鄺燕良，王慧君

（1.深圳深態(tài)環(huán)境科技有限公司，廣東 深圳 518048；2.中節(jié)能鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518048）

當(dāng)前，城市發(fā)展面臨著由“增量擴(kuò)張”的粗放式發(fā)展向“存量挖潛”的集約式發(fā)展轉(zhuǎn)型[1]。但在長(zhǎng)期城市發(fā)展過程中，水務(wù)相關(guān)部門側(cè)重于高等級(jí)水系的防洪排澇建設(shè)，等級(jí)偏低的小微型水系則成為無人看管的“真空地帶”[2]。在流域尺度劃分上，城市建成區(qū)的小微水系在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)水系級(jí)別和一般的水系分類中都處于最小尺度的末級(jí)支流及支流水系，屬小微水體定義里的溝、渠、溪[3]，在城市開發(fā)過程中逐漸被改造、填埋或因城市建設(shè)而中斷、消失，導(dǎo)致城市普遍性存在著雨水內(nèi)澇頻發(fā)、城市內(nèi)河湖水系污染嚴(yán)重和水資源缺乏且分布不均等問題[4]。隨著“海綿城市”的深入建設(shè)與發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到城市的自然本底和水系格局是城市防洪排澇的天然基質(zhì)和廊道，是得天獨(dú)厚的“海綿體”[5，6]。本文的研究對(duì)象聚焦于城市建成區(qū)街區(qū)內(nèi)小微型河段尺度的水系連通優(yōu)化，通過合理的規(guī)劃和建設(shè)搭建好海綿城市藍(lán)網(wǎng)骨架，滿足城市建設(shè)的“彈性”訴求，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”的建設(shè)目標(biāo)[7，8]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于鄭州市西部，面積61 km2，城鎮(zhèn)用地面積近20 a來以1 km2/a的速度增加，2018年達(dá)32.88 km2，占全區(qū)總面積53.77%。地勢(shì)整體呈南高北低自然傾斜，東、北部地形開闊，較為平坦；西、南部承接丘陵山地，地勢(shì)起伏不平，高差超過500 m。境內(nèi)水系格局為“兩河一渠”（即汜水河、枯河和中心路排洪渠），豐枯水季流量差異巨大，屬季節(jié)性河流。

1.2 設(shè)計(jì)理念與方法

1.2.1 遵循地形地貌長(zhǎng)期形成的“產(chǎn)-匯-流”水文格局

城市內(nèi)部的小尺度河流水系空間在長(zhǎng)久的自然力作用下，順應(yīng)自然原始的地形地貌特征，形成相對(duì)穩(wěn)定的“產(chǎn)-匯-流”水文過程[9]。城市開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致的地形地貌變動(dòng)等通常都會(huì)打破原有的水循環(huán)平衡，水文格局的連通性和流動(dòng)性受到破壞。通過修復(fù)、連通以及重新構(gòu)建的方式建立新的相對(duì)穩(wěn)定的“產(chǎn)-匯-流”水文格局，是生態(tài)水系規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

1.2.2 城市水生態(tài)問題診斷

運(yùn)用ArcGIS、infoWorks模型、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等多種技術(shù)方法對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行生態(tài)診斷，識(shí)別城市發(fā)展過程中形成的綠地破碎、水資源短缺、城市內(nèi)澇、水環(huán)境差等一系列水生態(tài)問題，并對(duì)其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和主要影響因素進(jìn)行分析，為下一步水系及水生態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)指明方向。

1.2.3 藍(lán)綠系統(tǒng)結(jié)合的小微水系優(yōu)化設(shè)計(jì)

在現(xiàn)有城市藍(lán)綠系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以海綿城市“滲、滯、蓄、凈、用、排”理念對(duì)小微水系進(jìn)行連通、優(yōu)化以及新建，形成城市內(nèi)部的小微水系新格局，滿足城市的“彈性”需求。

2 現(xiàn)狀特征與問題診斷

2.1 特殊地形疊加城市快速擴(kuò)張加劇城市內(nèi)澇

研究區(qū)域?qū)儆谇鹆甑孛?，南高北低自然傾斜，東、北部地勢(shì)平坦以5°以下的平地為主；西、南部承接丘陵山地，地勢(shì)起伏不平，坡度多在10°以上。主城區(qū)位于東、北部的平坦地區(qū)，近20 a來快速向西、南高地?cái)U(kuò)張，建成區(qū)面積擴(kuò)大接近100%。在城市擴(kuò)張過程中原有的沖溝、農(nóng)田排水溝等小微水系被填平，不透水面比例快速上升。如此一來，一方面在增大降雨地表徑流量的同時(shí)，減少了自然雨水排放通道；另一方面城市自北向南擴(kuò)張，地面高程逐漸從120 m上升至180 m左右，在大至暴雨情況下南部城區(qū)的雨水會(huì)沿著地形道路倒灌至北部老城區(qū)，加劇老城區(qū)的內(nèi)澇積水。圖1為研究區(qū)域地形地貌圖，圖2為研究區(qū)域城市擴(kuò)張圖，圖3為2018年7月26日實(shí)地考察時(shí)遇到的暴雨洪水沿南北向主干道洛寧路倒灌城區(qū)的場(chǎng)景。

圖1 地形地貌

圖2 城市擴(kuò)張

圖3 洛寧路內(nèi)澇積水場(chǎng)景

2.2 雨水資源利用程度低，水資源短缺

研究區(qū)域多年平均降雨量607 mm，多年平均地表水資源量524萬m3，人均水資源量?jī)H為全國(guó)平均的1/40。同時(shí)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)當(dāng)?shù)啬晷钏繛?萬m3，僅占多年平均地表水資源的0.57%，雨水資源開發(fā)利用率極低。這也為海綿城市建設(shè)中加強(qiáng)雨水資源蓄集利用、增強(qiáng)城市水資源“彈性”提出了明確需求。

2.3 排水防澇體系不完善，城市缺乏內(nèi)部水系

研究區(qū)域的水系格局為“兩河一渠”，整個(gè)城區(qū)分為2個(gè)排水分區(qū)，分別是汜水河排水分區(qū)和枯河排水分區(qū)，城區(qū)內(nèi)部缺乏排澇水系，主要通過排水管網(wǎng)排入中心路排洪渠和枯河。缺乏內(nèi)部小微水系、管網(wǎng)集水面積過大、排水距離過長(zhǎng)、排水口偏少等問題都增加了城市排水排澇的難度。同時(shí)，排水管網(wǎng)南新北舊，但南部新增的建成區(qū)缺乏雨水排放口，仍然接入北部舊城區(qū)管網(wǎng)排放的排水特征和地形上南高北低的特點(diǎn)疊加，加劇了城市內(nèi)澇的嚴(yán)重程度。通過infoWorks模型對(duì)研究區(qū)域排水系統(tǒng)模擬發(fā)現(xiàn)，中心路、金華路、錦江路和丹江路在1 a一遇的情況下出現(xiàn)較為嚴(yán)重的內(nèi)澇積水。圖4為研究區(qū)域排水分區(qū)圖，圖5為城區(qū)內(nèi)澇infoWorks模擬結(jié)果圖。

圖4 研究區(qū)域排水分區(qū)示意

圖5 城區(qū)內(nèi)澇infoWorks模擬結(jié)果示意

3 水系優(yōu)化與設(shè)計(jì)策略

3.1 排水格局優(yōu)化策略

經(jīng)過infoWorks模型模擬和現(xiàn)狀排水特征診斷分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的2個(gè)排水分區(qū)的城市排水格局導(dǎo)致南部新建城區(qū)的雨水全部匯集至主城區(qū)排放，這是造成主城區(qū)內(nèi)澇的一個(gè)重要原因。在研究過程中利用GIS進(jìn)行自然匯水分析，發(fā)現(xiàn)南部新建區(qū)域在自然匯水中并不屬于枯河流域，而是屬于東部另一個(gè)行政區(qū)的索河流域，其通過歷史自然形成的沖溝橫溝與索河連通，但橫溝在城市長(zhǎng)期發(fā)展過程中被填埋而連通中斷。同時(shí)，行政區(qū)劃限制了市政雨水管網(wǎng)接入枯河流域排放。因此，在排水格局優(yōu)化中計(jì)劃把原有的2個(gè)排水分區(qū)優(yōu)化成3個(gè)排水分區(qū)（如圖6所示），新增1個(gè)南部排水分區(qū)將雨水就近排入歷史形成的水系橫溝（現(xiàn)為中斷干涸狀態(tài)），并通過行政協(xié)調(diào)恢復(fù)該排水區(qū)與區(qū)域主要水系索河的連通。

圖6 研究區(qū)域排水分區(qū)優(yōu)化示意

3.2 街區(qū)生態(tài)排澇水系優(yōu)化策略

針對(duì)研究區(qū)域內(nèi)部缺乏街區(qū)尺度的排澇水系，本次排澇水系優(yōu)化在分析城區(qū)內(nèi)部生態(tài)安全格局的基礎(chǔ)上把生態(tài)廊道和排澇水系規(guī)劃設(shè)計(jì)相結(jié)合，建設(shè)“藍(lán)綠一體”的城市生態(tài)水系格局，然后對(duì)歷史匯水通道和小微水系進(jìn)行修復(fù)，連通生態(tài)廊道內(nèi)的水系，構(gòu)成完整的城市內(nèi)部生態(tài)排澇體系。其中，結(jié)合生態(tài)廊道形成了以洛寧水系、橫溝、丹江水系、錦江水系和中心排渠為主的“兩縱三橫”的城市內(nèi)部排水格局，通過對(duì)匯水通道和小微水系進(jìn)行修復(fù)新增了新城水系和左照溝水系，滿足街區(qū)內(nèi)部排水要求。所有的規(guī)劃水系采用20 a一遇的城市排澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水系設(shè)計(jì)的同時(shí)保留現(xiàn)有城市雨水管網(wǎng)排澇系統(tǒng)，形成地上地下2套并行且連通的雨洪排澇系統(tǒng)，共同應(yīng)對(duì)城市內(nèi)部的暴雨內(nèi)澇問題。如丹江路綠地總面積34 hm2，現(xiàn)狀是一條高空電網(wǎng)通道，里面種滿了灌木和小樹。當(dāng)降雨量超過1 a一遇時(shí)，丹江路成為雨水排放的備選路線，地表徑流將繼續(xù)向東流向金華路，再向北流向街道。我們的優(yōu)化方案是結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡叵码娋W(wǎng)廊道建設(shè)，利用丹江路的綠地作為排澇水系，當(dāng)降雨量小于1 a一遇時(shí)仍通過原雨水管道排放，在金華路進(jìn)入橫溝；當(dāng)降雨量超過1 a一遇時(shí)利用丹江路綠地水系將多余的水排入上街區(qū)東側(cè)的季節(jié)性河流橫溝中。研究區(qū)域綠地廊道規(guī)劃示意如圖7所示，研究區(qū)域內(nèi)部水系設(shè)計(jì)示意如圖8所示。

圖7 研究區(qū)域綠地廊道規(guī)劃示意

圖8 研究區(qū)域內(nèi)部水系設(shè)計(jì)示意

3.3 雨水資源蓄滯利用策略

海綿城市建設(shè)要求實(shí)現(xiàn)雨水徑流蓄滯，同時(shí)由于研究區(qū)域雨水資源利用率極低且人均水資源量匱乏，在內(nèi)部水系優(yōu)化設(shè)計(jì)中必須考慮增加雨水集蓄設(shè)施。建成區(qū)內(nèi)部按照海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃需要滿足70%的年徑流控制率，本次雨水蓄滯策略采用公共綠地中集中的較大容積的人工調(diào)蓄體來代替?zhèn)鹘y(tǒng)海綿城市建設(shè)中大面積鋪展的下凹綠地收集周邊匯水區(qū)的雨水，在增強(qiáng)雨水資源可利用性的同時(shí)，也增加了公共綠地的親水性和景觀效果。以丹江水系為例，綠地水系在滿足20 a一遇排澇過流斷面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加雨水塘調(diào)蓄，通過計(jì)算，沿丹江水系自上而下設(shè)計(jì)5個(gè)平均蓄水深度2 m、總面積1.45 hm2的雨水坑塘就能夠滿足周邊2.5 km2匯水區(qū)域70%的海綿調(diào)蓄目標(biāo)。丹江水系及雨水調(diào)蓄塘平面，如圖9所示。

圖9 丹江水系及雨水調(diào)蓄塘平面

3.4 水系景觀提升優(yōu)化策略

城區(qū)內(nèi)部街區(qū)尺度的小微水系作為城市重要的公共綠色空間，也承擔(dān)著街區(qū)內(nèi)部居民親水娛樂以及提升街區(qū)景觀風(fēng)貌的作用[10]。本次策略在規(guī)劃水系的基礎(chǔ)上結(jié)合沿線景觀特點(diǎn)采用相應(yīng)的水景觀，在雨水調(diào)蓄、防洪排澇的同時(shí)提升街區(qū)風(fēng)貌。如在洛寧路商業(yè)街區(qū)商業(yè)建筑空間建設(shè)人工景觀水系，提升商業(yè)街區(qū)的親水娛樂功能。錦江路、丹江路廊道水系則結(jié)合水系建設(shè)帶狀海綿公園，作為研究區(qū)域的城市綠色長(zhǎng)廊、活力休閑客廳和生態(tài)濕地科普基地。錦江路帶狀海綿公園設(shè)計(jì)平面示意，如圖10所示。

圖10 錦江路帶狀海綿公園設(shè)計(jì)平面示意

另外，根據(jù)南高北低的地形特點(diǎn)，在洛寧路南端設(shè)置景觀補(bǔ)水點(diǎn)，利用水質(zhì)凈化廠的尾水進(jìn)行間歇式景觀補(bǔ)水，沿洛寧路形成溪流景觀。洛寧路人工景觀水系斷面設(shè)計(jì)示意，如圖11所示。

圖11 洛寧路人工景觀水系斷面設(shè)計(jì)示意

4 結(jié)論

在城市發(fā)展中不僅要重視地下雨水排放系統(tǒng)，同樣要加強(qiáng)地面街區(qū)尺度的小微水系的保護(hù)和修復(fù)。本次研究通過街區(qū)尺度的小微水系規(guī)劃設(shè)計(jì)為研究區(qū)域增加了地面排水系統(tǒng)，改變了不合理的雨水排澇格局和局部區(qū)域“大雨必澇”的現(xiàn)象，并將生態(tài)格局與生態(tài)水系建設(shè)相結(jié)合，形成了“藍(lán)綠一體”的城市內(nèi)部生態(tài)體系。洛寧路、丹江路、錦江路綠地等不僅是城市綠地廊道，也是重要的城市內(nèi)部排澇水系。

城市街區(qū)內(nèi)部的小微水系對(duì)城市排澇及雨水調(diào)蓄具有十分重要的意義，海綿理念下的城市規(guī)劃應(yīng)首先保護(hù)和恢復(fù)內(nèi)部的小微水系及調(diào)蓄水體，盡可能地利用公共區(qū)域進(jìn)行雨水資源調(diào)蓄回用。這次城區(qū)內(nèi)部的小微水系優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐表明，街區(qū)尺度的小微水系規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)城市內(nèi)澇防治、海綿城市建設(shè)和景觀提升具有十分積極的作用。