高密度老舊城區源頭減排項目監測評價

李國婉，隋己元，王耀建，楊海軍，黎華壽，夏 兵

(1.深圳市北林苑景觀及建筑規劃設計院有限公司，廣東 深圳 518055；2.華南農業大學 資源環境學院，廣東 廣州 510642；3.廣東省城市生態空間可持續發展工程技術研究中心，廣東 深圳 518055；4.深圳市羅湖區水務局 水污染治理中心，廣東 深圳 518012)

海綿城市是我國針對高速城鎮化及全球氣候變化造成的城市內澇、水資源短缺等問題實施的城市建設理念，具有多重目標導向性[1]。新建城區目標導向性強，具備落實海綿城市建設理念的基礎條件，而老舊城區問題導向性強，海綿化改造難度大，尤其高密度老舊城區改造難度更大[2]。高密度老舊城區具有多問題導向性，包括城市開發強度高、硬化面積大、建筑小區老舊、公園綠地少、市政管網建設標準低、內澇頻發、水體黑臭等，是最迫切需要海綿城市建設的區域，也是海綿化改造空間最有限的區域[3]。

深圳市作為第二批海綿城市試點城市，在高密度老舊城區海綿化改造方面走在全國前列。羅湖區作為深圳市最先開發建設的轄區，人均建設用地面積遠低于我國城市城區人均水平，海綿化改造難度大[4]。基于海綿城市建設的跨尺度屬性，項目作為承上啟下的關鍵載體，是海綿城市建設上位規劃到落地的基本管控單元，一般包括建筑小區、道路廣場、公園綠地和水務工程四類，其中前三類是源頭減排項目[5-6]。近年來，羅湖區在源頭減排項目建設方面形成了具有推廣價值的典型做法和模式，其中口袋公園(總體面積小于1 hm2)因其小巧可斑塊狀散落于社區、廣場和地鐵站周邊等公共服務場地而得到廣泛應用[7-8]。雖然源頭減排項目建設對降雨徑流控制率有明顯提升，但即使海綿設施飽和狀態下也無法恢復到自然狀態下的徑流管控效果[9]。因此，如何定量評價源頭減排項目實施的有效性成為海綿城市建立長效機制的關鍵。

源頭減排項目實施有效性評價本質上是對能反映其海綿效應的多指標進行綜合評價。源頭減排項目建設目標是通過降雨徑流控制實現項目自然生態格局管控，因此在運用層次分析法進行分析時準則層中生態效益排在首位[10]。《海綿城市建設評價標準》(GB/T 51345—2018)是當前海綿城市建設效果評價的主要依據，按照其對源頭減排項目的評價要求，建筑小區、道路廣場、公園綠地項目生態效益層核心指標為年徑流總量控制率及徑流體積控制、徑流峰值控制[11]。為探尋高密度老舊城區源頭減排項目定量評價的方法，本研究以深圳市羅湖區6個典型源頭減排項目作為研究對象，開展1個雨季(2020年6—9月)排泄流量連續在線自動監測，統計典型項目雨季徑流總量控制率及徑流體積控制，評價典型項目削峰效果，期望能為高密度老舊城區源頭減排項目建設和實施有效性評價提供科學依據。

1 研究方法

1.1 典型項目

深圳市屬于亞熱帶向熱帶過渡型海洋性氣候區，雨量充沛。在市內羅湖區選擇2個建筑小區、2個口袋公園和2條道路作為典型項目。典型項目土壤質地以赤紅壤為主，總體雨水徑流入滲能力較好。典型項目采用的海綿設施如表1所示。

表1 典型項目采用的海綿設施

1.2 監測方法

采用雷達流量計(HZ-SVR-24QP)分別在6個典型項目接入市政管網排水口開展流量連續在線自動監測，監測頻次為1次/15 min，監測時段為2020年雨季(6—9月)，獲得項目瞬時排泄流量和累計排泄流量數據。

1.3 數據統計方法

項目的徑流總量和徑流總量控制率計算公式為

Q=1 000×p×S

(1)

R=100×(Q-Q1)/Q

(2)

式中：Q為項目地表徑流總量，m3；p為降雨量，mm；S為項目匯水面積，km2；R為徑流總量控制率，%；Q1為累計排泄流量，m3。

采用Excel和Origin軟件進行數據統計計算。

2 結果與討論

2.1 降雨量

2020年典型項目所在區域雨量站監測全年降雨量為1 328.1 mm，其中雨季降雨量為852.6 mm，占全年降雨量的64.20%。項目位于《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》劃分的我國大陸地區年徑流總量控制率分區圖Ⅴ區(60 % ≤α≤ 85%)[12]，根據《深圳市海綿城市建設專項規劃及實施方案(優化)》規劃片區的年徑流總量控制率目標值和設計降雨量，典型項目所在片區規劃年徑流總量控制率為60%，規劃單位面積設計降雨量為23.2 mm[13]。2020年6—9月該區域發生降雨量高于23.2 mm的降雨共14場次，低于23.2 mm的降雨共108場次。本研究分別篩選整個雨季高于、接近(<10%)和低于23.2 mm的3場降雨數據(見表2)用于源頭減排項目徑流控制效果評估。

表2 采用的降雨數據

2.2 雨季典型項目徑流總量控制率

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》，綠色屋頂、透水鋪裝、蓄水池、生物滯留設施和下沉式綠地在徑流總量管控方面性能最好[12]。雨季典型項目徑流總量控制率和控制徑流體積見表3。

表3 雨季典型項目徑流總量控制率和控制徑流體積

1#和2#項目均采用了雨水回用設施(兼蓄水)，分別與綠色屋頂和透水鋪裝結合使用，通過雨季徑流流量監測，前者比后者徑流總量控制率高出19.0%，說明綠色屋頂在徑流總量管控方面的性能明顯優于透水鋪裝。結合某建筑小區通過落實雨水花園、透水鋪裝、透水路面、雨水桶、綠色屋頂、雨水回用系統(兼蓄水)等海綿設施實現雨季監測徑流總量控制率96.4%[14]，說明通過綠色屋頂削減屋面徑流不容忽視，在建筑小區落實綠色屋頂、透水鋪裝和雨水回用系統(兼蓄水)等海綿設施可高效提升其徑流總量控制能力。

3#和4#項目可有效削減96.5%和96.8%的雨季徑流總量，有研究顯示生物滯留設施在170.6 mm降雨量下亦可控制100 %徑流量[15]，因此在高密度老舊城區推廣“生物滯留設施+透水鋪裝”型口袋公園具有重要價值。

道路項目普遍采用的海綿措施包括在中央分隔帶、側分帶和退線綠化中采用生物滯留設施，在機動車道、慢行道采用透水鋪裝，以及在側分帶補充生態樹池等[16]。5#和6#項目在此基礎上增加含濾料環保型雨水口，均可削減99.9%的雨季徑流總量，海綿效應顯著。

2.3 典型項目峰值流量控制效果

2.3.1 建筑小區

不同降雨強度下建筑小區峰值流量變化如圖1所示。監測結果顯示，高于、接近和低于設計降雨量下，1#項目徑流量削減率均為100%；2#項目徑流量削減率依次為98.6%、99.7%和92.8%，峰值流量分別為0.168 2、0.043 3、0.065 m3/s，徑流量分別為25.6、1.8和27.8 m3。根據《海綿城市建設評價標準》中監測項目的評價方法，在設計降雨量下監測項目無排泄徑流量或經凈化處理后排泄即算達到設計要求[11]。1#項目設計降雨量下無排泄徑流量，2#項目地表徑流經雨水回用設施凈化處理，兩者均達到設計要求。有研究顯示，建筑小區在落實下凹式綠地、透水鋪裝、綠色屋頂及分流式調蓄池組合海綿設施后，徑流峰值削減效果突出[17]。因此，建筑小區項目落實綠色屋頂、透水鋪裝和雨水回用系統(兼蓄水)在提升其徑流總量控制率和徑流峰值削減效果方面均具有重要作用。

圖1 不同降雨量下建筑小區項目峰值流量變化

2.3.2 口袋公園

不同降雨強度下口袋公園項目峰值流量變化如圖2所示。高于、接近和低于設計降雨量下，3#項目分別削減徑流量的97.3%、97.7%和100%，4#項目分別削減徑流量的99.3%、100%和100%，呈現逐漸增加趨勢。在接近設計降雨量下，3#項目主要通過生物滯留設施凈化雨水[12]，4#項目無排泄徑流量，兩者均達到《海綿城市建設評價標準》中監測項目的評價要求[11]。目前關于口袋公園在海綿城市建設中的應用研究較少，在前人規劃應用的基礎上[18]，本研究通過監測評價證實口袋公園在徑流削減方面優勢突出，在高密度老舊城區推廣口袋公園應引起足夠重視。

圖2 不同降雨量下口袋公園項目峰值流量變化

2.3.3 道 路

不同降雨強度下道路項目峰值流量變化如圖3所示。高于、接近和低于設計降雨量下，5#項目分別削減徑流量的99.6%、100%和100%，6#項目分別削減徑流量的99.8%、100%和100%。在接近設計降雨量下，5#項目峰值流量為0.006 9 m3/s，共排泄徑流量0.1 m3，6#項目無排泄徑流量，均達到《海綿城市建設評價標準》監測項目的評價要求[11]。上海海綿城市建設的試點區臨港新城內某城市道路采取相近道路海綿措施，在臺風“利奇馬”期間峰值流量削減率達96.30%[19]。因此，在道路中央分隔帶、側分帶和退線綠化中采用生物滯留設施，以及在機動車道、慢行道采用透水鋪裝的方法，在徑流總量和徑流峰值控制方面效果突出。

圖3 不同降雨量下道路項目峰值流量變化

3 結 論

(1)“綠色屋頂+雨水回用系統(兼蓄水)”型建筑小區可削減100%的徑流總量和100%的徑流峰值；“透水鋪裝+雨水回用系統(兼蓄水)”型建筑小區可削減81.0%的徑流總量，接近設計降雨量下削減99.7%的徑流峰值，兩者均達到海綿城市建設評價要求。

(2)“生物滯留設施+透水鋪裝”型口袋公園可削減徑流總量96%以上，接近設計降雨量下可削減徑流峰值97%以上，并且隨場次降雨量降低呈現遞增趨勢，符合海綿城市建設評價要求。

(3)在道路實施“生物滯留設施+透水鋪裝+環保型雨水口”組合海綿設施，可削減徑流總量99%以上，接近設計降雨量下可削減徑流峰值99%以上，具有較高穩定性。