海綿城市建設對雨洪管理能力提升的實踐探索

葉偉陽 李 杰 李俊鋒 劉光榮 肖詩凱

1. 中建四局深圳總承包公司 廣東 深圳 518048；2. 長春工程學院 吉林 長春 130012

近年來極端暴雨天氣造成的城市內澇問題較為突出，引起社會廣泛關注。沿海地區與內陸城市均曾面臨過不同程度城市內澇問題，主要原因是快速城市化導致不透水面的增加削弱了城市雨洪調控能力。

為了提高雨洪管理能力，美國1987、1990年基于宏觀和微觀角度分別提出了最佳管理措施和低影響開發技術[1]；德國1980年提出基于微觀角度的雨水收集與利用研究和技術應用；英國2004年提出基于綜合角度的可持續城市排水系統[2]等。國內學者受國外低影響開發理念啟發，提出一種形象表達，即“海綿城市”。

北京建筑大學車伍教授結合國內外海綿城市發展技術，在低影響開發本土化、大小排水與規劃設計、內澇綜合防治等方面做出了巨大貢獻[3]。他指出，城市雨洪管理技術體系對解決各國雨洪問題、改善環境起到至關重要的作用[4]。

1 工程概況

為打造國際一流、全球領先的高品質街道示范區、獨具特色的中央活力區，提升城市核心競爭力，深圳市福田區針對中心區啟動“交通設施及空間環境綜合提升工程”。中心區改造范圍以西至新洲路，以東至皇崗路，以南至濱河大道，以北至紅荔路（圖1）。建設內容包括海綿城市建設、綠化工程及智慧設施工程等。

圖1 工程范圍

本工程項目設計下沉式綠化帶面積約為3 400 m2，透水混凝土自行車道面積約為35 950 m2，環保型雨水口約2 070座。

2 項目設計施工要點

根據《深圳市交通行業海綿城市源頭管控指標豁免清單（試行）》文件要求，遵循應做盡做、因地制宜、生態優先及統籌建設的海綿城市設計原則，落實海綿城市建設措施。總設計施工內容由下沉式綠化帶、自行車道透水混凝土鋪裝及環保型雨水口三部分組成，主要以環保型雨水口和透水自行車道為主，同時為避免影響現狀喬木抗風能力，對保留現狀喬木的綠化隔離帶不做下沉式改造，僅在部分新建綠化帶（如福中路機非隔離帶拓寬段）建設下沉式綠化帶。

2.1 下沉式綠化帶

福田中心區的下沉式綠化帶建設分點狀下沉式和帶狀下沉式2種。

下沉式綠化帶施工時須注意幾個技術要點：第一，下沉深度為30 cm，其中20 cm為滯水層，10 cm為保護性超高；第二，溝底不能有樹皮覆蓋層，局部如進水口處需設10 cm厚卵石防沖刷；第三，填料層及礫石層用透水土工布包裹以免填料流失；第四，采用壤土并混合一定比例的砂作為種植土，保證其滲透速率，不得使用黏土；第五，下沉綠化帶一側有現狀喬木時，改造時不得造成現狀喬木根系裸露，并距離現狀喬木不小于50 cm。

下沉式綠化帶建設的基本構造如圖2所示。

圖2 下沉式綠化帶截面

此外，深圳市的氣候類型為亞熱帶海洋性季風氣候，雨季來臨時雨量充沛，因此草本植物種類的選擇與配置也是下沉式綠化帶建設的一個關鍵之處，需要充分考慮植被的生長態勢、觀賞性、抗倒伏性以及抗蟲害等性狀的優良情況。

同時，植物的選種應注重適地適種，并將植物生態適應性與區域立地條件充分結合，才可以充分發揮植株滯留和滲透雨水，降低雨水徑流量、減緩雨水流速以及凈化、滯納雨水中污染物的應用效果[5]。

2.2 透水混凝土自行車道

透水混凝土自行車道的線路選擇多沿人行道同行設置，部分車道設置在綠化帶中。透水混凝土的鋪裝主要包括素土層、級配碎石墊層和透水混凝土過濾層以及面層等幾個結構。

雨水由上而下匯集，部分直接滲入地底，部分通過盲管接入雨水管網（圖3）。

圖3 自行車道結構

按圖紙要求對現狀地貌的綠化帶，喬木、灌木帶等使用小型挖掘機和鏟車進行溝槽開挖，人工配合清理深度至43 cm，確保上部腐殖土清理干凈。在保證苗木成活和樹干穩定的情況下，征得設計單位同意后，將侵入自行車道的樹根進行砍伐清除，清理出腐殖土及樹干等垃圾和土石方，采用小型渣土車轉運至場外棄土場，運輸過程中確保不污染環境。

自行車道路床施工由人工配合挖機整形、整平，鋪設20 cm厚級配碎石，級配碎石顆粒需符合一定的技術要求，如含泥量不大于1%、孔隙率不大于47%等。級配碎石混合料經攤鋪、整形后，經標高測量混合料松鋪表面高程、橫坡度及平整度合格且含水量接近最佳含水量時，采用靜壓方式立即進行碾壓（碾壓長度30～50 m），做到層次分明、分界明顯，連續碾壓以減小變形和提高表層密實度、平整度[6]。

透水混凝土施工過程中應選用高強度等級的硅酸鹽水泥為基料，配以多種助劑增加強度與黏結力，形成透水混凝土專用膠結劑。此外，還要控制好透水混凝土的孔隙率。透水混凝土的多孔隙結構在降雨時容易被地表徑流中的懸浮顆粒堵塞，提高透水混凝土的耐堵塞性可以有效延長使用壽命和減少維修次數。

2.3 環保型雨水口

環保型雨水口主要是通過多層截污的方式，能夠起到凈化初期雨水、有效控制面源污染的作用。

聯合式雨水口截污框靠立箅側設有開口，雨水匯流層搭接在雨水箅下方的支座上，初雨水由匯流層引入截污框，然后經過濾層凈化后進入雨水管網，當發生暴雨時，過量雨水從濾層中心的DN200溢流管溢流排入井室后進入雨水管網（圖4）。

圖4 雨水口剖面示意

3 中心區氣象水文條件簡述

根據深圳市氣象局（臺）官網相關資料顯示，深圳市屬亞熱帶海洋性季風氣候，長夏短冬，雨量豐沛，年平均氣溫23.0℃。按1981—2010年30年氣候資料統計，深圳市多年平均年降雨總量為1 935.8 mm。

住建部《海綿城市建設專項規劃與設計標準》（意見稿）指出，城市新建、改建片區年徑流總量控制率應綜合考慮降雨和徑流特征、水資源情況、水環境情況、城市開發建設強度、經濟發展水平等因素確定。深圳市位于我國年徑流總量控制率分區的Ⅴ區（60%≤α≤85%）。

《深圳市海綿設施規劃要點和審查細則》通過深圳市40多年的氣象資料統計，按年徑流總量控制率的定義，統計出年徑流總量控制率與設計雨量之間的關系曲線，得到深圳市年徑流總量控制率對應設計降雨量為23.1～52.5 mm[7]。但由于深圳市臺風暴雨場次較多、降雨量不均勻等因素，結合深圳市建筑密度等現狀特點，并且根據光明新區示范工程監測的評估結果，綜合確定深圳市的年徑流總量控制率應不低于70%，即設計降雨量不低于31.3 mm[8]。

4 “龍舟水”強降雨觀察分析

每年5月20日—6月20日，即農歷五月初五端午節前后，是華南前汛期降水的鼎盛時期，廣東、福建等地往往會出現大范圍強降水過程，其間也恰好時值端午節龍舟競渡，因此民間亦將其稱作“龍舟水”。毫無疑問，今年“龍舟水”時期的強降雨是對福田中心區綜合提升工程竣工驗收后的一次重大考驗。

2021年5月25日9點20分，深圳市氣象局（臺）發布暴雨黃色預警，9點55分將黃色暴雨預警升級為橙色暴雨預警（表示過去3 h，福田區累計降雨量已達暴雨，且降雨將持續）。10點22分從深圳市氣象局（臺）官網上獲取福田區降雨1 h滑動雨量如圖5所示，福田區最大雨量測得點為賽格廣場73.1 mm，中心區海綿城市改造范圍以東市民中心站點測得40.5 mm，以北蓮花山站點測得52.4 mm，2個數據均處于設計降雨量值區間內。

圖5 福田區2021年5月25日降雨1 h滑動雨量

本次降雨25 min后，以福中一路、鵬程一路、福中路、新洲路合圍的住宅街區作為觀察對象，記錄本項目海綿城市建設內容應對日常暴雨的效果。

面對常規性暴雨事件，自行車道透水鋪裝部分路段積水有限，有綠化樹遮擋路段滲水透水效果較為明顯。機動車道雨水快速匯聚于道路邊緣，匯入雨水箅子，路面基本不產生積水。

觀察區域福中路路段下沉式綠化帶蓄水滲水效果較為良好，機動車道雨水透過雨水收集口匯入綠化帶被消納部分，過量雨水則漫過井道匯入雨水管網（圖6）。

圖6 雨中海綿設施狀況

降雨結束約2.5 h后再到該住宅街區道路范圍進行觀察，可以發現機動車道以及透水自行車道路面殘留的降雨痕跡輕微，部分路段甚至與降雨前無異（圖7），福田中心區其他街區范圍也存在相似的情況。對常規性暴雨降雨事件，福田中心區的海綿城市改造建設足以輕松應付。

圖7 海綿設施暴雨后狀況

5 同時期其他城市對比情況

根據6月1日中央氣象臺發布的6月2—4日全國降水量預報，6月初深圳市已處于暴雨降雨范圍內，時間往后推移統計至6月中旬，整個廣東沿海地區雨量可達100 mm以上，珠三角部分地區甚至達250 mm以上。

福田中心區從5月31日下午已經開始持續降雨。深圳市北邊逾100 km外的惠州市龍門縣龍華鎮31日早上3 h累計降雨量就已經達400.9 mm，打破了廣東3 h降雨量歷史紀錄。深圳市東邊逾200 km外的揭陽市惠來縣也同樣出現了嚴重的城市內澇（圖8）。同樣被列為第二批海綿城市試點城市的珠三角同城珠海市6月1日也出現了嚴重的內澇。

圖8 揭陽市內澇情形

每年“龍舟水”期間，廣東各地都會出現這樣的降水現象，顯然城市想要應付更為猛烈的如“五十年一遇”甚至是“百年一遇”等極端暴雨事件，在面臨每年都會出現的“龍舟水”挑戰時可從容應付是其基本條件之一。

6 結語

通過觀察海綿設施在“龍舟水”期間對強降雨的消納效果，可以看到深圳市福田中心區基于海綿城市理念的城市空間環境改造提升工程給城市雨洪管理能力帶來了一定的提升，作為海綿城市第二批試點城市之一，深圳不斷落實文件精神，用行動作表率。本項目主要在下沉式綠化帶、透水混凝土鋪裝以及環保型雨水口方面做升級改造，未涉及綠色屋頂、綠色駁岸、生態花園等其他海綿城市建設形式，且項目在施工過程中因各方協調原因，部分海綿城市設施設計做出了一定的修改，令原來計劃的效果受到部分影響。

由于項目竣工時間距離不長，海綿設施對本次“龍舟水”初期強降雨的有效消納可視為一個良好的開端，后續還應對“龍舟水”中后期降雨事件跟進觀測，同時加大觀測范圍，覆蓋整個中心區，完善記錄以找出后期需改善的地方，增強海綿設施應對極端暴雨的可靠性。

相信在示范工程的作用下，未來會融合更多的海綿城市建設形式，更加完善海綿城市設施建設，更好地解決城市內澇問題，更高地提升城市空間環境，更多地增強市民幸福感。