海綿城市建設在天津某生態城建筑小區的探索與實踐

文/王金成、史靜孌 中國市政工程華北設計總院有限公司 天津 300381

隨著工業化進程加快，每年約有一千多人涌入城區，城市化發展擾亂了原有生態平衡，城市原有地理景觀逐漸改變，我國新建建筑約占世界總建筑量的1/2，硬化材料在吸收太陽輻射熱后被反射回大氣，導致產生溫室效應。硬質化面積增加導致地面徑流系數增大，降雨徑流總量增大，雨水成為城市排水的負擔。攜帶地表污染物的初期雨水及下水道污染物迅速流入河網，對水體造成嚴重污染，傳統的城市地下管道雨水管理方式不能避免洪澇災害的損失。隨著城市化率，城市需水總量不斷增長，雨水可利用量不斷增加，充分利用雨水資源，構建城市雨水系統，能環節城市雨水帶來的水體污染，改善城市生態系統。歐美國家設計師在城市設計中貫徹對雨水的操作管理，深圳等大城市內澇頻發推動對城市排水系統設計的探討，習近平總書記在2013年中央城鎮化工作會議中要求建設海綿城市，指出城市發展應遵循順應自然的低影響開發模式，將初期雨水徑流中的污染物削減，緩解目前極端氣候引發的城市保安與內澇及水污染現象，2014年住建部頒布《海綿城市建設技術指南》，海綿城市開始在我國各地進行試點工作。

1、海綿城市的研究

海綿城市是指城市像海綿一樣，讓雨水在城市的利用中更加便利，在降雨中雨水可以通過吸收下滲及處理凈化等方式積蓄，需要使用時用以灌溉、補充景觀水體等，海綿城市能壓縮恢復，應對自然災害，防洪減災。海綿體包括小區建筑物的屋頂、園林綠化等相配套設施，及城市各種水系。傳統的城市規劃未考慮雨水的可持續利用，只是利用雨水口，雨水泵站等設施收集排出雨水，盲目開發使得雨水無法及時下滲利用，海綿城市可以有效解決城市內澇問題，對保持生態平衡具有重要意義【1】。

雨水產生的洪澇災害等造成經濟損失與人員傷害巨大，很多發達國家重視城市雨洪的控制，出臺了系列可行的政策，有效理收集利用雨水。美國環保局在70年代提出BMP 的概念，重點利用雨水解決水質的問題，BMP 措施在德國、新西蘭等國家地區廣泛應用，美國暴雨研究專家進行景觀控制的微觀探討，提出低影響開發的觀點，日本的管理政策，英國的可持續排水系統等在發達國家雨洪控制管理利用中起到了良好效果。

2、海綿城市技術模式

城市化進程不斷發展，對城市環境造成了惡劣影響，雨水管理不力導致多個城市發生澇災，2013年，習近平總書記提出建設自然凈化的海綿城市。建設海綿城市宗旨是使城市充分吸收雨水，傳統城市雨水處理造成大量雨水被排走，城市綠地灌溉加劇了水資源短缺問題。雨水是缺水城市中寶貴的資源，如能高效利用雨水可以緩解用水壓力，城市雨洪管理理念是雨水消納，讓雨水就地資源化【2】。

傳統路面多由瀝青混合料鋪裝成，路面排水要引導雨水流入排水管道，對排水系統造成很大的壓力，可滲透路面擁有諸多優點，包括吸收車輛行駛噪音，增加土壤含氧量等。可以避免傳統路面對水資源浪費的問題。透水路面分為縫隙與自透水，縫隙透水主要材料為不透水磚，將相鄰磚塊留出空隙填充砂粒，縫隙透水以較低的造價獲得廣泛的應用，其路面坑洼的特點導致行人車輛難以通暢，多用于住宅小區邊沿綠地鋪裝。自透水路面包括混凝土及瀝青路面，雨水降落在路面后，順材料孔隙下滲到基層，可以極大程度的補給地下水，改善雨天人行路積水的現狀，自透水路面承載能力不強，目前多用于停車場，人行道等。

城市綠地在城市道路旁、廣場及公園等很多地方，如果城市內綠地覆蓋率降低，通過排水系統排出雨水，我國綠地建植更多為改善空氣，提升景觀品質，很多綠地每天需要養護澆水，下凹式綠地的特點是高程低于道路，可賦予綠地更多空間雨水。下凹式綠地要求植物有一定耐水淹能力，對當地土壤排水能力有一定要求，雨水積存可能導致植物被淹死，可以種植耐水淹的牛鞭草，楓楊等草木，將道路設計成中間高兩邊低的形態，設置管道使雨水流入綠地中，保證暴雨時徑流排放。

濕地具有很好的接納雨水能力，當前某些水系發達的城市由于有良好的濕地較少受澇災影響，城市規劃中需保留城市中的河流，池塘等，對受到破壞的城市水體等，使其水文循環特征逐步恢復。可以采用表流與潛流結合方式建設濕地，表流濕地為淺水體與濕地植物結合，可帶來更多景觀視覺享受，其利用植物根系凈化效率較低，表流濕地可建在地勢較高的地方，潛流濕地可以充分利用植物根系的微生物吸附作用，無表面水，潛流濕地實用性較強，在凈化污染水體中應用廣泛【3】。

建設濕地公園中可引入雨水花園設計理念，在地勢低的區域設置植物工程設施，縱向由蓄水層，種植土層及礫石組成，礫石層中穿孔管經滲濾凈化的雨水浸入，雨水花園需要定期清理內部植物產生的掉落物。

廣義上的綠色屋頂指各類建筑物等頂層上種植樹木花卉，可以削減屋面雨水徑流量，通過屋頂植被層截留部分天然雨水，利用種植基質土壤滲透凈化雨水中的污染物。綠色屋頂是將低影響開發理念應用到建筑物上，雨水部分由植物蓄存，部分經簡單處理用于建筑內部用水。

3、海綿城市設計原則

海綿城市建設中需要遵循一定的設計原則，才能發揮海綿城市的有效作用。海綿城市設計中應堅持以生態水文條件為場地開發主要設計元素，實行源頭生態型微管理手段，促進多專業全方位融合，實行源頭控制措施，雨水利用措施多管齊下。

傳統城市排水理念是將雨水快速排出場地，海綿城市建設理念是通過規劃工具保護原有自然水文功能，從規劃到施工管理全方位調控，減少對開發自然生態環境的破壞。首先要全面分析影響區域水文狀況的自然條件，如氣候特征，地形地貌等。界定保護城市的生態敏感區，雨季易發生泥石流等地質災害，應注重水土保持，城市建筑系統等各項要素在場地開發布局規劃中必須與自然環境協調，推廣生態交通網絡的實施，如道路等應建設在土壤滲透性較差的區域，必要的不透水區域需分散隔開，將屋面雨水引入植草溝中，阻斷城市的不透水面。

微管理手段主要包括控制區域大小，控制暴雨強度，自然水文功能是均勻分布在場地中，場地開發后均衡被打破，通過傳統設施發揮場地生態水文功能的較為困難，應從減少影響的源頭做起。在小集雨區內設施源頭微管理手段，在場地中分散布置小型生態措施達到降雨的雨水滯留目的，減少暴雨對地下排水管網帶來的壓力。源頭生態微管理手段是最經濟的暴雨管理策略，采用傳統的某段口直策略很不經濟，國外傳統暴雨控制措施需要與生態管理技術結合，減少工程材料的使用率，使用原生植物對雨水管理時，與場地景觀結合【4】。

源頭生態控制措施是針對高頻率的降雨事件提出，分散式源頭微管理技術不能滿足強降雨徑流量的控制，必須與雨水利用措施配合，如建設行洪通道，多功能景觀水池等，加強建筑系統的雨水回用技術應用，才能應對高強度下的雨水管理，減少暴雨對城市帶來的危害。傳統城市規劃中，各子系統之間系統協調性差，海綿城市理念提供更合理的模式，將子系統有機聯系對城市暴雨進行管理。將雨水資源利用與城市道路系統、給排水系統等緊密結合，使暴雨徑流在源頭得到控制，通過大型防澇設施得到有效的調蓄利用，通過多層次的協調配合，使屋頂，停車場，人行道等城市場所能夠具備基本功能，具備滲透雨水的附帶功能。

4、天津市水資源環境現狀

4.1 天津市地理環境概況

海綿城市建設以雨洪控制為出發點，不同地區具有各自的自然社會特征，要想構建城市生態雨水系統，必須充分了解地區的特殊情況，結合天津生態城地處鹽堿區的特征來分析相關技術措施的適應性，針對性的規劃海綿城市設計。

天津地處華北平原北部，位于海河下游，北部有低山丘陵，地貌總輪廓為西北高東南低。天津地跨海河，大部分地區為沖擊平原，海河是華北最大的河流，中游附近匯合永定河、子牙河，在天津金剛橋附近三岔口匯合成海河干流，有獨流減河等6 條人工河道，二級河道有79 條，海河水鹽堿度較高，不用于飲用。過去天津地下水蘊藏量豐富，北部山區礦化度低，近年來地下水長期超采，導致產生地面沉降，地下水污染等嚴重的負面效應，天津人均水資源占有量不足全國人均占有量的1/7.

天津地勢低洼，容易發生內澇，天津毗鄰渤海，經常受海風暴潮的襲擊，天津市特殊的地理位置決定必須承擔防洪澇海潮的任務，水體系主要由各小區內排水管網，泵站組成，境內瀝水主要由小區內雨污水管網系統收集，排入一級河道，部分雨水通過渠道排入蓄水設施，如遇特大暴雨易在市內形成積水，天津年均降水量約542.9mm，繼續建立吸納雨水的城市系統分擔排水系統壓力【5】。

天津生態城試點位于生態合作區南部，試點年均降雨量為500-600MM，區內原始下墊面層類型主要包括鹽堿皇帝，廢棄鹽田，及少量村莊耕地等，目前雜件區面積近9km2，生態城試點區面臨的重要問題是原始地形排水不暢，水體嚴重惡化，土壤條件不利。生態城地貌地形為海積低平原區，存在部分地市低洼地帶，受上游來水，自身地形限制等因素影響，試點區原始條件下排水不暢。生態城土壤類型主要以黏土為主，水平垂直滲透系數在1 ×107cm/s 地下水埋深較淺，礦化度較高，土壤鹽堿化程度高，城市綠化建設難度大。

4.2 天津市水資源環境中的問題

天津水資源環境目前存在的主要問題是水資源短缺，河流制排水就雨污水管道混接。天津市人均水資源量為104.49m3/人，為國家北方典型資源缺水型城市，地下水環境脆弱，主要靠地表水補給，地區分布不均，枯水年份與豐水年份差別大，南部地區中心城區是水資源需求大的區域，天津市年引灤水量達5.458 億m3。

經流天津市內的河道眾多，天津境內有19條I 級河道總長度1095.1km，天津持續加大水體環境治理改善工作，通過美麗天津工程項目，河道水體污染得到緩解，但整體污染形勢依然嚴峻。對全市43 條河流進行水質監測，采用《地表水環境質量標準》評價，劣質水河占72.7%，II 類水河占評價河長4.7%，V 類水河占14.4%。檢測結果顯示主要污染指標為氨氮、高猛酸鹽指數。我國《室外排水設計規范》有7 版進行修訂，規范歷次的修訂是在深入總結排水工程建設特點，主要技術設備變化進行，逐步提升雨水管道設計標準，2014 版規范中對雨水重現期P 等作了較大調整，補充規定徑流污染控制雨水調蓄池容積計算公式等，增加內澇防治設計重現期規定等。天津市中心城區建水管道1806km，雨水管網普及率84.4%，但多數管網設計標準偏低，一些地區雨水系統設計重現期達不到2016 室外排水規范中的規定，雨水管道排水能力有限，不能滿足日益提高的排水要求【6】。

自1958年實現海河清濁分流以來，實現雨污分流是排水設施建設的宗旨，在排水規劃修編中確立為基本目標，中心城區范圍仍有合流管道386km，市中心城區合流制地區片區面積減少到21.88km2，成片合流制地區分布于市中心城區的和平區，河北區，南開區。雨污水管道混接是城市道路建設雨污水管道，雨污水管道存在連接現象，產生問題的原因復雜，導致城市主干管網建設不同步，為防止雨季積水淹泡產生混接現象，導致有大量污水混同雨水排入附近河道內。天津市排水管理處對城區內市屬管網進行調查，雨水系統中服務片區內有雨污水干管網混接185處，居民區支管錯接市政干管接入4378 處。造成天津市中心城區河道污染的主要原因是排水管網合流，中心城區每年汛期向一二級河道排放合流水5700 萬m3。相當于城區22 天污水排放的COD，水體污染物嚴重超標項目主要為總磷，BOD5，致使每年汛期河道經常爆發大規模藍藻。

5、天津市某生態小區海綿城市建設

5.1 項目概況

天津某生態城是住建部在2014年批準推動建立的示范項目，試點面積約2 平方公里，項目總面積47179.4m2，配套公建及地下車庫，建筑包括4 棟8 層住宅，6 棟6 層住宅，11 棟2層住宅。生態城位于天津市濱海新區東北部，年均降雨天數為64-73 天，夏季降雨量占全年的80%,降雨總量不大，為體現資源約束下減少生態城市的示范意義，選址于自然條件較差，植被稀少，生態脆弱的地區。

項目設計理念是生態為本，安全為重。天津某生態城以海綿城市理念引領城市建設，構建完善的排水防澇系統，水生態環保系統，低影響開發雨水系統，致力于建設北方濱海地區海綿城市示范區。確定區域年徑流量控制率指標。根據城海綿城市規劃要求，設計降雨量為24.4mm，別墅區每戶設置雨水桶。

根據項目整體情況分析，項目綠化程度高，有大面積綠地，無額外增加屋頂綠化必要性，小區道路兩側路緣石高于路道路，地塊道路內多為小型機動車使用，對場地內的人行道等進行透水鋪裝設計，部分綠地區域設計為下凹式綠地。部分道路周邊綠地進行下凹設計，場地內設置雨水花園，調整部分道牙，便于鋪裝徑流流入其中【7】。

建筑屋面雨水排水，采用外排水系統排入市政雨水管網，項目紅線范圍內地形整體平坦，川博路設置出入口，出入口設計地面標高4.84m,.無市政雨水倒灌危險，出入口設計地面標高高于市政道路標高，雨水可排至市政道路。生態城位于濱海新區北部，近代沉積厚度達1000m 以上，地層以海相層軟土地基為主，地質構造孕育以海河斷裂帶為代表的構造帶，土壤為近代河流中積物，土層深厚，結構簡單，土壤粘重呈黃色。沼澤主要分布于營城水庫周圍，巖土主要分布于沿海地區，土壤中小于0.01mm 的物理性粘粒含量在45%以上，土壤結構不良，非毛細管空隙少，根據土壤可熔鹽分析結果，土壤含鹽量600-2000mg/100g 土樣，區域土壤鹽漬化作用強烈。場地植物種植前需進行排鹽，排水通過軟式透水管接入排鹽檢查井，排入市政雨水管網，周邊鋪裝的地方采用土工布包裹，淋水層間采用無紡布隔離，根據植物確定種植深度。

工程地下水為第四系表層空隙潛水，地下水主要接受大地降水的垂直入滲補給，河水的滲漏補給，主要以向下游徑流及少量農業用水等方式排泄，喝水總硬度為極硬，水化學類型為氯-鈉鉀型，地下水微咸-鹽水，中性-弱堿性，局部水樣為氯-鈉鉀·鎂型，根據場地地下潛水水位巖土勘察報告，初見水位埋深1.2-2.5m,靜止水位埋深0.7-1.7m,表層地下水為潛水類型，主要以蒸發方式排泄，年變幅在0.5-1.0m.

5.2 生態小區海綿城市設計方案

海綿城市是統籌解決城市水安全，水生態的系統工程，是多目標，多手段的復雜體系，生態城建設在濱海鹽堿地典型新區，試點堅持以管控為基本原則，確定分區控制的海綿城市規劃建設方案，結合主要目標，構建科學合理的城市水系統，將城市集中建設區劃分為若干排水分區，開展地塊，設施等海綿城市建設。

構建有效的城市排水系統，試點區通過規劃保留現狀故道河，新開挖慧風溪，作為雨水調蓄空間，靜湖以雨水調蓄為主，慧風溪以排水為主。水系總面積為363.5hm2，汛期來臨時通過水量外排降低水位，雨水調蓄能力可滿足20年一遇暴雨下整體蓄排平衡，城市排水系統通過規劃管控納入藍線保護范圍，嚴禁城市建設隨意侵占。

分區控制雨水徑流，通過規劃豎向管控，確保排水通暢，規劃試點區豎向抬高1m,地塊控制高程比道路標高0.2m,使地塊雨水順利排入管網系統。完善雨水管網系統，結合大排水系統分部，劃分4 個排水分區，生態島為自排區，按標準建設雨水管網，重要地區主干管達到3年一遇標準，規劃建設合建泵站，中部泵站雨水泵站，確保各排水分區雨水順利排入城市大排水系統。

設計重點是以控為主，主要控制雨水外排量，結合項目周邊用地性質，水域面積率等條件，確定低影響開發設施，將雨水控制與景觀結合。項目綠化種植形式豐富，海綿專項設計時，充分利用現有綠地，硬質地面設計以保障工能性為主，采用透水混凝土材質設置人行步道，在道路與綠地接壤處設施植草溝，雨水口作相應挪移，發揮綠地凈化作用，采用帶有截污功能的滲透性雨水口。

海綿設計以容積法計算，計算公式為v=10HφF，H 為設計降雨量mm，F 為匯水面積，φ為綜合雨量徑流系數，V 為設計調蓄容積。海綿設施計算，依據計算結果需調蓄容積為665.38m3，地塊徑流量664.88m3，滿足徑流總量控制率75%的要求。項目設置低影響開發設施有下凹綠地等，地面徑流雨水經過控污雨水口收集進入雨水管網，設置雨水花園收集雨水進行凈化處理，設置透水鋪裝起到雨水徑流的截污作用。設施雨水桶收集處理屋面雨水。屋面SS產生濃度約200mg/L，人行路約為180mg/L，排水分區污染物SS 去除率合計為50.73%。

下凹綠地承接雨水就地入滲，透水鋪裝設計下滲排水設施，雨水用于小院內綠化灌溉，路面沖洗等，過濾凈化需滿足《城市污水再生利用雜質水水質》中相應要求。每戶生活用水量按120L/（人·d）,道路澆灑用水量為0.35L/（m2·次），根據生態城典型年逐日降雨量設計，年雨水用量為546m3，雨水資源利用率1%。項目設計對年徑流總量控制目標進行海綿設施設計，采用透水鋪裝，下凹式綠地等海綿設施，對項目采用海綿設施投資估算。

結語：

本文對天津市某生態城小區的海綿城市建設為例，解決小區內澇災害，合流排水溢流對河道污染等問題，分析城市居住區，道路等雨水系統設計方法，提出已建區域排水改造技術標準。海綿城市是我國城鎮開發建設中倡導的新型模式，政府鼓勵房產項目執行綠色建筑標準，海綿城市雨水系統建設讓房產項目滿足綠色建筑評價標準獲得政府支持，增加房產企業的口碑，海綿城市雨水系統為房產項目帶來了很好的生態效益，雨水可循環用于園林灌溉，可以節約大量資金，節約建設成本。