適用于上海的海綿城市建設(shè)技術(shù)分析

王 盼，陳 嫣

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

“海綿城市”是當(dāng)前我國城市建設(shè)工作中的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2015〕75號）提出了國家海綿城市建設(shè)的總體要求和工作目標(biāo)。全國各地積極開展海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作并已完成各類項(xiàng)目的示范建設(shè)。但鑒于全國各地的氣候、水文、地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在較大差異，各地海綿城市的建設(shè)目標(biāo)和控制指標(biāo)不盡相同，因此海綿城市建設(shè)的技術(shù)類型和設(shè)計參數(shù)應(yīng)因地制宜。上海作為人口數(shù)量多、經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)的全國超大城市，區(qū)域特點(diǎn)顯著，研究總結(jié)適用于上海的海綿城市建設(shè)技術(shù)非常必要。

1 上海市海綿城市建設(shè)區(qū)域特點(diǎn)

（1）地下水位高

上海全市地勢平坦，地面高程（吳淞零點(diǎn)）大都介于2.2～4.8 m，境內(nèi)地表水系發(fā)達(dá)，河面率為9%～10%，江、河、湖、海水位較高，導(dǎo)致上海地區(qū)內(nèi)地下水位較高，潛水位埋深一般在0.5～1.5 m。

（2）土地利用率高、不透水面積比例高

目前，上海建設(shè)用地總規(guī)模接近規(guī)劃限值，新增用地空間非常狹小。截止2014年底，上海全市建成區(qū)面積3 124 km2，超過市域陸地面積的45%，規(guī)劃的2020年建設(shè)用地規(guī)模目標(biāo)3 185 km2相比，只有61 km2的空間，現(xiàn)狀土地利用率極高。同時根據(jù)相關(guān)資料報道[1，2]，城區(qū)土地不透水面積比例高達(dá)70%～80%以上，不透水面積比例極高。

（3）土壤入滲率低

上海地處長江三角洲前緣河口和杭州灣之間，除表層土壤或人工填土層外，土壤質(zhì)地主要屬于粘壤土、砂質(zhì)粘壤土和壤質(zhì)粘土。根據(jù)相關(guān)研究成果[3，4]，上海市大部分綠地土壤的入滲率都偏低，穩(wěn)定入滲率在1.0×10-5以下。

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”顯著特點(diǎn)，亟需適用于本土的海綿城市建設(shè)技術(shù)類型和參數(shù)。

2 海綿城市建設(shè)技術(shù)分析

海綿城市建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)，既重視綠色基礎(chǔ)設(shè)施，灰色基礎(chǔ)設(shè)施仍不容忽視。海綿城市建設(shè)技術(shù)設(shè)施主要功能一般可分為滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類，主要包括透水鋪裝、綠色屋頂、下凹式綠地、生物滯留設(shè)施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池等設(shè)施。一般，某單項(xiàng)設(shè)施會包含“滲、滯、蓄、凈、用、排”多種功能，如下凹式綠地除滲透補(bǔ)充地下水外，還可削減峰值流量、凈化雨水，實(shí)現(xiàn)徑流總量、徑流峰值和徑流污染控制等多重目標(biāo)等。因此，為更合理地劃分海綿城市開發(fā)技術(shù)類型，本文根據(jù)雨水系統(tǒng)“三段論”理論[5，6]，按照系統(tǒng)內(nèi)位置及功能，分為源頭控制、中途轉(zhuǎn)輸、末端排放三類海綿城市建設(shè)技術(shù)。表1為2014年10月住建部頒布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》中推薦的海綿城市建設(shè)技術(shù)類型。

表1 各類用地中低影響開發(fā)設(shè)施選用一覽表

3 適用于上海的海綿城市建設(shè)技術(shù)分析

為滿足上海“三高一低”的顯著區(qū)域特點(diǎn)和實(shí)事求是的建設(shè)需求，根據(jù)《關(guān)于貫徹落實(shí)＜國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見＞的實(shí)施意見》[7]，上海市海綿城市規(guī)劃和建設(shè)的目標(biāo)應(yīng)以地區(qū)排水除澇、水污染防治和水環(huán)境改善為主要目標(biāo)，逐步推進(jìn)雨水資源利用，促進(jìn)城市資源的綜合利用。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，上海海綿城市建設(shè)技術(shù)應(yīng)以“滯、蓄、凈、排”為主，以“滲、用”為輔。同時，上海由于土壤入滲率低、地下水位高，以滲透功能為主的技術(shù)如滲井、滲管/滲渠、滲透塘等的應(yīng)用受到限制；且由于土地利用率高，對功能空間要求大的技術(shù)也并不適用。此外，根據(jù)上海市海綿城市建設(shè)控制目標(biāo)的要求[8]，上海市改建地區(qū)的年徑流總量控制率和年徑流污染控制率不低于75%，新建地區(qū)則不低于80%。考慮到上海市中心城區(qū)城市化水平高、已建城市區(qū)域改造難度大等現(xiàn)狀因素，單純的源頭徑流控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足控制目標(biāo)，其實(shí)現(xiàn)年徑流總量和年徑流污染控制目標(biāo)的手段更依靠于深層隧道、調(diào)蓄池等灰色基礎(chǔ)設(shè)施，而新建城區(qū)則更側(cè)重于低影響開發(fā)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施。

本研究基于對上海海綿城市建設(shè)目標(biāo)的分析和海綿城市開發(fā)技術(shù)的調(diào)研，提出適于上海的海綿城市開發(fā)技術(shù)包括：綠色屋頂、透水鋪裝、下凹式綠地、淺層蓄滲、生態(tài)植草溝、調(diào)蓄設(shè)施、濕塘、雨水濕地、生態(tài)護(hù)岸、生態(tài)浮床等。

3.1 源頭控制海綿城市建設(shè)技術(shù)

（1）綠色屋頂

建筑屋頂作為不透水面可達(dá)到城市不透水總面積的40%～50%，若能充分利用好綠色屋頂，會對雨水資源的管理和利用產(chǎn)生非常顯著的效果。綠色屋頂對徑流的削減量可達(dá)30%～50%，對污染物的去除率可達(dá)70%～80%，且種植土采用改良土壤，在上海的適用性好。2003年，上海市政府就屋頂綠化實(shí)施方法進(jìn)行相關(guān)調(diào)研及計劃制定，并成為我國第一個以立法形式對屋頂綠化進(jìn)行規(guī)范的城市。2006年10月，上海市綠化部門在《上海市綠化管理?xiàng)l例》中增加屋頂綠化，為屋頂綠化的推廣提供法律層面支持。根據(jù)《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》規(guī)定，新建、改建公共建筑的綠色屋頂率占宜建屋頂綠化的屋頂面積的比例應(yīng)不低于30%。

（2）透水鋪裝

城市道路和廣場約占城市用地總面積的10%～25%。采用透水鋪裝既可源頭削減雨水徑流量，對徑流污染物的去除率也可達(dá)80%，此外，市政道路采用透水鋪裝后可減小積水、反光、噪聲，提升行車舒適性和安全性，緩和熱島現(xiàn)象。考慮到實(shí)施效果和維護(hù)問題，透水鋪裝可用在人行道、專用非機(jī)動車道、高架道路、步行街、廣場等處。結(jié)合上海已有的工程經(jīng)驗(yàn)和國外發(fā)達(dá)城市的相關(guān)指標(biāo)，《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》在國內(nèi)首次將高架道路透水鋪裝率列為鼓勵性指標(biāo)，有條件的地區(qū)新建高架道路透水鋪裝率應(yīng)不低于70%，改建則不低于50%。上海已建成浦東中環(huán)線與華夏路高架透水鋪裝，使用7 a后，目前大部分區(qū)域滲水系數(shù)仍滿足工程竣工驗(yàn)收規(guī)定值（不小于900 ml/15 s），透水性能夠保持良好。

另外，在上海鋪設(shè)透水鋪裝應(yīng)注意地下水位的高程，保證其透水性能。對于全透式路面的土基應(yīng)具有一定的透水性能，土壤透水系數(shù)不應(yīng)小于10-6m/s，且土基頂面距離季節(jié)性最高地下水位應(yīng)大于1 m。當(dāng)土基、土壤透水系數(shù)和地下水位高程等條件不滿足要求時，應(yīng)增加路面排水設(shè)施，見圖1。

圖1 全透式路面邊緣排水系統(tǒng)圖

（3）下凹式綠地

下凹式綠地為適用于建筑與小區(qū)、綠地、道路與廣場的海綿城市建設(shè)技術(shù)措施，可以削減雨水量和降雨洪峰、增加設(shè)施的雨水緩沖能力、有效緩解初期雨水的污染問題和補(bǔ)充地下水等，但會存在綠化帶內(nèi)或雨水口附近聚集落葉、垃圾等情況，需要加強(qiáng)維護(hù)。《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》規(guī)定，新建綠地下凹率不低于10%，改建不低于7%，與武漢、南寧等城市相比，指標(biāo)偏低，主要是綠化市容部門和相關(guān)專家考慮上海市區(qū)域特點(diǎn)，以滿足雨水蓄排需求和保障綠地功能定位為目標(biāo)，經(jīng)科學(xué)測算后，確定了該指標(biāo)值。

另外，考慮到上海人均綠地面積少、地下水位高、安全性等多方面因素，下凹式綠地的下凹深度一般為100～200 mm，且應(yīng)注意控制調(diào)整好綠地與周邊道路和雨水口的高程關(guān)系，溢流雨水口頂部標(biāo)高宜高于綠地50～100 mm。為防止地下水滲漏，應(yīng)在下凹式綠地種植土層下方設(shè)置濾水層、排水層和厚度不小于1.2 mm的防水膜；當(dāng)下凹式綠地邊緣距離建筑物基礎(chǔ)小于3.0 m（水平距離）時，應(yīng)在其邊緣設(shè)置厚度不小于1.2 mm的防水膜。另外，下凹式綠地對其種植土要求較高，應(yīng)設(shè)置在土壤排水性良好的場地，土壤滲透能力應(yīng)不低于3×10-6m/s，同時種植土組分要滿足一定要求以保證植物生長的需要，如氨氮與硝氮比例應(yīng)小于4，碳氮比應(yīng)小于 12，pH 范圍在 6.0～8.4等[9]，若原始土壤不符合相關(guān)要求，必須進(jìn)行土壤改良。下凹式綠地植物品種應(yīng)選擇當(dāng)?shù)剡m生的耐水濕植物和耐污染的觀賞性植物，優(yōu)先選用根系發(fā)達(dá)、生物量大、凈化能力強(qiáng)的植物[10]。

為保證下凹式綠地功能的發(fā)揮，應(yīng)做好綠地日常土壤管理工作，減少對土壤的機(jī)械壓實(shí)，定期中耕松土，保證雨水入滲速度和入滲量。一般檢修2次/a（雨季之前和期中），植物也需常年維護(hù)。

（4）淺層蓄滲

淺層蓄滲[8]是在地下水位以上用多孔空隙材料堆徹成大小、形狀不同的形成可供短暫貯存的雨水連通空間。在多空隙材料底部用滲水材料以提高下滲速率，當(dāng)暴雨來臨時，屋面等相對干凈的雨水通過初期棄流和簡單預(yù)處理后，通過管道或溝渠方式導(dǎo)流進(jìn)入高孔隙材料空間內(nèi)短暫貯蓄，暴雨過后雨水繼續(xù)下滲，超過貯蓄容量的雨水外排。

考慮到上海的土壤入滲率較低、地下水位高，可采用淺層蓄滲技術(shù)增加雨水的入滲量和貯蓄量。淺層蓄滲般在設(shè)在綠化、人地道及廣場下面，在地下水位較高的情況下，應(yīng)盡可能降低綠化種植土的高度，或適當(dāng)提高綠化地的相對高程，使下部孔隙材料的高度增加，從而增加雨水貯蓄量。在虹橋樞紐崧澤路高架排水工程中[11]，采用雨水淺層蓄滲技術(shù)，在近600 m的高架道路下景觀隔離帶內(nèi)設(shè)置有效容積為1 290 m3的蓄滲裝置，可對13 200 m2高架道路全年75%的雨水徑流進(jìn)行就地蓄滲處理。

3.2 中途轉(zhuǎn)輸海綿城市建設(shè)技術(shù)

（1）生態(tài)植草溝

生態(tài)植草溝可收集、輸送和排放徑流雨水，對徑流總量和徑流污染控制均有一定作用，適用于建筑與小區(qū)內(nèi)道路、廣場、停車場等不透水面的周邊以及城市道路及城市綠地等區(qū)域。植草溝也可與雨水管渠聯(lián)合應(yīng)用，場地豎向允許且不影響安全的情況下也可代替雨水管渠。《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》建筑與小區(qū)系統(tǒng)中也提出了生態(tài)植草溝用作硬地雨水排放和生態(tài)雨水設(shè)施有效銜接的技術(shù)規(guī)定。

針對上海的地下水位較高，溝底土壤的入滲率較低的特點(diǎn)，應(yīng)用于上海的生態(tài)植草溝設(shè)計宜在溝底鋪設(shè)卵石層等濾料層，卵石層中設(shè)置多孔滲透管，收集經(jīng)過植草溝過濾的初期雨水，排至市政排水管道等，見圖2。此外，生態(tài)植草溝對場地有一定要求，邊坡坡度（垂直∶水平）不宜大于1∶3。由于占地較大，生態(tài)植草溝在已建城區(qū)及開發(fā)強(qiáng)度較大的新建城區(qū)等區(qū)域應(yīng)用時易受場地條件制約。

圖2 植草溝典型構(gòu)造示意圖（單位：mm）

（2）調(diào)蓄設(shè)施

雨水調(diào)蓄設(shè)施的形式包含調(diào)蓄池、調(diào)蓄管涵、水景調(diào)蓄設(shè)施等。根據(jù)在系統(tǒng)中設(shè)置位置的不同，雨水調(diào)蓄池又可分為末端調(diào)蓄池和中間調(diào)蓄池[9，10]，末端調(diào)蓄池主要用于初期雨水污染的控制，對管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行作用不大；中間調(diào)蓄池用于雨水收集利用，可改善系統(tǒng)管網(wǎng)運(yùn)行狀況。《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》建筑與小區(qū)系統(tǒng)中也提出了“單位硬化面積蓄水量”這一約束性指標(biāo)，要求在硬化面積達(dá)1 hm2及以上的新建項(xiàng)目中不低于250 m3/hm2硬化面積，以滿足建筑與小區(qū)年徑流總量控制目標(biāo)的要求。

目前，上海已建成都路、新昌平、夢清園等11座雨水調(diào)蓄池，多集中在蘇州河和世博區(qū)域，主要截流儲存初期雨水，系統(tǒng)截流倍數(shù)可從3.87倍提高到6.90～9.92倍，有效控制溢流污染，為上海市水環(huán)境質(zhì)量的提升作了較大貢獻(xiàn)[12]。考慮到上海市中心城區(qū)城市化水平高、已建城市區(qū)域改造難度大等現(xiàn)狀因素，中心城區(qū)實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制和年徑流污染控制目標(biāo)仍然更多地需要依靠調(diào)蓄設(shè)施，包括深層調(diào)蓄隧道等。

3.3 末端排放海綿城市建設(shè)技術(shù)

（1）濕塘與雨水濕地

濕塘與雨水濕地的構(gòu)造相似，一般由進(jìn)水口、前置塘、沼澤區(qū)、出水池、溢流出水口、護(hù)坡及駁岸、維護(hù)通道等構(gòu)成，常合并設(shè)計，具有雨水調(diào)蓄、凈化多重功能，其占地面積較大，對場地的要求較高。

考慮到上海特點(diǎn)，濕塘與雨水濕地的應(yīng)用范圍包括具有一定空間條件的高檔建筑與小區(qū)、城市綠地、濱水帶等區(qū)域。

（2）生態(tài)護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸利用植物或者植物與土木工程相結(jié)合，對河道坡面進(jìn)行防護(hù)的一種河道護(hù)坡形式，其集防洪效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)、景觀效應(yīng)和自凈效應(yīng)于一體，可以削減雨水徑流進(jìn)入河道的污染負(fù)荷。目前，上海河道生態(tài)護(hù)岸比例較低，僅為40%左右，《上海市海綿城市指標(biāo)體系（試行）》水務(wù)系統(tǒng)中規(guī)定河湖水系生態(tài)防護(hù)比例作為約束性指標(biāo)，其指標(biāo)值應(yīng)不低于75%。

對于上海河道硬質(zhì)護(hù)岸的生態(tài)化改造，在河道狹窄、河道兩岸建筑密集、拓寬河道有限的中心城區(qū)，可采用直立式擋墻護(hù)岸生態(tài)改造，在護(hù)岸臨水側(cè)河底設(shè)置種植槽，墻頂有綠化空間的，可在綠化空間內(nèi)布置藤本類或者具有垂懸效果的灌木類植被，無綠化空間的，可在擋墻外沿墻面設(shè)置種植槽；也可在直立擋墻頂懸掛長條形生態(tài)植生袋，遮擋直立式擋墻。在周邊用地寬裕的郊區(qū)，可采用斜坡式護(hù)坡改造，護(hù)坡表面采用框格填充生態(tài)袋、框格填充耕植土草皮等護(hù)面結(jié)構(gòu)等[13]。直立式擋墻生態(tài)護(hù)岸和斜坡式生態(tài)護(hù)岸典型示意見圖3。

圖3 典型生態(tài)護(hù)岸示意圖

4 結(jié)論與建議

通過調(diào)研國內(nèi)外海綿城市建設(shè)技術(shù)設(shè)施，研究上海區(qū)域特點(diǎn)、建設(shè)現(xiàn)狀和海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求，得到以下結(jié)論，供上海市海綿城市建設(shè)應(yīng)用借鑒：

（1）根據(jù)雨水綜合管理“三段論”理論、按照系統(tǒng)內(nèi)位置和功能，可將海綿城市開發(fā)技術(shù)分為源頭控制、中途轉(zhuǎn)輸、末端排放三類，其中源頭控制技術(shù)包括綠色屋頂、透水鋪裝等，中途轉(zhuǎn)輸技術(shù)包括調(diào)蓄池、植草溝等，末端排放技術(shù)包括濕塘、雨水濕地等。

（2）上海作為我國濱江臨海超大型城市，具有地下水位高、土地利用率高、不透水面積比例高和土壤入滲率低的“三高一低”特點(diǎn)，以及城市化水平高、已建城市區(qū)域改造難度大等現(xiàn)狀因素，已有海綿城市建設(shè)技術(shù)在上海的應(yīng)用亟需重點(diǎn)考慮。

（3）基于對上海海綿城市建設(shè)目標(biāo)的分析和海綿城市開發(fā)技術(shù)的調(diào)研，提出了適于上海的海綿城市開發(fā)的技術(shù)，具體包括：綠色屋頂、透水鋪裝、下凹式綠地、淺層蓄滲、生態(tài)植草溝、調(diào)蓄設(shè)施、濕塘、雨水濕地、生態(tài)護(hù)岸等。在海綿城市建設(shè)技術(shù)的實(shí)施過程中，應(yīng)結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，科學(xué)合理地選取技術(shù)類型和參數(shù)。