海绵理念下城市街区小微水系优化策略分析
时间：2023-04-18 10:45:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
邝燕良，王慧君
（1.深圳深态环境科技有限公司，广东 深圳 518048；
2.中节能铁汉生态环境股份有限公司，广东 深圳 518048）
当前，城市发展面临着由“增量扩张”的粗放式发展向“存量挖潜”的集约式发展转型[1]。但在长期城市发展过程中，水务相关部门侧重于高等级水系的防洪排涝建设，等级偏低的小微型水系则成为无人看管的“真空地带”[2]。在流域尺度划分上，城市建成区的小微水系在我国标准水系级别和一般的水系分类中都处于最小尺度的末级支流及支流水系，属小微水体定义里的沟、渠、溪[3]，在城市开发过程中逐渐被改造、填埋或因城市建设而中断、消失，导致城市普遍性存在着雨水内涝频发、城市内河湖水系污染严重和水资源缺乏且分布不均等问题[4]。随着“海绵城市”的深入建设与发展，人们逐渐意识到城市的自然本底和水系格局是城市防洪排涝的天然基质和廊道，是得天独厚的“海绵体”[5，6]。本文的研究对象聚焦于城市建成区街区内小微型河段尺度的水系连通优化，通过合理的规划和建设搭建好海绵城市蓝网骨架，满足城市建设的“弹性”诉求，实现“小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解”的建设目标[7，8]。
1.1 研究区域概况
研究区域位于郑州市西部，面积61 km2，城镇用地面积近20 a来以1 km2/a的速度增加，2018年达32.88 km2，占全区总面积53.77%。地势整体呈南高北低自然倾斜，东、北部地形开阔，较为平坦；
西、南部承接丘陵山地，地势起伏不平，高差超过500 m。境内水系格局为“两河一渠”（即汜水河、枯河和中心路排洪渠），丰枯水季流量差异巨大，属季节性河流。
1.2 设计理念与方法
1.2.1 遵循地形地貌长期形成的“产-汇-流”水文格局
城市内部的小尺度河流水系空间在长久的自然力作用下，顺应自然原始的地形地貌特征，形成相对稳定的“产-汇-流”水文过程[9]。城市开发建设导致的地形地貌变动等通常都会打破原有的水循环平衡，水文格局的连通性和流动性受到破坏。通过修复、连通以及重新构建的方式建立新的相对稳定的“产-汇-流”水文格局，是生态水系规划设计的基础。
1.2.2 城市水生态问题诊断
运用ArcGIS、infoWorks模型、数据统计等多种技术方法对研究区域进行生态诊断，识别城市发展过程中形成的绿地破碎、水资源短缺、城市内涝、水环境差等一系列水生态问题，并对其关键节点和主要影响因素进行分析，为下一步水系及水生态优化设计指明方向。
1.2.3 蓝绿系统结合的小微水系优化设计
在现有城市蓝绿系统的基础上，以海绵城市“渗、滞、蓄、净、用、排”理念对小微水系进行连通、优化以及新建，形成城市内部的小微水系新格局，满足城市的“弹性”需求。
2.1 特殊地形叠加城市快速扩张加剧城市内涝
研究区域属于丘陵地貌，南高北低自然倾斜，东、北部地势平坦以5°以下的平地为主；
西、南部承接丘陵山地，地势起伏不平，坡度多在10°以上。主城区位于东、北部的平坦地区，近20 a来快速向西、南高地扩张，建成区面积扩大接近100%。在城市扩张过程中原有的冲沟、农田排水沟等小微水系被填平，不透水面比例快速上升。如此一来，一方面在增大降雨地表径流量的同时，减少了自然雨水排放通道；
另一方面城市自北向南扩张，地面高程逐渐从120 m上升至180 m左右，在大至暴雨情况下南部城区的雨水会沿着地形道路倒灌至北部老城区，加剧老城区的内涝积水。图1为研究区域地形地貌图，图2为研究区域城市扩张图，图3为2018年7月26日实地考察时遇到的暴雨洪水沿南北向主干道洛宁路倒灌城区的场景。
图1 地形地貌
图2 城市扩张
图3 洛宁路内涝积水场景
2.2 雨水资源利用程度低，水资源短缺
研究区域多年平均降雨量607 mm，多年平均地表水资源量524万m3，人均水资源量仅为全国平均的1/40。同时，根据统计当地年蓄水量为3万m3，仅占多年平均地表水资源的0.57%，雨水资源开发利用率极低。这也为海绵城市建设中加强雨水资源蓄集利用、增强城市水资源“弹性”提出了明确需求。
2.3 排水防涝体系不完善，城市缺乏内部水系
研究区域的水系格局为“两河一渠”，整个城区分为2个排水分区，分别是汜水河排水分区和枯河排水分区，城区内部缺乏排涝水系，主要通过排水管网排入中心路排洪渠和枯河。缺乏内部小微水系、管网集水面积过大、排水距离过长、排水口偏少等问题都增加了城市排水排涝的难度。同时，排水管网南新北旧，但南部新增的建成区缺乏雨水排放口，仍然接入北部旧城区管网排放的排水特征和地形上南高北低的特点叠加，加剧了城市内涝的严重程度。通过infoWorks模型对研究区域排水系统模拟发现，中心路、金华路、锦江路和丹江路在1 a一遇的情况下出现较为严重的内涝积水。图4为研究区域排水分区图，图5为城区内涝infoWorks模拟结果图。
图4 研究区域排水分区示意
图5 城区内涝infoWorks模拟结果示意
3.1 排水格局优化策略
经过infoWorks模型模拟和现状排水特征诊断分析，发现现有的2个排水分区的城市排水格局导致南部新建城区的雨水全部汇集至主城区排放，这是造成主城区内涝的一个重要原因。在研究过程中利用GIS进行自然汇水分析，发现南部新建区域在自然汇水中并不属于枯河流域，而是属于东部另一个行政区的索河流域，其通过历史自然形成的冲沟横沟与索河连通，但横沟在城市长期发展过程中被填埋而连通中断。同时，行政区划限制了市政雨水管网接入枯河流域排放。因此，在排水格局优化中计划把原有的2个排水分区优化成3个排水分区（如图6所示），新增1个南部排水分区将雨水就近排入历史形成的水系横沟（现为中断干涸状态），并通过行政协调恢复该排水区与区域主要水系索河的连通。
图6 研究区域排水分区优化示意
3.2 街区生态排涝水系优化策略
针对研究区域内部缺乏街区尺度的排涝水系，本次排涝水系优化在分析城区内部生态安全格局的基础上把生态廊道和排涝水系规划设计相结合，建设“蓝绿一体”的城市生态水系格局，然后对历史汇水通道和小微水系进行修复，连通生态廊道内的水系，构成完整的城市内部生态排涝体系。其中，结合生态廊道形成了以洛宁水系、横沟、丹江水系、锦江水系和中心排渠为主的“两纵三横”的城市内部排水格局，通过对汇水通道和小微水系进行修复新增了新城水系和左照沟水系，满足街区内部排水要求。所有的规划水系采用20 a一遇的城市排涝标准进行水系设计的同时保留现有城市雨水管网排涝系统，形成地上地下2套并行且连通的雨洪排涝系统，共同应对城市内部的暴雨内涝问题。如丹江路绿地总面积34 hm2，现状是一条高空电网通道，里面种满了灌木和小树。当降雨量超过1 a一遇时，丹江路成为雨水排放的备选路线，地表径流将继续向东流向金华路，再向北流向街道。我们的优化方案是结合当地的地下电网廊道建设，利用丹江路的绿地作为排涝水系，当降雨量小于1 a一遇时仍通过原雨水管道排放，在金华路进入横沟；
当降雨量超过1 a一遇时利用丹江路绿地水系将多余的水排入上街区东侧的季节性河流横沟中。研究区域绿地廊道规划示意如图7所示，研究区域内部水系设计示意如图8所示。
图7 研究区域绿地廊道规划示意
图8 研究区域内部水系设计示意
3.3 雨水资源蓄滞利用策略
海绵城市建设要求实现雨水径流蓄滞，同时由于研究区域雨水资源利用率极低且人均水资源量匮乏，在内部水系优化设计中必须考虑增加雨水集蓄设施。建成区内部按照海绵城市建设专项规划需要满足70%的年径流控制率，本次雨水蓄滞策略采用公共绿地中集中的较大容积的人工调蓄体来代替传统海绵城市建设中大面积铺展的下凹绿地收集周边汇水区的雨水，在增强雨水资源可利用性的同时，也增加了公共绿地的亲水性和景观效果。以丹江水系为例，绿地水系在满足20 a一遇排涝过流断面设计的基础上增加雨水塘调蓄，通过计算，沿丹江水系自上而下设计5个平均蓄水深度2 m、总面积1.45 hm2的雨水坑塘就能够满足周边2.5 km2汇水区域70%的海绵调蓄目标。丹江水系及雨水调蓄塘平面，如图9所示。
图9 丹江水系及雨水调蓄塘平面
3.4 水系景观提升优化策略
城区内部街区尺度的小微水系作为城市重要的公共绿色空间，也承担着街区内部居民亲水娱乐以及提升街区景观风貌的作用[10]。本次策略在规划水系的基础上结合沿线景观特点采用相应的水景观，在雨水调蓄、防洪排涝的同时提升街区风貌。如在洛宁路商业街区商业建筑空间建设人工景观水系，提升商业街区的亲水娱乐功能。锦江路、丹江路廊道水系则结合水系建设带状海绵公园，作为研究区域的城市绿色长廊、活力休闲客厅和生态湿地科普基地。锦江路带状海绵公园设计平面示意，如图10所示。
图10 锦江路带状海绵公园设计平面示意
另外，根据南高北低的地形特点，在洛宁路南端设置景观补水点，利用水质净化厂的尾水进行间歇式景观补水，沿洛宁路形成溪流景观。洛宁路人工景观水系断面设计示意，如图11所示。
图11 洛宁路人工景观水系断面设计示意
在城市发展中不仅要重视地下雨水排放系统，同样要加强地面街区尺度的小微水系的保护和修复。本次研究通过街区尺度的小微水系规划设计为研究区域增加了地面排水系统，改变了不合理的雨水排涝格局和局部区域“大雨必涝”的现象，并将生态格局与生态水系建设相结合，形成了“蓝绿一体”的城市内部生态体系。洛宁路、丹江路、锦江路绿地等不仅是城市绿地廊道，也是重要的城市内部排涝水系。
城市街区内部的小微水系对城市排涝及雨水调蓄具有十分重要的意义，海绵理念下的城市规划应首先保护和恢复内部的小微水系及调蓄水体，尽可能地利用公共区域进行雨水资源调蓄回用。这次城区内部的小微水系优化设计实践表明，街区尺度的小微水系规划设计对城市内涝防治、海绵城市建设和景观提升具有十分积极的作用。
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