海綿城市規(guī)劃中對雨洪調(diào)蓄的研究與探討
——以上海市虹橋商務區(qū)主功能區(qū)海綿城市專項規(guī)劃為例

文／覃大偉 上海浦東建筑設計研究院有限公司 上海 201206

引言：

“海綿城市”主要是指城市在規(guī)劃建設過程中，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地和水系等自然積存、滲透和凈化作用，控制雨水徑流總量和污染，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。以緩解日益頻發(fā)的城市內(nèi)澇災害，改善城市面源污染，提升雨水資源化利用水平，建立和完善城市“海綿體”，最終構(gòu)建可持續(xù)、資源化的“水彈性城市”。

本文主要通過上海市虹橋商務區(qū)主功能區(qū)海綿城市專項規(guī)劃方案案例，對海綿城市規(guī)劃方案中的雨洪調(diào)蓄作用進行了研究和探討，并結(jié)合地區(qū)現(xiàn)狀建設情況、地區(qū)規(guī)劃以及排水系統(tǒng)模型等進行綜合分析，提出相應雨洪調(diào)蓄策略。

1、地區(qū)概況

上海市虹橋商務區(qū)位于上海中心城區(qū)西側(cè)，東臨虹橋綜合交通樞紐，西靠國家會展中心，是上海市重點發(fā)展區(qū)域。根據(jù)規(guī)劃，虹橋商務區(qū)規(guī)劃范圍總用地2634.0 公頃，除水域外均為城市建設用地。城市建設用地2508.9公頃，其中，對外交通用地890.3 公頃，占城市建設用地的35.5%，所占比例較高。其次，核心區(qū)內(nèi)地下空間開發(fā)利用強度較高，虹橋商務區(qū)核心區(qū)總開發(fā)體量為550 萬m，地上建筑面積逾330 萬m，地下建筑面積達到220萬m，地下建筑面積占比40%。同時，區(qū)域內(nèi)地下水位較高，潛水位埋深一般在0.5～1.5m，地下水埋深淺，承壓水埋深淺，承壓水位高，對雨水入滲回補地下水的需求低。

2、地區(qū)雨洪調(diào)蓄現(xiàn)狀及分析

2.1 雨水系統(tǒng)建設現(xiàn)狀

虹橋商務區(qū)雨水系統(tǒng)采用不同的重現(xiàn)期標準，其中：機場跑道和鐵路場站區(qū)設計暴雨重現(xiàn)期為五年，樞紐核心區(qū)設計暴雨重現(xiàn)期為三年，其它區(qū)域設計暴雨重現(xiàn)期為一年。

地區(qū)內(nèi)的雨水排水模式劃分如下：（1）機場以東部分地區(qū)采用緩沖式排水模式；（2）其他地區(qū)均采用雨水強排模式，規(guī)劃以河流、鐵路的等天然或人工障礙物為分隔，包括8 個雨水強排系統(tǒng)，在地區(qū)內(nèi)設置4 座雨水泵站。

結(jié)合虹橋商務區(qū)內(nèi)道路建設，虹橋商務區(qū)內(nèi)雨水管網(wǎng)及系統(tǒng)雨水泵站均基本已按規(guī)劃建成。局部管道管位與規(guī)劃不符，但不影響整體管網(wǎng)排水功能。

同時，區(qū)域內(nèi)已建部分雨水調(diào)蓄和回用設施。其中，虹橋機場擴建區(qū)域總面積約5.6km，分為南北兩個雨水分區(qū)，采用的雨水收集調(diào)蓄設施為北部雨水分區(qū)的調(diào)節(jié)池，匯水面積約為2.3km。北區(qū)雨水系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池有效水深為2.8m，池容約18.4 萬m，如考慮調(diào)蓄容積占有效容積的30%，則可調(diào)蓄水量為5.52 萬m。

2.2 地區(qū)下墊面分析

本文分別按地區(qū)控詳規(guī)規(guī)劃和現(xiàn)狀地塊建設開發(fā)情況對下墊面進行了分析。按地區(qū)用地性質(zhì)，經(jīng)計算虹橋商務區(qū)整個26km規(guī)劃范圍內(nèi)的綜合徑流系數(shù)為0.696。

目前虹橋商務區(qū)已基本開發(fā)完畢，根據(jù)實際開發(fā)情況，對虹橋商務區(qū)主功能區(qū)下墊面進行分析，得出現(xiàn)狀綜合徑流系數(shù)為0.67。可以發(fā)現(xiàn)，虹橋商務區(qū)主功能區(qū)由于開發(fā)強度較高，地區(qū)規(guī)劃和現(xiàn)狀綜合徑流系數(shù)較高。

2.3 現(xiàn)狀雨水系統(tǒng)模型分析

本次模型分析選取P=1年，P=3年，P=5年不同暴雨重現(xiàn)期，對主功能區(qū)雨水管網(wǎng)進行模擬，綜合徑流系數(shù)采用0.67。評估雨型采用芝加哥雨型，雨峰位選擇r=0.4，r=0.6，r=0.9（即雨峰靠前、雨峰居中、雨峰靠后）情況進行評估。

數(shù)學模擬的邊界條件為：

（1）一般地面最低節(jié)點地面標高取4.0m；地道-2.56m；

（2）泵站出口河道水位按最高控制水位，取3.75m；

（3）管道水位初始條件：初始水位為故按管底標高，即預排空狀態(tài)。

針對不同雨峰位置、暴雨重現(xiàn)期、降雨歷時，選取以下3 種工況組合，共計9 種工況進行對比，從而對規(guī)劃雨水系統(tǒng)應對不同降雨條件的能力進行評估。

根據(jù)以上情況，可以發(fā)現(xiàn)虹橋商務區(qū)主功能區(qū)已建有較完善的雨污水排水系統(tǒng)，尤其是機場南北兩區(qū)還設置大容量的雨水調(diào)節(jié)池，可有效解決初期雨水的面源污染問題；但同時主功能區(qū)雨水系統(tǒng)暴雨重現(xiàn)期為1 ～5年，部分區(qū)域已建市政雨水設施標準不是很高，根據(jù)模型模擬分析地區(qū)范圍內(nèi)存在一定積水風險。

3、雨洪調(diào)蓄方案

傳統(tǒng)的雨洪調(diào)蓄設計理念主要是通過、雨水口、管道、泵站、排放口等排水設施對降雨“快收快排”，在降雨到來后，盡快將雨水排出城市。而隨著城市發(fā)展建設，該種傳統(tǒng)設計理念已經(jīng)很難滿足城市雨洪調(diào)蓄管理需求。

海綿城市低影響開發(fā)措施，改變了傳統(tǒng)的“快排為主”的雨洪調(diào)控理念，從源頭通過一系列措施，降低地表綜合徑流系數(shù)，通過滲、滯、蓄、凈、用、排功能，將雨水就地消納利用，恢復自然功能。

綜上分析，虹橋商務區(qū)主功能區(qū)排水防澇的主要問題是對市政雨水排水系統(tǒng)的提標改造。虹橋商務區(qū)當前的排水管網(wǎng)排澇能力還達不到P=5 的要求，通過海綿城市建設，可以加快推動和改造排水防澇設施，滿足新國標以及各類海綿城市建設標準，提高排水防澇能力。尤其應加強中間雨水調(diào)蓄設施的建設，進一步增加排水安全保障。結(jié)合城市雨洪調(diào)蓄管理控制目標，海綿城市規(guī)劃中可采取的措施主要如下：

表1 虹橋商務區(qū)主功能區(qū)規(guī)劃綜合徑流系數(shù)計算

表2 模擬工況組合表

圖1 P=1a t=2h r=0.4 工況模擬成果

圖2 P=5a t=2h r=0.9 工況模擬成果

3.1 低影響開發(fā)措施

主要在海綿城市規(guī)劃中通過分區(qū)管控，落實各區(qū)海綿城市控制指標，結(jié)合透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園等措施實現(xiàn)源頭減量目標。考慮虹橋商務區(qū)內(nèi)實際建設情況，有較多項目并沒有按海綿城市的模式建設，由于這些綠地項目建成時間不長，故無必要立即按海綿城市要求進行改造，可待遠期綠地改建時再進行海綿城市設施建設；而對在建和擬建項目，應要求其按海綿城市的建設要求進行建設。本次針對商務區(qū)內(nèi)實施海綿城市前后徑流總量進行了分析，對比結(jié)果如下圖所示：

圖3 商貿(mào)區(qū)（北塊）：海綿設施實施前后徑流量對比圖

圖4 商貿(mào)區(qū)（北塊）：海綿設施實施前后年徑流量總量對比圖

通過對海綿城市措施實施前后徑流量分析，海綿城市設施改造后，分區(qū)內(nèi)5年一遇設計降雨工況下，徑流量峰值得到了很好的控制，削減了約30 ～40%，且峰值發(fā)生的時間滯后了5～10 分鐘左右，年徑流總量控制率為76%。

3.2 完善排水設施

虹橋商務區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)市政雨污水管網(wǎng)建設相對比較完善，考慮虹橋商務區(qū)內(nèi)部分保留地塊部分小區(qū)建設年代較久，建議對早期建設地塊進行雨污混接調(diào)查，對混接和合流現(xiàn)象整改，并對內(nèi)部存在損壞的管網(wǎng)進行提標修復。同時，商務區(qū)核心區(qū)地下空間開發(fā)利用強度較高，對排水安全性高，根據(jù)地區(qū)積水和道路改造情況，結(jié)合規(guī)劃模型分析，對部分低標市政雨水管網(wǎng)進行提標改造。其次，結(jié)合商務區(qū)現(xiàn)狀條件，在雨水系統(tǒng)的中部難于找到較大成片的空地用于建設中間調(diào)蓄池，削減洪峰流量，可結(jié)合道路改造考慮采用管道調(diào)蓄方式。本文對雨水系統(tǒng)增加中途調(diào)蓄前后采用計算機模擬分析，分析結(jié)果如下圖5、6：

圖5 無中間調(diào)蓄設施P=5年模擬圖

圖6 增設中間調(diào)蓄設施P=5年模擬圖

由成果圖可看出，通過設置中間調(diào)蓄管道，可大大減少積水情況，再輔以路段的雨水管道提標改造，可達到在P=5年的情況下沒有積水。

3.3 提升河道水系功能

現(xiàn)狀商務區(qū)內(nèi)規(guī)劃河道面積125.1hm，水面積率4.75%，遠低于上海市海綿城市水面積率建設目標（10.5%）。建議梳理規(guī)劃區(qū)內(nèi)河道網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，強化藍色線性空間，保障水體連通，保護河道空間；建議在嘉閔高架路以西、北翟高架路以南，以及滬青平公路以北、申昆路以西的片狀綠地內(nèi)控制面積不小于7 公頃和4 ～5 公頃的湖泊。

同時，建議在滿足防洪要求的情況下，有條件的地區(qū)利用河道營造濕地、淺水灣等，強化濱水緩沖帶的生態(tài)凈化功能，發(fā)揮雨洪調(diào)蓄功能。

結(jié)語：

本文通過海綿城市規(guī)劃中結(jié)合低影響開發(fā)措施、排水管網(wǎng)完善、雨水調(diào)蓄設施、河道水系完善等措施，分析對地區(qū)雨水徑流總量的控制，并研究其對雨洪調(diào)蓄管理的作用進行分析和探討。可以看出，通過低影響開發(fā)措施，可有效控制徑流量；同時，針對已建地區(qū)現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)已基本建設完成，采取中途調(diào)蓄設施，可以有效提升地區(qū)排水安全，滿足排水標準。海綿城市規(guī)劃中通過對各項措施的有效組合利用，可以最優(yōu)化實現(xiàn)徑流總量控制效果，提升地區(qū)排水安全。