关于旧城区海绵城市建设的研究

关于旧城区海绵城市建设的研究

孙光逊

深圳市广汇源水利勘测设计有限公司

研究背景

2013年12月，习近平总书记在的中央城镇化工作会议上提出：建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。2016年4月，深圳市成功入选第二批“国家海绵城市建设试点城市”，深圳市海绵城市建设工作领导小组第一次会议上原则通过了《深圳市推进海绵城市建设工作实施方案》，方案要求通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。除特殊地质地区、特殊污染源地区以外，到2020年，全市建成区20%以上的面积达到海绵城市要求；到2030年，全市建成区80%以上的面积达到海绵城市要求。其中，罗湖笋岗-清水河片区等重点区域，要求编制海绵城市建设详细规划或实施方案，明确具体任务和目标，并形成海绵城市建设重点项目库。

研究内容和目标

通过分析罗湖区城市下垫面、排水管网、自然水体及现有海绵设施的情况，结合降雨资料，对区海绵城市建设现状进行评估，得出现状年径流总量控制率，再结合《深圳市推进海绵城市建设工作实施方案》对罗湖区及区内笋岗-清水河重点片区提出的控制率目标，对全区提出海绵设施建设任务指标，并针对重点片区提出海绵设施建设实施方案，为下一步罗湖区海绵城市规划提供依据。

研究方法

整个技术路线主要包括基础数据分析、数据输入、模拟运算和成果分析，具体现状评价技术路线见下图。

本项目主要借助DHI丹华水利公司的SCAD（SpongeCityAidedDesign）海绵城市辅助工具，从水量和水质角度定量评估罗湖区海绵城市现状，如城市基本情况、现状排涝能力、现状调蓄欠缺能力、地表径流污染等。评估主要包括以下三个过程：

1、收集罗湖区下垫面、管网、地形、降雨等基础资料；

2、利用ArcGIS软件对各类基础资料进行预处理及分析；

3、将ArcGIS处理后的相关数据逐步导入SCAD软件中，并在SCAD中选择合适的参数后进行详细的分析，最终生成各个分区的评估报告。

在SCAD软件分析研究区域海绵城市现状基本情况的过程中包括计算设计降雨、水量评估、以及水质评估三个方面，其中水量方面（现状年径流总量控制率）是通过不断试算得出。

（1）计算设计降雨

通过软件设计场次降雨以及年径流控制率相对应的设计降雨。对于场次降雨，软件将根据暴雨强度公式借助雨型设计工具计算场次降雨；对于年径流总量控制率所对应的设计降雨，软件基于历史数据采用牛顿二分法求解得到对应的设计降雨量。

（2）水量评估

计算城市降雨产流过程，考虑河道水系调蓄作用、城市管网系统调蓄和外排作用以及LID设施的调蓄作用，评估在不同降雨条件下，判断城市载体能够容纳多少水量以及计算欠缺的“海绵体”（欠缺容积）。通过软件添加管道调蓄设施，LID设施等相关措施，复核城市海绵体空间判断方案是否满足控制指标要求。

（3）水质评估

通过软件计算城市降雨形成的地表径流冲刷的地表污染物，模拟单位面积污染物累积量和任意数量的污染物的产生、流动和运移过程。计算排水分区内污染物削减以及LID设施对污染物的削减作用。

（4）模型参数

模型主要参数包括降雨、地形、汇水、水体、管网、下垫面等，各参数来源见下表：

表1模型参数设置

（2）降雨资料

统计深圳水库1960-2002年降雨资料，年平均降水量为1975.16mm，最大年降雨量在2001年，年降雨量2747mm，最小年降雨量在1963年，降雨量为849.7mm。

1986年深圳水库站记录到全年降雨共132天，日平均降雨量5.74mm，其中，雨季（4-9月）降雨92天，占总天数的69.70%，6、8、9月三个月的最大日降雨量均在100mm以上，其中最高日降雨量发生在8月10日，日降雨量为125.0mm。

图2罗湖区年降雨量分布图（深圳水库站，1986年）

重点片区评估案例

笋岗-清水河片区总占地5.42平方公里，由红岭北路、红岗路、布吉路、文锦北路、洪湖东路、笋岗东路等城市主干道围合而成。

图3笋岗-清水河片区卫星范围图

本片区规划土地用途包括商业性服务业设施用地、物流仓储用地、工业用地、居住用地、政府社团用地、交通设施用地、市政公用设施用地、绿地与广场等类型。

1.现状评价

（1）土地利用情况

图4笋岗-清水河片区土地利用图

（2）雨型数据

（3）评价结果

根据笋岗-清水河片区降雨、排水、下垫面情况等资料，经过计算，笋岗-清水河片区现状年径流总量控制率约为75%，控制降雨量为40.1mm。

2.建设目标

根据《深圳市海绵城市专项规划（征求意见稿）》，笋岗-清水河重点片区建设目标为：年径流控制率达到72%，年径流污染物（以TSS计）削减率不低于60%。

根据前述评估结果，片区土地利用规划情况已达到其年径流总量控制率目标，经分析，其达标的主要原因为现状该片区内拥有面积约为59.15ha的笋岗滞洪区，可进行雨水调蓄。该滞洪区可视为现状的一处大型海绵设施。

因此，本次不再另外对笋岗-清水河片区整体提出LID措施建设要求，只对片区内各子单元试点地块进行单独的LID设计。

3.试点单元地块LID设计

根据《深圳市罗湖旧城改造规划》和《罗湖区城市更新与产业转型升级“十三五”规划》的相关内容，结合罗湖区城市更新建设实际情况，本次在笋岗-清水河片区选取了“泰富”地块作为试点案例，开展LID设计。

（1）建设目标

根据《深圳市海绵城市专项规划（征求意见稿）》和本项目制定的笋岗-清水河片区年径流控制率目标，确定本单元试点地块的建设目标为：年径流控制率达到70%，年径流污染物（以TSS计）削减率不低于60%。

（2）基础数据

①用地情况

泰富地块总占地29517平米，分别由商业、广场和绿地三类用地组成。其中商业类用地15033.5平米，广场类用地9885.82平米，绿地2718.27平米。

图7泰富地块土地利用属性图

②雨型数据

按24小时雨型，如图5。

（3）分析评价

根据试点地块降雨、排水、下垫面情况等资料，经过计算，泰富地块现状年径流总量控制率约为23%，控制降雨量为6.3mm。而对应70%的目标年径流总量控制率情况下，目标控制降雨量为33.9mm，欠缺容积为814m3。

（4）LID设计

为实现目标，本次根据《海绵城市建设技术指南（试行）》和《低影响开发雨水综合利用技术规范》（SZDB/Z145-2015），并结合城市更新和片区发展规划，考虑通过在泰富地块内建设透水性铺装、蓄水模块、绿色屋顶和下沉式绿地等措施组合，最大程度减缓雨水径流并适度收集回用。本地块LID措施设计情况如下：

具体LID措施设计内容：

①在道路上采用透水性铺装，铺装面积935m2，铺装比例50%，铺装蓄水深度50mm；

②在广场上采用透水性铺装，铺装面积8899.2m2，铺装比例90%，铺装蓄水深度50mm；

③在地块南区中间的广场用地里建设一座蓄水模块，占地面积13.5m2，面积比例为0.5%，设计有效蓄水深度2m；

④在4座商业用地的建筑屋顶设置绿色屋顶，建设面积3003.2m2，面积比例为20%，下沉深度0.15m；

⑤将地块内的7片绿地建设为下沉式绿地，下沉总面积54.3m2，面积比例为2%，下沉深度0.15m。

经验总结

通过对罗湖区海绵城市评估和建设方案的研究，初步了解并掌握了海绵城市建设的方法，同时又在该工作过程中总结出经验如下：

（1）由于旧城区（建成区）已基本完成城市建设，如仍要求在建成区增加海绵设施以达到年径流总量和污染负荷目标控制率，则实施难度极大，因此，旧城区（建成区）的海绵城市建设和考核都应以问题为导向，着重解决旧城区（建成区）的洪水内涝问题、面源污染问题以及水资源利用问题等。

（2）通过评估分析和计算，城市中的管网、泵站和雨水调蓄池等基础设施，属于重要的海绵城市灰色设施，且为海绵城市建设达标的关键设施。提到海绵城市的建设，不能只考虑植草沟、雨水花园等“漂亮”的绿色设施，应灰绿结合，才能更有效的发挥海绵设施的作用。

（3）海绵设施应根据集雨面积的大小，以高利用效率为基本原则，合理设计其位置和规模。

（4）由于旧城区（建成区）的海绵城市建设实施难度较大，达标困难。建议采取以各市总目标控制率为总额，市级内部各区各地块采用类似于“碳排放交易”的模式进行“海绵城市控制率交易”，将海绵城市建设通过市场经济手段调节，达到更为合理的城市发展目的。