福州市“三坊七巷”雨洪管理系統分析其對海綿城市建設的啟發

張嘉誠 ，何東進 ,2*，嚴思曉 ，張麗平 ，游巍斌 ，巫麗蕓 ，周夢遙

（1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002；2.福建農林大學 金山學院）

我國城市經常出現內澇現象，據住建部2010年對中國32個省351個城市的內澇情況調研顯示，有213個城市出現不同程度的積水內澇，內澇災害積水深度超過50mm的城市占74.6%[1]，因此，雨洪管理問題已經成為城市建設中急需解決的難題，而海綿城市是以此為背景下提出的新型城市建設模式，結合了自然生態功能與人工干預功能，并有效的控制雨水徑流速度，實現雨水自然滲透、凈化、積存[2]。我國城市雨洪管理研究起步于20世紀80年代，初期主要集中在雨水利用，近年來雨洪管理研究重心逐漸轉向雨洪調控及污染控制[3]。

福州市因單一、工程化、管網式的雨洪管理方法而出現每逢暴雨必淹的現象，許多學者對福州市內澇現狀進行探究，并提出研究對策，如林琳[4]等提出了福州城區雨水利用的總體構想，利用模式和實現途徑；楊冬冬[5]等從暴雨產流、傳輸和匯集三個階段有針對提出雨洪管理措施。這些研究從傳統排走雨水轉變為雨水滲透與調蓄利用。徐媛[6]首次對福州市“三坊七巷”古代雨水管理開展智慧分析，但尚未對海綿體排水進行系統比較。因此，筆者試圖以福州市“三坊七巷”的雨洪管理系統作為研究對象，通過分析對比傳統排水系統與海綿體排水系統的特征及其成效，根據地理位置、環境氣候等自然因素的現狀，探索適應福州市海綿城市建設的雨洪管理模式，以解決當前城市建設亟待解決的水生態問題。

1 “三坊七巷”概況

“三坊七巷”位于福州市鼓樓區，占地約40hm2（圖1）。“西三坊，中一街，東七巷，內一河”是“三坊七巷”的總體布局。“三坊七巷”以南后街為界分東、西兩片，東片由南往北依次為：吉庇巷、宮巷、安民巷、黃巷、塔巷、郎官巷、楊橋巷共7巷；西片由南往北依次為：光祿坊、文儒坊、衣錦坊共3坊，其次巷與巷之間分布大小不一的弄，以南后街為軸線，內河安泰河環繞街區。其中分布眾多風格獨特的宅第園林，以山水為核心，結合植物、建筑，營造自然的人居環境，比如南后街的董執誼故居、衣錦坊的水榭戲臺、光祿坊的光祿吟臺、文儒坊的陳承裘故居、郎官巷的二梅書屋、宮巷的林聰彝故居、塔巷的王麟故居、黃巷小黃樓、林則徐故居等宅第園林[7]。

圖1 “三坊七巷”位置圖Fig.1 The location of “Three Lanes and Seven Alleys”

該地區屬亞熱帶海洋性季風氣候,夏季炎熱多雨,冬季溫暖少雨。據查閱1981-2010年福州市氣象數據可知（圖2），福州市年平均氣溫20.2℃ ,年平均降雨量1468.5mm,但時空分布很不均勻。年降雨量大體由西北向東南呈逐漸遞減趨勢,東南沿海1300mm～1400mm,西北山區最高可達1700mm以上。雨季主要集中在4～9月，其中4～6月梅雨型降雨量充沛,降雨時間長，易形成內澇。7～9月臺風型降雨勢猛,雨期短，頻頻發生暴雨，容易形成洪災，究其原因主要有以下4點：（1）福州市江北城區三面環山，地勢較低，由城區內的數十條內河構成的水系網格以及基礎設施的排水管道組成的雨水管理系統共同承擔城區的排水功能，北面山區形成的洪水徑流到城內的內河，超過排澇設計標準；（2）福州市內的排澇標準設計是5年一遇，設計標準低；（3）閩江的洪潮水位頂托，無法從排澇閘排水；（4）不透水鋪裝在福州市建設中仍然占據主導地位[8]。這些現狀容易造成福州市雨洪管理系統達不到排洪、排澇的要求，然而“三坊七巷”排水設施卻還能在多次洪澇中巍然不動，幾乎沒有出現嚴重的內澇情況，雨洪總能自然滲透到地表下或者排到外江去，“三坊七巷”的雨洪管理系統值得深究，由小尺度到大尺度延伸到對福州市雨洪管理的途徑。

圖2 福州市1981-2010年平均每月降雨量與氣溫的變化Fig.2 The changes of average monthly rainfall and temperature in Fuzhou during 1981-2010

2 “三坊七巷”雨洪管理系統分析

2.1 “三坊七巷”的雨洪管理系統

2.1.1 傳統的排水系統

“三坊七巷”內的傳統排水系統（圖3）主要分為雨水管渠排水系統和自然滲透排水系統[9]。雨水管渠排水系統：雨水地表徑流，經過雨水管渠流入安泰河，由安泰河設置的排澇站或水閘把雨水匯入閩江。雨水管渠排放系統包括暗渠、明渠、院溝三種形式。自然滲透系統是以院落為單位，院落內分布前、中、后天井，利用天井滲水、蓄水功能形成的自然滲透系統。

圖3 傳統的排水系統Fig.3 Traditional drainage system

通過對區域街道內古代保留的暗渠調查統計，得出 （表1）：“三坊七巷”8條街道布置的暗渠總長2725m，其中楊橋巷、光祿坊、吉庇巷3條街道并沒有暗渠，據考察由于市政道路建設，這3條街道已變成公路，傳統的排水設施早已更換。為了對比排水效果，筆者在2016年9月的暴雨 （日降雨量≥50mm），對這11條道路的排水現狀進行實地調查研究（圖4），把各街道長度劃分位三等分，利用刻度尺對三等分點積水情況測量，求出平均值，結果顯示楊橋巷、吉庇巷、光祿坊積水深度高達25cm左右，然而“三坊七巷”內部街道積水相對較淺，積水深度最高12cm。這表明“三坊七巷”內“魚骨”式的暗渠能加快雨水的徑流速度，削減雨洪峰值量。

表1 街道現存排水暗渠統計表Table1 Statistics of the existing street drainage culvert

圖4 “三坊七巷”街道水位變化圖Fig.4 Waterlevelofstreetin “ThreeLanesandSevenAlleys”

“三坊七巷”建筑群的建筑形式符合江南地區雨水豐富的特點，曲線形的馬鞍墻、建筑屋面，能夠分散雨水并延長雨水屋面徑流的時間。雨水從四面坡屋面匯流到院落天井，這種院落排水方式體現了“四水歸堂”的集水理念[10]。天井由青石板砌成，青石板間最大的縫隙寬可達4cm左右，這種鋪裝工藝符合雨水快速自然滲透的要求。天井底下面是地漏，深度為30cm左右，地漏下層為沙土，利于滲水。天井的構造實際是一個蓄水池，符合古人“肥水不流外人田”的思想。

2.1.2 海綿體排水系統

海綿體排水系統由綠色海綿體、棕色海綿體、藍色海綿體組成的排水系統，分別代表植物、土壤、水體三大元素[11]。綠色海綿體主要通過植物冠層截留減緩雨水徑流速度；棕色海綿體主要通過地表土壤縫隙促進雨水滲透；藍色海綿體主要通過水池、古井、河流調蓄雨水。“三坊七巷”海綿體排水系統運用這三大元素進行雨洪管理，采用 “源頭—中端—末端”的雨洪管理控制[12]，達到具有截留、促滲、過濾、凈化和調蓄等功能。

表2 “三坊七巷”3種海綿體的作用效果Table 2 The effect of three kinds of spongy bodies in“Three Lanes and Seven Alleys”

表3 “三坊七巷”海綿排水系統以及雨洪管理措施Table3 Sponge drainage system and rain flood water management measures

2.1.2.1 源頭——綠地、透水鋪裝

綠地內植物類型豐富多樣，植物作為構成綠色雨水基礎設施的重要元素，發揮著至關重要的作用，主要有以下3個方面：（1）植物莖與葉，包括根系與土壤相互作用，可以滯留和滲透雨水，減少雨水徑流量、減緩雨水流速，還可以凈化、滯納雨水中的污染物，這是綠色雨水基礎設施的基本調節作用[13]；（2）植物根系吸收滲透到土壤的雨水，并通過莖葉的蒸騰作用向大氣中釋放，某些植物還能吸收空氣中的浮塵和有害離子，改善空氣質量。植物的蒸騰作用能夠調節微氣候，緩解城市熱島效應，并且促進生態系統中水循環；（3）植物是重要的景觀元素，具有觀賞價值。透水鋪裝的材料是青石板，青石板是一種材質疏松的鋪裝材料，透水效果較好。暴雨來臨時，雨水能夠沿著青石板縫隙迅速地滲透地面。這樣從雨水的源頭就能控制徑流量，在源頭上分散雨水徑流的方向[14]。

2.1.2.2 中端—管渠、街道

“三坊七巷”內采用雨污分流制排水體制[15]，將污水歸入市政污水管網系統,雨水就近排入安泰河中，能夠防止雨水受到污染。“三坊七巷”遍布眾多管渠，錯綜復雜的管渠包圍著“三坊七巷”，水文生態相當穩定，不易于暴雨的發生，同時街道也屬于中端雨洪管理措施，利用街道中間高兩邊低的高差，把雨水匯入暗渠或者明渠里。這樣雨水流經中端過程中，增加徑流的長度，使徑流方向多元化，有效削減雨洪峰量。

2.1.2.3 末端——內河、池塘、水井

雨水最終流入大的末端是河流、池塘、水井。“三坊七巷”被安泰河所包圍，安泰河全長 2520m，平均寬度9m，河道最窄處3.5m，河床標高3.5m。在整改之前，安泰河水質污染嚴重，大量工業污水對河道造成嚴重污染，昔日的護城河成了污水溝。河道水質整治工程，以截污截留，清淤清礙，凈化補水相輔等措施解決河道水質問題，經過改造后，河流水質清澈見底，排水通暢。“三坊七巷”內雨水管道主要排入安泰河，安泰河對于調節雨水的雨峰期有重要作用，河道寬、長等特點成為“三坊七巷”這么多年沒有出現內澇問題很重要的因素。除此之外，院落的水井也是雨水的儲存器，中國古代人民的智慧都是來源于對自然規律的認識，水井作為生活用水的重要來源，能夠利用自然的雨水，并且增加地下水的儲蓄量，水井同時能夠調節室內的濕度，使得夏季能夠舒適的濕度，冬季補充水資源[16]。“三坊七巷”里面的建筑群，景觀池塘數量多，這些水池能夠儲積大量的雨水，在園林景觀上加以利用。

2.2 雨洪管理成效分析

表4 “三坊七巷”雨洪管理成效比較Table4 Comparison of rain flood water management effectiveness

“三坊七巷”雨洪管理系統分為傳統排水系統與海綿體排水系統，通過表4對比兩種系統排水功效，表明海綿體排水系統比傳統排水系統減緩排放、增加下滲、過濾雨水、凈化雨水、調蓄雨水都更有優勢，雨水管渠排水系統是構成“三坊七巷”雨洪管理系統的骨架，海綿排水系統實際上是傳統排水系統的衍化，它們的排水理念都是自然滲透、自然積存、自然凈化。所以，傳統排水系統的保留也對水生態問題也具有不可忽視的作用，因此，兩者融合發揮出最大的效果，使得5年一遇的排澇標準增加到20年一遇的排澇標準。

3 “三坊七巷”雨洪管理系統對海綿城市建設的啟示

3.1 古人理水理念的借鑒

“三坊七巷”的傳統排水系統體現了古代人民尊重自然，順應自然，堅持城市溝渠排水的原則：“地高則溝之，下則堤之”，“內為落渠之瀉，因大川而注焉”[17]。因此，建設海綿城市一方面要尊重水生態平衡，容納水而非排走水；另一方面要考慮立地條件，做到因地制宜，低洼處用作蓄水功能，如滯澇地、濕地公園、湖泊等，以調控雨洪。可見，在海綿城市建設中，研究古代排水系統成功的案列，對海綿城市的建設提供經驗借鑒。

3.2 綠色生態理念的引入

“三坊七巷”海綿體采用生態觀念，利用自然的規律來管理雨水，在最大程度上減少人工的技術措施。綠色海綿體（綠色植物）的凈化和吸污功能對徑流進行凈化，同時植物能同化徑流中的一些化學元素，水質與養分循環結合起來，引進凈化能力較強的樹種進行種植。棕色海綿體（土壤、鋪裝的縫隙）對降雨的攔蓄功能尤其重要，這一功能主要與土壤的滲透能、孔隙度及土壤層持水量、持水能力等指標有關。藍色海綿體（水池、水井、河流）是雨水最終的落腳點，利用各種人工或自然水體、池塘、濕地或低洼地對雨水調蓄、凈化和利用,改善城市水生態環境。

3.3 雨洪管理理念的轉變

傳統的雨洪管理方法已經不能滿足現代社會建設的需要，必須在傳統排水系統的基礎上增加海綿體排水系統的方法，使排水系統的各個部位能夠發揮出最大的功能效益。“三坊七巷”不僅采用了古代傳統排水方法，如管渠的鋪設、屋頂坡面的設計都是利用傳統的方法，而且綜合了海綿體排水方法，如從源頭—中端—末端途徑實現雨洪管理，從而達到雨洪蓄排一體化的目的。

4 結語

海綿城市建設在降低雨洪峰值，保持水土等方面具有重要作用，人們對此已經有一定的認識。隨著雨水洪澇的日益嚴重，人們對雨洪管理越來越重視，如何建設海綿城市成為現在的研究熱點。“三坊七巷”的綠色海綿體、棕色海綿體、藍色海綿體構成了一套相對完整的排水系統，豐富了傳統排水系統。這些海綿體有效的促進雨水排放、滲透、凈化、儲蓄。

“三坊七巷”的雨洪管理就是從源頭的控制到中端的分散，最后到末端的匯集，其包括三個內容，從源頭要降低對環境的浪費，中端過程減少生態系統的污染負荷，末端修復受損的生態系統，這一管理的機制為福州市建設海綿城市提供了參考。每個城市都有其特點，要做到因地制宜，不能盲目建設海綿城市。海綿城市不能完全解決城市的洪澇問題，卻能降低人類改造自然的影響，使居民居住在更加安全、生態的社區。

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