“海綿城市”理念在已建居住區(qū)景觀改造中的應(yīng)用研究

徐雅潔 ，白雪 ，陳佩圓 ，2

(1.安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；

2.合肥建工集團有限公司，安徽 合肥 230000)

0 前言

已建居住區(qū)是城市的基本組成單元，改造并提升已建居住區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施功能對城市的健康發(fā)展具有重要的意義。從根本上來說，城市的發(fā)展過程是一個對自然生態(tài)強制改造的過程，通過重構(gòu)場地環(huán)境，重設(shè)土地功能，以滿足城市化的需求。然而，這種對自然生態(tài)的改造無疑打破了天然的生態(tài)平衡，環(huán)境問題不斷出現(xiàn)。我國不少城市當(dāng)前典型的狀況是，在降雨量較大的夏季，頻繁發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響城市健康發(fā)展和城市形象，威脅居民生命和財產(chǎn)安全，受到了社會的高度關(guān)注[1-3]。目前，城市內(nèi)澇問題已成為我國不少城市常遇的短暫性城市災(zāi)害，其發(fā)生的主要原因是：(1)排水設(shè)施功能不完善、不齊全；(2)城市地表涵水和蓄水能力弱等。

可見，提升地表涵水和蓄水能力是解決短時內(nèi)澇問題的重要途徑。在此背景下，學(xué)者們提出“海綿城市”建設(shè)理念。該理念的核心是通過設(shè)計并建設(shè)一個具有涵水、蓄水、滲水和凈水功能的新型城市水管理系統(tǒng)，提高城市地表雨水吸蓄能力，緩解雨水集聚內(nèi)澇，減輕城市硬地表對微氣候環(huán)境的影響[4，5]。早在2003年，俞孔堅和李迪華便指出，河流兩岸的自然濕地可調(diào)節(jié)河水流量，緩解旱澇災(zāi)害，起到“海綿”的水管理作用[6]。董淑秋和韓志剛則在首鋼工業(yè)區(qū)改造規(guī)劃設(shè)計中，提出基于“生態(tài)排水+管網(wǎng)排水”的“生態(tài)海綿城市”的規(guī)劃設(shè)計概念，以綜合管理和利用雨水[7]。近年來，“海綿城市”日益受到國家的重視，2015年，武漢、濟南和重慶等16個城市被確定為第一批試點“海綿”建設(shè)城市，并在臺州永寧河公園、天津橋園濕地公園等得到了應(yīng)用，成為一種生態(tài)建設(shè)與雨水管理協(xié)同發(fā)展的體系。然而，當(dāng)前有關(guān)“海綿城市”理論在已建居住區(qū)中的應(yīng)用研究相對較少。已建居住區(qū)是城市的主要功能區(qū)，其用地面積通常占城市建設(shè)用地總面積的40%～50%，是城市居民生活和生存的基礎(chǔ)環(huán)境，也是保障居民擁有舒適、安全和幸福生活的根本途徑，與居民“衣食住行”密切相關(guān)。然而，因建設(shè)時間較久，規(guī)劃設(shè)計不完善，綠地面積有限等原因，內(nèi)澇問題在已建居住區(qū)更為突出也更嚴(yán)重。對已建居住區(qū)實施“海綿”改造，不僅是“海綿城市”建設(shè)的有機組成部分，而且還是改善民生，提高居民生活質(zhì)量的重要舉措。

因此，本文將研究“海綿城市”理念在已建居住區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用，從多個角度分析已建居住區(qū)實施“海綿”改造存在的問題及對策，為已建居住區(qū)“海綿”改造的發(fā)展提供有價值的理論依據(jù)，提升已建居住區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施功能。

1 已建居住區(qū)“海綿”改造存在的問題

1.1 部分居住區(qū)地勢較低

為滿足城市用地地面排水需求，避免出現(xiàn)雨水倒灌的問題，《城市用地豎向規(guī)劃規(guī)范》[10]特別規(guī)定：地塊的規(guī)劃高程應(yīng)大于周邊城市道路的最低路段高程0.2 m以上。在居住區(qū)和道路初始規(guī)劃建設(shè)時，兩者高程或尚滿足規(guī)范規(guī)定。然而，隨著社會發(fā)展，城市通行壓力逐年增大，需不斷對道路進(jìn)行維護(hù)、維修甚至重建。為節(jié)約人力、財力和工期，常采用直接加高路面的方法改造城市道路。這直接造成已建居住區(qū)和周邊路面標(biāo)高發(fā)生變化，造成路面高程高于已建居住區(qū)，使居住區(qū)成為地勢較低的泄洪區(qū)，導(dǎo)致其排水不暢，在短時高量雨水下，易形成內(nèi)澇。如在2014年武漢三環(huán)線北段道路的升級改造中，道路標(biāo)高被整體抬升約0.34 m，這勢必對道路周邊居住區(qū)雨水排泄造成較大壓力，并可能引發(fā)內(nèi)澇。

1.2 部分居住區(qū)綠地率較低

綠地或者土壤是天然的雨水管理系統(tǒng)，也是水分大氣圈循環(huán)的重要載體，對已建居住區(qū)雨水吸儲和蒸發(fā)釋水尤為重要。為此，在《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范(GB50180-93)》中規(guī)定：新區(qū)建設(shè)的綠地率應(yīng)大于30%，舊區(qū)改造宜大于25%。實際上，部分開發(fā)商為節(jié)約建造成本，提高經(jīng)濟效益，會縮小樓間距，減小樓層層高，使得部分已建居住區(qū)綠地率較低。根據(jù)袁重芳等[11]對重慶五大主城區(qū)部分居住區(qū)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，重慶五大主城區(qū)均存在部分居住區(qū)綠地率不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，個別居住區(qū)綠地率僅為6.72%。已建居住區(qū)綠地或土壤面積較小，極大地弱化了地塊土壤天然具備的雨水吸收、涵養(yǎng)和凈化等功能，造成雨水主要是通過排水設(shè)施被排泄出，因而顯著地增大了排水設(shè)施的通水壓力。另外，因居住區(qū)地層硬化阻礙了雨水直接滲入地層中，還使得居住區(qū)地表徑流增大，當(dāng)?shù)乇韽搅髋判共粫?，匯集產(chǎn)生地表積水，則可能引起內(nèi)澇和洪災(zāi)[12]。因此，綠地率較低是已建居住區(qū)實施“海綿”改造的一種重要問題。

1.3 部分居住區(qū)排水設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低

對于已建居住區(qū)而言，因主要用地均被改造為硬性不透水路面，使得排水設(shè)施成為雨水排泄的主要途徑。但是，部分居住區(qū)，特別是上世紀(jì)建成的老舊小區(qū)的公共排水設(shè)施在規(guī)劃和建設(shè)時，難以充分考慮到未來城市發(fā)展的速率和規(guī)模，使得排水設(shè)施在面對當(dāng)下雨水排泄壓力時，難以有效泄洪，因而會造成內(nèi)澇。另外，在部分老城區(qū)的城市規(guī)劃中，道路雨水排水管網(wǎng)建設(shè)的主要考慮因素是城市道路的排水量，未能充分考慮道路周邊居住區(qū)的排水量。因此，當(dāng)降雨量超過地理區(qū)域的排水極限，短期內(nèi)即可能出現(xiàn)積水，這也是造成內(nèi)澇洪災(zāi)的另一個關(guān)鍵因素。居住區(qū)雨水排泄管線系統(tǒng)是否運行良好也是影響內(nèi)澇、洪災(zāi)的重要因素。如部分老舊已建居住區(qū)雨水排泄管線運行不良，甚至排水管線過于老舊而破損、斷裂，再加上地面滲水率較低，會使得雨水不僅不能通過雨水管線排泄系統(tǒng)得到排泄，甚至?xí)霈F(xiàn)回流問題。

2 已建居住區(qū)的“海綿”改造策略和具體方法

鑒于已建居住區(qū)“海綿”改造的基體是已建成并投入使用一定時間的居住區(qū)，因而其“海綿”改造需以低影響開發(fā)(LID，Low Impact Development)技術(shù)理念為指導(dǎo)，在盡可能低地影響既有居住區(qū)各項設(shè)施前提下，選用適當(dāng)?shù)挠晁眉杉夹g(shù)方案，以提升居住區(qū)的雨水收集、排泄和涵養(yǎng)的雨水調(diào)節(jié)能力；同時結(jié)合雨水管理技術(shù)，形成立足于生態(tài)景觀建設(shè)的“海綿城市”小區(qū)。對處于城市低洼區(qū)域的易淹易澇老舊小區(qū)，因其排水系統(tǒng)較為老化，而且建筑密度較大，小區(qū)綠地較少，使得可改造空間小，缺乏充足的場地實施LID綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。因此，老舊小區(qū)的“海綿”改造需結(jié)合小區(qū)更新和危房改造等工作，重點解決城市內(nèi)澇、污水治理以及雨水收集利用等問題。

對居住區(qū)進(jìn)行“海綿”改造，需首先對居住區(qū)進(jìn)行實地勘察，調(diào)研小區(qū)情況，通過分析制定“海綿”改造方案。如根據(jù)實地勘察和調(diào)研結(jié)果，對居民區(qū)的道路、廣場、建筑設(shè)施、綠地景觀以及水體景觀等進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)的規(guī)劃設(shè)計，指定最佳的改造設(shè)計方案。圖1為居住小區(qū)“海綿”改造策略示意圖，具體包括以下“海綿”改造建議方法：

圖1 居住區(qū)“海綿”改造策略示意圖

2.1 居住區(qū)道路廣場的綠化改造

現(xiàn)階段居住區(qū)的道路和廣場的鋪裝形式多為不透水硬化面層，是雨水徑流和雨水污染物集聚形成的主要場地。因此，在滿足實際需求的前提下，減少硬化面層，增加綠色透水面層，合理化并最大化地在居住區(qū)使用透水性景觀材料是居住區(qū)“海綿”改造的關(guān)鍵途徑[13]。居住區(qū)設(shè)計中常用的透水性鋪裝形式主要包括透水混凝土鋪裝、透水性瀝青鋪裝、透水磚鋪裝、嵌草磚鋪裝、植草磚鋪裝、鵝卵石及碎石鋪裝等[14]。透水性鋪裝需根據(jù)居住區(qū)景觀用地的性質(zhì)進(jìn)行合理地選擇[11]。例如，居住區(qū)內(nèi)車行道可采用透水水泥混凝土鋪裝、透水瀝青鋪裝等；人行道、樓間道路、花園道路可采用透水磚鋪裝；而各種景觀小路可采用汀步、鵝卵石、碎石拼接鋪裝等；停車場可采用嵌草或植草磚鋪地等[13，15]。

此外，還應(yīng)優(yōu)化不透水硬化面與綠地空間的布局?？赏ㄟ^在居住區(qū)內(nèi)道路、廣場及建筑周邊布置適量綠地對徑流雨水進(jìn)行吸納、蓄滲和緩釋，通過合理的豎向設(shè)計促進(jìn)徑流匯入低影響開發(fā)設(shè)施[11]。例如，出于對路基的保護(hù)，傳統(tǒng)道路路面、廣場與綠地之間多采用側(cè)石(路牙石)進(jìn)行隔絕。雨水徑流只能沿側(cè)石流向雨水口，未經(jīng)過處理的雨水徑直排向市政管網(wǎng)[7]。因此，在居住區(qū)“海綿”改造時，應(yīng)將側(cè)石開口或去除，從而使硬化面上的徑流匯入周邊的各種雨水管理景觀設(shè)施，如路側(cè)綠帶和停車場綠地等[14，16]。如圖2所示，在山東省經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)中心宿舍改造項目中，便在優(yōu)化小區(qū)道路不透水硬化面的同時，在道路橫坡低點一側(cè)將側(cè)石開口，并每隔一段距離設(shè)置雨水溝截流雨水至綠地，從而對雨水進(jìn)行吸納、蓄滲和緩釋[17]，達(dá)到雨水管理的目的。

圖2 山東省經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)中心宿舍改造項目[17]

對于廣場及道路邊的樹池，則可通過構(gòu)建生態(tài)樹池以促進(jìn)雨水下滲。在傳統(tǒng)的樹池構(gòu)建中，往往需對土壤進(jìn)行壓實處理，導(dǎo)致雨水滲透難度高。在生態(tài)樹池的構(gòu)建中，可使用透水混凝土鋪裝，保持水土的透水透氣性，防止土壤板結(jié)，使樹池成為一種小型生物滯留設(shè)施，在減少、凈化暴雨徑流的同時促進(jìn)植物生長。另外，還可根據(jù)周圍自然環(huán)境條件，對生態(tài)樹池進(jìn)行圖案設(shè)計，保持樹坑美觀、干凈和整潔[18]，形成優(yōu)美生態(tài)樹池。

2.2 居住區(qū)建筑設(shè)施的綠化改造

建筑物是居住區(qū)的主要設(shè)施，對建筑設(shè)施進(jìn)行綠化改造是已建居住區(qū)“海綿”改造的重要工作內(nèi)容。通過居住區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)建筑以細(xì)部改建和生態(tài)設(shè)計的方式變?yōu)榫G色建筑是住區(qū)“海綿”改造的關(guān)鍵途徑[19]。常見的做法是改造原有不透水屋頂為綠色生態(tài)屋頂，以達(dá)到將雨水吸收儲蓄并凈化處理的目的。這里的綠色屋頂也稱為“生態(tài)屋頂、植被屋頂或生長的屋頂”，是指建筑屋頂部分或全部由綠色植物、植物生長基質(zhì)及屋頂防水結(jié)構(gòu)覆蓋的一種景觀屋頂形式[1，16，20，21]。在居住區(qū)內(nèi)，不透水建筑屋頂類似于道路和廣場的硬化面層，降低了可吸收雨水的土壤面積，是雨水徑流形成和污染的重要場所。而將屋頂綠化后，通過植被及人工種植土對雨水的滯留、滲透和蒸發(fā)作用，屋面匯流的雨水量可大幅削減，從而降低居住區(qū)總體的雨水徑流量，起到“海綿”作用[20]。

居住區(qū)內(nèi)，符合屋頂荷載和防水等條件的平屋頂建筑和坡度≤15°的坡屋頂建筑可改造為綠色屋頂以收集滯留雨水[13]。根據(jù)景觀復(fù)雜程度及種植基質(zhì)深度，綠色屋頂可分為草坪式和花園式兩種，覆土厚度設(shè)計以滿足植物生存種植土的最小厚度為標(biāo)準(zhǔn)，種植小喬木時基質(zhì)深度不應(yīng)大于600 mm。對于居住區(qū)建筑的改造還包括：增設(shè)垂直綠墻、改建綠色種植陽臺、窗頂外挑種植池和綠色庭院等，以促進(jìn)“立體海綿”豎向發(fā)展，實現(xiàn)全方位的綠化種植設(shè)計[8，22]。最后，可在建筑周圍設(shè)置高位花壇作為雨水凈化裝置以進(jìn)一步接納、凈化屋面雨水。綠色屋頂截留后的過剩雨水通過連接住宅建筑屋面的雨落水管疏導(dǎo)至高位花壇，如圖3所示?；▔瘍?nèi)填入滲透性能好，凈化能力強的人工混合土作為植物栽培層，并于栽培層下鋪設(shè)碎石層和儲水層以儲蓄凈化的雨水，最后再通過低勢綠地進(jìn)行滲透。此外，設(shè)計過的高位花壇還可對建筑立面起到裝飾作用[23，24]。

圖3 高位花壇剖面圖[24]

2.3 居住區(qū)綠地景觀改造

綠地是天然最佳的“海綿”體系，也是最好的雨水滲透設(shè)施，不僅滲透能力強，而且還能通過植物根系過濾雨水中的雜質(zhì)，起到水土保護(hù)的作用。因此，居住區(qū)內(nèi)應(yīng)充分利用綠地設(shè)置各種雨水管理景觀設(shè)施，通過多種途徑和方法加大綠地土壤的下滲量[16]。居住區(qū)綠地主要包括公共綠地、宅旁宅間綠地以及道路綠地等，通常做法是將綠地“下沉”，即改造為下沉式綠地或植被淺草溝，其中下沉式綠地通常指綠地高程低于周圍硬化地面高程200 mm以內(nèi)的綠地[14]。下沉式綠地通過利用其下凹空間以增加雨水的下滲時間，同時吸收、凈化并儲存雨水。例如，下雨時，下凹式綠地可匯集、蓄留部分雨水，多余雨水則可通過綠地內(nèi)的雨水口排走，從而達(dá)到消減洪峰流量，延遲洪峰出現(xiàn)的時間以及減緩地表雨水徑流污染的作用[22，25]。因此，下凹式綠地可結(jié)合道路、廣場和停車場等場所在居住區(qū)內(nèi)廣泛運用，并根據(jù)場地設(shè)計選擇合適的下沉式綠地。如對于小面積的宅間宅旁綠地，道路綠地可選擇設(shè)置普通的低勢綠地，搭配植草溝、生物滯留帶、植物緩沖帶等對住區(qū)內(nèi)的雨水進(jìn)行截留[15]。而對于大面積的公共綠地，可設(shè)置一些具有一定的調(diào)蓄容積的綠地，如滲透塘、雨水濕地和調(diào)節(jié)塘等，同時還可在廣場、道路邊及建筑墻沿墻點綴一些高位花壇和生態(tài)樹池等[20]。這些雨水管理景觀設(shè)施平時可發(fā)揮正常的景觀、休閑及娛樂功能，而在暴雨時則可發(fā)揮調(diào)蓄功能，以實現(xiàn)土地資源的多功能利用，同時建設(shè)與維護(hù)的成本也較低。此外，還可于綠地內(nèi)建造蓄水回用模塊對收集的雨水進(jìn)行回收利用，如圖4所示[17]。通過設(shè)置雨水溝，將屋面和道路的雨水截流至綠地并溢流進(jìn)入蓄水模塊，再凈化處理達(dá)到回收利用的目的。

圖4 綠地蓄水回用模塊[17]

2.4 居住區(qū)水體景觀改造

居住區(qū)內(nèi)“海綿”型水體景觀的設(shè)計應(yīng)結(jié)合場地原有地形地貌，盡量避免重新開挖溝渠和水池。如選取基址內(nèi)地勢較為低洼的地方進(jìn)行雨水濕地、濕塘及雨水花園等“海綿”型理水綠地的設(shè)計[13]。其中，雨水花園是居住區(qū)內(nèi)常用的“海綿”型水景景觀設(shè)計之一，通過在低洼地區(qū)域內(nèi)種植被，利用土壤和植被吸收、下滲雨水，以減輕居住區(qū)內(nèi)雨水的徑流量，同時也起到凈化水質(zhì)、美化環(huán)境及補充回灌地下水的作用[18，19]。居住區(qū)設(shè)計因根據(jù)場地及功能需求選擇布置合適的雨水花園以達(dá)到對雨水進(jìn)行收集、貯蓄、凈化的作用，如在道路、廣場、停車場等徑流污染較嚴(yán)重區(qū)域的周邊宜布置以控制徑流污染為目的的雨水花園等具有污水處理功能的水體設(shè)施[22，26]。

3 結(jié)論

通過對已建居住區(qū)“海綿”改造的意義和存在問題的分析，分別對居住區(qū)道路廣場、建筑設(shè)施、綠地景觀和水體景觀提出了“海綿”改造的可行方法，得到以下幾點結(jié)論：

(1)居住區(qū)“海綿”改造是改善民生的重要舉措，也是“海綿城市”建設(shè)的有機組成部分，對居民生活質(zhì)量和生存基礎(chǔ)環(huán)境具有重要的意義；

(2)居住區(qū)“海綿”改造是個系統(tǒng)工程，改造策略應(yīng)以低影響開發(fā)技術(shù)理念為指導(dǎo)，針對改造過程存在的問題，針對性地制定“海綿”改造方案；

(3)應(yīng)在實地調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體居住區(qū)的地形特征、綠化現(xiàn)狀、建筑類型以及地域氣象等條件，選用適當(dāng)?shù)挠晁煤陀晁芾砑夹g(shù)，從而控制居住區(qū)雨水徑流量和徑流污染，達(dá)到整體防治效果，從根本上解決住區(qū)內(nèi)澇的問題。