海綿城市建設(shè)對雨洪管理能力提升的實踐探索

葉偉陽 李 杰 李俊鋒 劉光榮 肖詩凱

1. 中建四局深圳總承包公司 廣東 深圳 518048；2. 長春工程學(xué)院 吉林 長春 130012

近年來極端暴雨天氣造成的城市內(nèi)澇問題較為突出，引起社會廣泛關(guān)注。沿海地區(qū)與內(nèi)陸城市均曾面臨過不同程度城市內(nèi)澇問題，主要原因是快速城市化導(dǎo)致不透水面的增加削弱了城市雨洪調(diào)控能力。

為了提高雨洪管理能力，美國1987、1990年基于宏觀和微觀角度分別提出了最佳管理措施和低影響開發(fā)技術(shù)[1]；德國1980年提出基于微觀角度的雨水收集與利用研究和技術(shù)應(yīng)用；英國2004年提出基于綜合角度的可持續(xù)城市排水系統(tǒng)[2]等。國內(nèi)學(xué)者受國外低影響開發(fā)理念啟發(fā)，提出一種形象表達，即“海綿城市”。

北京建筑大學(xué)車伍教授結(jié)合國內(nèi)外海綿城市發(fā)展技術(shù)，在低影響開發(fā)本土化、大小排水與規(guī)劃設(shè)計、內(nèi)澇綜合防治等方面做出了巨大貢獻[3]。他指出，城市雨洪管理技術(shù)體系對解決各國雨洪問題、改善環(huán)境起到至關(guān)重要的作用[4]。

1 工程概況

為打造國際一流、全球領(lǐng)先的高品質(zhì)街道示范區(qū)、獨具特色的中央活力區(qū)，提升城市核心競爭力，深圳市福田區(qū)針對中心區(qū)啟動“交通設(shè)施及空間環(huán)境綜合提升工程”。中心區(qū)改造范圍以西至新洲路，以東至皇崗路，以南至濱河大道，以北至紅荔路（圖1）。建設(shè)內(nèi)容包括海綿城市建設(shè)、綠化工程及智慧設(shè)施工程等。

圖1 工程范圍

本工程項目設(shè)計下沉式綠化帶面積約為3 400 m2，透水混凝土自行車道面積約為35 950 m2，環(huán)保型雨水口約2 070座。

2 項目設(shè)計施工要點

根據(jù)《深圳市交通行業(yè)海綿城市源頭管控指標(biāo)豁免清單（試行）》文件要求，遵循應(yīng)做盡做、因地制宜、生態(tài)優(yōu)先及統(tǒng)籌建設(shè)的海綿城市設(shè)計原則，落實海綿城市建設(shè)措施?？傇O(shè)計施工內(nèi)容由下沉式綠化帶、自行車道透水混凝土鋪裝及環(huán)保型雨水口三部分組成，主要以環(huán)保型雨水口和透水自行車道為主，同時為避免影響現(xiàn)狀喬木抗風(fēng)能力，對保留現(xiàn)狀喬木的綠化隔離帶不做下沉式改造，僅在部分新建綠化帶（如福中路機非隔離帶拓寬段）建設(shè)下沉式綠化帶。

2.1 下沉式綠化帶

福田中心區(qū)的下沉式綠化帶建設(shè)分點狀下沉式和帶狀下沉式2種。

下沉式綠化帶施工時須注意幾個技術(shù)要點：第一，下沉深度為30 cm，其中20 cm為滯水層，10 cm為保護性超高；第二，溝底不能有樹皮覆蓋層，局部如進水口處需設(shè)10 cm厚卵石防沖刷；第三，填料層及礫石層用透水土工布包裹以免填料流失；第四，采用壤土并混合一定比例的砂作為種植土，保證其滲透速率，不得使用黏土；第五，下沉綠化帶一側(cè)有現(xiàn)狀喬木時，改造時不得造成現(xiàn)狀喬木根系裸露，并距離現(xiàn)狀喬木不小于50 cm。

下沉式綠化帶建設(shè)的基本構(gòu)造如圖2所示。

圖2 下沉式綠化帶截面

此外，深圳市的氣候類型為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，雨季來臨時雨量充沛，因此草本植物種類的選擇與配置也是下沉式綠化帶建設(shè)的一個關(guān)鍵之處，需要充分考慮植被的生長態(tài)勢、觀賞性、抗倒伏性以及抗蟲害等性狀的優(yōu)良情況。

同時，植物的選種應(yīng)注重適地適種，并將植物生態(tài)適應(yīng)性與區(qū)域立地條件充分結(jié)合，才可以充分發(fā)揮植株滯留和滲透雨水，降低雨水徑流量、減緩雨水流速以及凈化、滯納雨水中污染物的應(yīng)用效果[5]。

2.2 透水混凝土自行車道

透水混凝土自行車道的線路選擇多沿人行道同行設(shè)置，部分車道設(shè)置在綠化帶中。透水混凝土的鋪裝主要包括素土層、級配碎石墊層和透水混凝土過濾層以及面層等幾個結(jié)構(gòu)。

雨水由上而下匯集，部分直接滲入地底，部分通過盲管接入雨水管網(wǎng)（圖3）。

圖3 自行車道結(jié)構(gòu)

按圖紙要求對現(xiàn)狀地貌的綠化帶，喬木、灌木帶等使用小型挖掘機和鏟車進行溝槽開挖，人工配合清理深度至43 cm，確保上部腐殖土清理干凈。在保證苗木成活和樹干穩(wěn)定的情況下，征得設(shè)計單位同意后，將侵入自行車道的樹根進行砍伐清除，清理出腐殖土及樹干等垃圾和土石方，采用小型渣土車轉(zhuǎn)運至場外棄土場，運輸過程中確保不污染環(huán)境。

自行車道路床施工由人工配合挖機整形、整平，鋪設(shè)20 cm厚級配碎石，級配碎石顆粒需符合一定的技術(shù)要求，如含泥量不大于1%、孔隙率不大于47%等。級配碎石混合料經(jīng)攤鋪、整形后，經(jīng)標(biāo)高測量混合料松鋪表面高程、橫坡度及平整度合格且含水量接近最佳含水量時，采用靜壓方式立即進行碾壓（碾壓長度30～50 m），做到層次分明、分界明顯，連續(xù)碾壓以減小變形和提高表層密實度、平整度[6]。

透水混凝土施工過程中應(yīng)選用高強度等級的硅酸鹽水泥為基料，配以多種助劑增加強度與黏結(jié)力，形成透水混凝土專用膠結(jié)劑。此外，還要控制好透水混凝土的孔隙率。透水混凝土的多孔隙結(jié)構(gòu)在降雨時容易被地表徑流中的懸浮顆粒堵塞，提高透水混凝土的耐堵塞性可以有效延長使用壽命和減少維修次數(shù)。

2.3 環(huán)保型雨水口

環(huán)保型雨水口主要是通過多層截污的方式，能夠起到凈化初期雨水、有效控制面源污染的作用。

聯(lián)合式雨水口截污框靠立箅側(cè)設(shè)有開口，雨水匯流層搭接在雨水箅下方的支座上，初雨水由匯流層引入截污框，然后經(jīng)過濾層凈化后進入雨水管網(wǎng)，當(dāng)發(fā)生暴雨時，過量雨水從濾層中心的DN200溢流管溢流排入井室后進入雨水管網(wǎng)（圖4）。

圖4 雨水口剖面示意

3 中心區(qū)氣象水文條件簡述

根據(jù)深圳市氣象局（臺）官網(wǎng)相關(guān)資料顯示，深圳市屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，長夏短冬，雨量豐沛，年平均氣溫23.0℃。按1981—2010年30年氣候資料統(tǒng)計，深圳市多年平均年降雨總量為1 935.8 mm。

住建部《海綿城市建設(shè)專項規(guī)劃與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（意見稿）指出，城市新建、改建片區(qū)年徑流總量控制率應(yīng)綜合考慮降雨和徑流特征、水資源情況、水環(huán)境情況、城市開發(fā)建設(shè)強度、經(jīng)濟發(fā)展水平等因素確定。深圳市位于我國年徑流總量控制率分區(qū)的Ⅴ區(qū)（60%≤α≤85%）。

《深圳市海綿設(shè)施規(guī)劃要點和審查細(xì)則》通過深圳市40多年的氣象資料統(tǒng)計，按年徑流總量控制率的定義，統(tǒng)計出年徑流總量控制率與設(shè)計雨量之間的關(guān)系曲線，得到深圳市年徑流總量控制率對應(yīng)設(shè)計降雨量為23.1～52.5 mm[7]。但由于深圳市臺風(fēng)暴雨場次較多、降雨量不均勻等因素，結(jié)合深圳市建筑密度等現(xiàn)狀特點，并且根據(jù)光明新區(qū)示范工程監(jiān)測的評估結(jié)果，綜合確定深圳市的年徑流總量控制率應(yīng)不低于70%，即設(shè)計降雨量不低于31.3 mm[8]。

4 “龍舟水”強降雨觀察分析

每年5月20日—6月20日，即農(nóng)歷五月初五端午節(jié)前后，是華南前汛期降水的鼎盛時期，廣東、福建等地往往會出現(xiàn)大范圍強降水過程，其間也恰好時值端午節(jié)龍舟競渡，因此民間亦將其稱作“龍舟水”。毫無疑問，今年“龍舟水”時期的強降雨是對福田中心區(qū)綜合提升工程竣工驗收后的一次重大考驗。

2021年5月25日9點20分，深圳市氣象局（臺）發(fā)布暴雨黃色預(yù)警，9點55分將黃色暴雨預(yù)警升級為橙色暴雨預(yù)警（表示過去3 h，福田區(qū)累計降雨量已達暴雨，且降雨將持續(xù)）。10點22分從深圳市氣象局（臺）官網(wǎng)上獲取福田區(qū)降雨1 h滑動雨量如圖5所示，福田區(qū)最大雨量測得點為賽格廣場73.1 mm，中心區(qū)海綿城市改造范圍以東市民中心站點測得40.5 mm，以北蓮花山站點測得52.4 mm，2個數(shù)據(jù)均處于設(shè)計降雨量值區(qū)間內(nèi)。

圖5 福田區(qū)2021年5月25日降雨1 h滑動雨量

本次降雨25 min后，以福中一路、鵬程一路、福中路、新洲路合圍的住宅街區(qū)作為觀察對象，記錄本項目海綿城市建設(shè)內(nèi)容應(yīng)對日常暴雨的效果。

面對常規(guī)性暴雨事件，自行車道透水鋪裝部分路段積水有限，有綠化樹遮擋路段滲水透水效果較為明顯。機動車道雨水快速匯聚于道路邊緣，匯入雨水箅子，路面基本不產(chǎn)生積水。

觀察區(qū)域福中路路段下沉式綠化帶蓄水滲水效果較為良好，機動車道雨水透過雨水收集口匯入綠化帶被消納部分，過量雨水則漫過井道匯入雨水管網(wǎng)（圖6）。

圖6 雨中海綿設(shè)施狀況

降雨結(jié)束約2.5 h后再到該住宅街區(qū)道路范圍進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)機動車道以及透水自行車道路面殘留的降雨痕跡輕微，部分路段甚至與降雨前無異（圖7），福田中心區(qū)其他街區(qū)范圍也存在相似的情況。對常規(guī)性暴雨降雨事件，福田中心區(qū)的海綿城市改造建設(shè)足以輕松應(yīng)付。

圖7 海綿設(shè)施暴雨后狀況

5 同時期其他城市對比情況

根據(jù)6月1日中央氣象臺發(fā)布的6月2—4日全國降水量預(yù)報，6月初深圳市已處于暴雨降雨范圍內(nèi)，時間往后推移統(tǒng)計至6月中旬，整個廣東沿海地區(qū)雨量可達100 mm以上，珠三角部分地區(qū)甚至達250 mm以上。

福田中心區(qū)從5月31日下午已經(jīng)開始持續(xù)降雨。深圳市北邊逾100 km外的惠州市龍門縣龍華鎮(zhèn)31日早上3 h累計降雨量就已經(jīng)達400.9 mm，打破了廣東3 h降雨量歷史紀(jì)錄。深圳市東邊逾200 km外的揭陽市惠來縣也同樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的城市內(nèi)澇（圖8）。同樣被列為第二批海綿城市試點城市的珠三角同城珠海市6月1日也出現(xiàn)了嚴(yán)重的內(nèi)澇。

圖8 揭陽市內(nèi)澇情形

每年“龍舟水”期間，廣東各地都會出現(xiàn)這樣的降水現(xiàn)象，顯然城市想要應(yīng)付更為猛烈的如“五十年一遇”甚至是“百年一遇”等極端暴雨事件，在面臨每年都會出現(xiàn)的“龍舟水”挑戰(zhàn)時可從容應(yīng)付是其基本條件之一。

6 結(jié)語

通過觀察海綿設(shè)施在“龍舟水”期間對強降雨的消納效果，可以看到深圳市福田中心區(qū)基于海綿城市理念的城市空間環(huán)境改造提升工程給城市雨洪管理能力帶來了一定的提升，作為海綿城市第二批試點城市之一，深圳不斷落實文件精神，用行動作表率。本項目主要在下沉式綠化帶、透水混凝土鋪裝以及環(huán)保型雨水口方面做升級改造，未涉及綠色屋頂、綠色駁岸、生態(tài)花園等其他海綿城市建設(shè)形式，且項目在施工過程中因各方協(xié)調(diào)原因，部分海綿城市設(shè)施設(shè)計做出了一定的修改，令原來計劃的效果受到部分影響。

由于項目竣工時間距離不長，海綿設(shè)施對本次“龍舟水”初期強降雨的有效消納可視為一個良好的開端，后續(xù)還應(yīng)對“龍舟水”中后期降雨事件跟進觀測，同時加大觀測范圍，覆蓋整個中心區(qū)，完善記錄以找出后期需改善的地方，增強海綿設(shè)施應(yīng)對極端暴雨的可靠性。

相信在示范工程的作用下，未來會融合更多的海綿城市建設(shè)形式，更加完善海綿城市設(shè)施建設(shè)，更好地解決城市內(nèi)澇問題，更高地提升城市空間環(huán)境，更多地增強市民幸福感。