0 引 言
海绵城市是中国智慧与国际雨洪管理理念的有机融合，也是雨洪管理和污染治理的智慧结晶[1，2]。在海绵城市的推广建设过程中，结合城市自身气候、地质、水文等本底特征，因地制宜进行海绵城市设施的选型以及建设方案的确定逐渐成为研究重点和焦点[3-6]。平原河网城市具有地势平坦、河网密布、地下水水位较高等典型特征，在开展海绵城市建设时更应体现其针对性和示范性。目前已有部分学者进行了较多研究和探索[7-10]，但是对新老城区不同试点区海绵城市针对性实施方案的研究较少。本文以南方某平原河网城市为例，对其本底特征、存在问题、设施选型与推荐方案进行分析，以期为同类城市海绵城市建设工作提供参考。
1 背景分析
1.1 地区本底条件
所选城市属亚热带季风气候，受季风环流的影响，其气候具有明显的海洋性、季风性和过渡性等特点，夏季炎热多雨、冬季寒冷少雨、春秋多变。多年平均降水量为1024 mm，水面蒸发量为1383 mm，降水、蒸发在年际、年内分布不均。
1.2 海绵城市建设基底条件
该平原河网城市海绵城市建设基底条件可总结为“两高一中一低”。具体为：
1)地下水水位偏高、土壤入渗率偏低。
该城市为冲积平原地形，地势较平坦，地下水位较高，埋深为0.5～1.0 m。在土质方面，一般上部为耕植土，下部为亚黏土、轻亚黏土和粉砂，土壤渗透系数为6×10-6～6×10-4 cm/s。老城区内杂填土区及古河道较多，表层土入渗率偏低，渗透容量相对有限。
由于地下水水位较高、渗滞空间相对有限，该城市大部分地区并不适宜建设渗井、干塘以及无防渗措施的模块化渗蓄装置，更适合雨水罐、雨水调蓄池、调蓄塘等以蓄为主的低影响开发设施。同时，简易型生物滞留设施等效果也较难保证，应用时需在设施下方加设防渗膜、防渗土工布等，以避免地下水渗透挤占存蓄空间，导致设施无法达到目标效果。由于渗透系数偏低、容量相对有限，在绿色基础设施选型时应避免过多使用渗透型设施，以保障绿色基础设施的效果。
2)绿化率相对较高，水面率相对适中。
该城市为国家园林城市，建成区公园、绿地建设等方面成效显著，总体绿化率较高。根据总体规划，近期2020年建成区绿化覆盖率应不低于40%，远期不低于45%。但是由于绿化面积中相当一部分为集中分布的公园和公共绿地，存在一定的不均匀性，且受到河网水系的分割，限制了区域间有效的资源共享。在水系方面，作为典型平原河网城市，河道水系构架有一定基础，但近年来建成区存在部分河道被侵占、堵塞、填埋等情况。规划中心城区水面率不低于10.2%，数值相对适中，同时存在一定改善空间。
鉴于上述特征，可以考虑结合规划实施，充分考虑雨水控制设施与绿地、公园、河湖水系的衔接与融合，按照导向趋同、功能多样的原则进行海绵城市实施方案比选和优化。
2 研究对象及海绵城市建设必要性分析
为体现代表性、针对性及示范性，在该市老城区和新城区分别选择1处试点区，进行海绵城市建设必要性分析。
2.1 老城试点区
通过海绵城市建设与老城区城市更新有机结合[11]，在老城区体现区域集中展示效果和示范效应，形成可复制、推广的老城海绵城市建设模式。统筹各类因素，确定老城试点区约1.1 km2，包含老城区的核心区域，该区域最能反映老城建设条件和建设需求。老城试点区内，以人民公园为核心，现有即将开展城市更新的地块近10 个，其中包含废弃小商品市场等城市发展历史过程中占据河道、排污、破坏生态的典型区域，也是海绵城市建设过程中亟待整治的区域。
2.2 新城试点区
新城示范区旨在能够利用新城即将投建地块规模大、种类多的优势，系统探索实践各类海绵城市及低影响开发技术措施，为后续进一步推广应用打好基础。综合考虑确定新城试点区9.2 km2，该区域天然地形偏低，存在一定的内涝风险，且正在逐步开发建设。
2.3 海绵城市建设规划要求
根据该市海绵城市相关规划，海绵城市建设规划要求如表1所示。全市年径流总量控制率在70%、75%和80%对应的设计降雨量分别为19.5，23.3，28.2 mm。
表1 海绵城市建设规划要求
Table 1 Sponge city construction scheme requirements
指标名称全市综合指标老城试点区指标新城试点区指标年径流总量控制率70%66.6%80.6%～81.6%年径流污染控制率(以SS计)45%37%52.8%～54.5%水面率10.2%5%8%～10%雨水资源化利用率2%2%2%内涝防治重现期30年30年30年水功能区水质达标率100%100%100%雨水管渠设计重现期2～3年3年3年生态岸线比例≥70%70%80%～85%
2.4 开展海绵城市试点建设的必要性
根据资料调研及现场踏勘，老、新城区海绵城市试点区面临问题主要体现在水安全、水环境、水生态和水资源四大方面，具体如表2所示。其中，老城试点区水安全和水环境方面问题尤为突出，新城区试点区水生态问题更为凸显。为系统解决上述问题，有必要系统开展海绵城市试点建设。
3 海绵城市设施选型
3.1 设施选型原则
根据上文分析并结合住房和城乡建设部《海绵城市建设技术指南：低影响开发雨水系统构建(试行)》(以下简称《指南》)[12]中的技术要求，确定试点区域海绵城市设施选择原则为：
1)滞蓄为主：优先考虑具有滞留、调蓄功能的综合设施，在确保年径流总量控制率目标的同时，增大雨水汇流时间、降低雨洪峰值，减轻排水除涝压力，同时为较洁净雨水的回用创造条件。
表2 老、新城区试点区主要面临问题
Table 2 Main problems faced by the old and new urban pilot areas
类别老城试点区新城试点区水安全排水系统建设时间较早,采用合流制,建设标准偏低(大部分小于1年一遇),排水能力不足,部分管道存在破损、堵塞等,内涝风险较高,且区域内水面率偏低,调蓄空间有限建成时间较短,采用分流制,建设标准较高(1年一遇及以上),雨水排水系统相对完善,排水安全性总体较高,个别区域存在积水现象,极端天气排水效果受河道水位影响水环境由于部分河道淤积、断头、不连通等,叠加合流制溢流污染、初期雨水径流污染等因素影响,河道水质相对较差,部分河道黑臭较明显河道总体水面较宽,水动力条件较好,整体水质较好部分河段存在岸线缺乏整治、初雨径流污染直排入河等问题,影响水环境质量水生态总体建设密度较高,水面率相对偏低、水系生态功能受水污染等因素影响退化明显,水生态系统恢复能力基本丧失。河道驳岸普遍硬质化,景观效果不凸显部分河道存在水生态功能退化等问题。河道驳岸形式多样,但生态景观存在同质化现象,亲水、娱乐等功能有待进一步开发水资源水资源总量有限,水资源利用效率不高,雨水、再生水等非常规水资源开发利用较少水资源总量相对丰富,利用效率同样不高,非常规水资源开发利用方面尚在起步阶段,有待进一步加强
2)蓄渗结合：在充分滞、蓄的基础上，有效发挥渗透的作用，提高下凹式绿地、透水铺装等在城市下垫面中的比例，提升雨水径流的控制效果。
3)兼顾净化：在充分发挥滞、蓄、渗的基础上，兼顾净化，减少排入水体的污染物，更好地保护水体生态环境。
4)以排托底：在上述措施的基础上，充分利用市政雨水系统的调蓄和输送能力，通过灰绿蓝结合、瓶颈改造、管网系统提标改造等措施，确保排水防涝安全。
5)功能融合：海绵城市建设时，尤其是低影响开发措施选择时，应充分考虑功能融合，如设施的观赏功能、休闲娱乐功能等，从而与国家园林城市等城市定位相协调。
3.2 设施选型建议
根据该市本底特征及设施选型原则，结合住建部《指南》[12]，海绵城市技术措施的优化选择建议如表3所示。
表3 海绵城市技术设施选型建议
Table 3 Suggestions on selection of sponge city facilities
技术类型(按主要功能分类)设施名称系统类型建筑与小区城市道路绿地与广场城市水系备注渗透技术透水铺装(含透水砖铺装、透水水泥混凝土、透水沥青混凝土等)√√√×绿色屋顶√×××下沉式绿地√√√×简易型生物滞留设施××××不适合高地下水水位复杂型生物滞留设施(含雨水花园、生物滞留带、高位花坛、生态树池等)√√√×增设防渗措施渗透塘××××不适合高地下水水位,渗井××××且景观效果差储存技术湿塘√×√√雨水湿地√√√√蓄水池√×√×雨水罐√×××调节技术调节塘××××对径流总量控制作用很小调节池××××转输技术转输型植草沟√√√×对径流总量控制作用很小干式植草沟×√√×湿式植草沟×√√×渗管/渠××××截污净化技术植被缓冲带×××√对径流总量控制作用很小初期雨水弃流设施×××√人工土壤渗滤××××
3.3 老、新城区试点区的针对性分析
海绵城市建设是一项系统工程，强调系统分析、统筹规划、科学建设[13]。各类海绵城市措施在老、新城试点区应用时还需着重体现因地制宜的原则，经分析研究，在设施选型和设计施工中建议着重考虑以下因素：
1)下凹式绿地、透水铺装通常适用于各类建筑和小区。在应用时，新城区由于控规比较完善，同时场地建设条件较好，因此相比老城试点区此类设施配置比例可以更高。
2)复杂型生物滞留设施建设成本较高、工程量相对较大，优先考虑应用于新建城区，结合新建工程实施。老城区改造地块根据实际需要和具体情况酌情选用，主要应用于商业、商务等工程投资相对较高的地块及教育用地。
3)绿色屋顶由于从建设到管理养护要求较高，而住宅小区养护投入相对较少，因此，绿色屋顶推荐主要应用于公共建筑以及新建住宅小区的低层建筑，住宅小区、尤其是中高层住宅楼不推荐采用。
4)雨水罐原则上可以适用于各类建筑和小区，但需要占用地上面积，景观效果略差，且需要定期养护，应当结合地块雨水径流控制目标、地块用地性质等酌情选择，推荐主要应用于公共建筑以及商业用地的低层建筑。
5)调蓄设施包括分散式调蓄设施和集中式调蓄设施，对于地块调蓄设施总规模在200 m3以内的建议以分散式调蓄设施为主，需调蓄规模在200 m3以上的一般分散式调蓄与集中调蓄相结合。调蓄设施由于造价较高，设计方案中有水体景观的地块应当优先考虑结合调蓄塘(湿塘)等形式进行调蓄。
6)老城区由于现状基本已建成，雨水湿地主要适用于临近现状水系且绿化率较高的改建地块；新城试点区由于大部分地块尚未开发，且现状及规划水系较多，雨水湿地可适用于现状场地有一定水域或临近现状或规划水系的地块。
4 试点区示范项目建设方案
4.1 老城试点区示范项目
1)项目特征分析。
老城试点区选择A地块为示范项目，示范主题为海绵城市与风貌保护型城市更新的有机结合。本地块的特征主要如下：规划用地性质为商业/商务用地，且为老城区改造地块；地块准备拆迁，现状主要为低层和多层住宅建筑，保留有老城区的鲜明特色，且紧邻省级文物保护单位，沿街分布有部分商铺；地块已完成地块改造方案设计，设计定位为老城文化街区，方案中绿化率较高，且有一定面积的水体景观。
2)海绵城市示范实施思路。
A地块作为老城文化街区的典型代表，需要重点体现出老城文化街区的人文特色、商业特色与景观特色，使城市的文化娱乐、商业商务与景观休憩三者之间相互融合，相互提升，以此激发老城区的城市活力，提升文化品质与商业价值。
根据初步城市规划设计方案，A地铁区域作为文化街区改造，主要是一些低密度、低开发强度的低层建筑，且建筑风格以复古和仿古为主。因此，海绵城市主要实施思路为：充分结合旧城改造，有机融合，形成多重复合效益。
地块改造综合考虑了水安全保障、水环境改善、水生态提升及水资源利用等系统措施，限于篇幅，本节主要从满足年径流总量控制要求的雨水控制设施选型建设方案方面分析(下文B地块亦如此)，以此实现水安全、水环境、水生态和水资源的相关目标。A地块示范在雨水控制设施选择时，要充分考虑到老城文化街区的建筑风格及景观效果，注重协调性和融合性。综合分析，本区域建议适当增加下凹式绿地率，不推荐建设绿色屋顶和雨水罐；从景观效果和落实径流削减量角度出发，推荐因地制宜布置一定比例的复杂型生物滞留设施。同时，结合地块设计方案中的水景，适当增加调蓄设施的径流削减量，建设为调蓄塘的形式。此外，适当提高透水铺装的比例，推荐采用青砖铺地的人行道风格，与老城文化街区的风格相契合。
3)海绵城市建设方案。
本地块总面积为2.96 hm2。由于地区控规尚未编制，绿地率暂按30%计，建筑密度暂按30%计，根据第3节海绵城市设施选型建议及针对性分析，确定海绵城市建设方案如表4所示。参照《指南》[12]中设施规模计算方法进行复核，地块年径流总量控制可达763 m3，折算年径流总量控制率>75%，满足地块控制目标(经计算为758.65 m3)。
表4 A地块雨水控制设施选型方案
Table 4 Selection scheme of runoff control facilities in Block A
类型工程量年径流总量控制量下凹式绿地2220 m2181.2 m3复杂型生物滞留设施440 m219.2 m3雨水湿地180 m226.6 m3普通渗透型绿地6040 m2130.4 m3透水铺装2370 m225.6 m3调蓄设施380 m3380.0 m3合计—763.0 m3
注：调蓄设施推荐以调蓄塘形式为主。
4.2 新城试点区示范项目
1)地块特征分析。
新城试点区选择B地块作为示范，规划拟建设文化创意产业园，示范主题为多样性的雨水控制设施与现代园区的紧密融合。
B地块的典型特征主要如下：规划用地性质为行政办公用地，为拟开发地块；现状主要为农田和水体，未来规划绿地率较高、建筑密度较低，建筑类型主要为多层建筑；现状地块中水域面积较大，且距离河道较近，具备建设雨水湿地的良好条件。地块主要拟建文化创意产业园，对于整体景观、环境效果要求较高。
2)海绵城市建设示范项目实施思路。
根据规划设计方案，B地块拟建的文化创意产业园拟集文化品质、景观风貌和城市品位于一体，构建有机的生态建筑体。因此，在进行海绵城市设计时，需与建筑方案充分结合，优先选择与建筑方案契合度较高的海绵城市措施，大胆尝试屋顶绿化、空中连廊绿化、垂直绿化、下沉式广场绿化、下凹式绿地、复杂型生物滞留设施、透水性铺装等适宜的海绵城市措施，形成海绵城市建设途径集中展示区，更好地彰显其示范性和引领性。
同时，结合拟建设的水体景观(约830 m2)和成片绿地，形成“蓝芯”“绿芯”双芯。“蓝芯”可建成人工湿地和景观调蓄塘的结合体，将周边的雨水径流引入其中，起到径流调蓄、净化和错峰效果。“绿芯”则进行绿色资源整合，将周边的屋面雨水等借助断接等方式导入绿地中，进行径流峰值延缓和污染削减。
3)海绵城市建设方案。
B地块总面积为10.11 hm2，容积率为1.2，绿地率为35%，建筑密度为20%。根据第3节海绵城市设施选型建议及针对性分析，确定了推荐的海绵城市建设方案如表5所示。参照《指南》[12]中设施规模计算方法进行复核，地块年径流总量控制可达2853.4 m3，折算年径流总量控制率>80%，满足地块控制目标(经计算为2851 m3)。
表5 B地块雨水控制设施选型方案
Table 5 Selection scheme of runoff control facilities in Block B
类型工程量年径流总量控制量备注下凹式绿地8850 m2785.5 m3复杂型生物滞留设施3540 m2152.9 m3因地制宜,形式多样雨水湿地3540 m2530.8 m3普通渗透型绿地19460 m2560.5 m3屋顶绿化2020 m229.1 m3透水铺装2270 m224.6 m3调蓄设施770 m3770 m3集中调蓄与分散调蓄相结合合计—2853.4 m3
5 结束语
基于某典型平原河网城市“两高一中一低”的本底特征(地下水水位较高、土壤入渗率较低、绿化率较高和水面率适中)，针对其老城区和新城区海绵城市试点区，从水安全、水环境、水生态、水资源等角度分析了现存的典型问题，因地制宜地提出了该城市海绵城市设施选型的关键因素、主要原则及推荐方案，并选择新老城区的2个典型项目进行建设方案研究。研究表明：老城区的海绵城市建设应当充分结合城市更新，强调融合性和衔接性；新城区则更应当高起点、高标准，强调示范性和引领性。本研究可为平原河网城市进行海绵城市建设提供参考借鉴。
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