)“源頭控制”“中途轉(zhuǎn)輸”“末端調(diào)蓄”的目標(biāo)；

（4）注重場(chǎng)地空間與建筑空間的綜合利用。在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮地形地貌與建筑空間的協(xié)調(diào)關(guān)系，在尊重場(chǎng)地地形地貌的前提下，協(xié)調(diào)建筑豎向設(shè)計(jì)，結(jié)合場(chǎng)地坡地走向、建筑雨水匯流路徑及排水分區(qū)等綜合布局海綿設(shè)施，形成完整統(tǒng)一的場(chǎng)地空間與建筑空間雨水綜合利用系統(tǒng)。