上海海绵城市绿地建设指标及低影响开发技术示范

于冰沁　车生泉　严巍　谢长坤

上海海绵城市绿地建设指标及低影响开发技术示范

于冰沁车生泉严巍谢长坤

面对亟待解决的城市水生态环境问题，海绵城市的建设迫在眉睫，然而海绵城市建设的主要手段——低影响开发技术的适应性却与区域的气候、土壤等自然地理条件息息相关。通过对上海不同类型城市绿地的群落特征、土壤理化性质及渗透率的调查，结合室内人工降雨模拟实验和SWMM水文水利模型对汇水区径流量和污染物含量的模拟演算结果，构建适合上海气候及土壤条件的绿地建设指标体系，筛选适宜上海地区的低影响开发技术，并在上海首个城市绿地低影响开发技术示范项目中进行实践验证，为上海城市绿地的低影响开发技术的实践和海绵城市的建设奠定基础。

海绵城市；雨洪管理；低影响开发技术；绿地建设指标

Fund Item： National sci-tech support plan： protection and restoration on country natural ecosystem （2015BAL02B01） ； Research on the key techniques of green land system planning and construction for sponge city at Shanghai （15DZ1203605） and Startup project for new teacher at Shanghai Jiao Tong University （15X100040043）

1　 引言

城市化进程的加速带来诸多环境问题，城市内涝成为亟待解决的城市水生态环境问题之一。党的“十八大”报告中明确提出的将生态文明建设放在突出地位的要求，并提出大力推进建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”来解决城市生态环境中的雨洪管理问题；住建部于2014年推出《海绵城市建设技术指南》，全国各地相应地开展了相关研究和实践探索。上海市也正在制定适合当地气候条件的海绵城市建设技术标准，并积极推进相关的建设示范。上海海绵城市绿化建设技术应用研究与示范工作的首要任务是明确现有绿地的雨洪调蓄能力，并根据现状有针对性地制定建设的目标及筛选适应性的低影响开发技术。目前，基于上海市中心、郊区和远郊的不同发展阶段的绿地现状，结合上海市降雨、径流、土壤、植被等方面的特征，综合上海现状园林绿地雨洪调蓄能力评估结果，可筛选适合上海城市绿地条件的低影响开发技术，确定不同城市园林绿地的低影响开发技术组合应用模式，并结合上海共康绿地的改造项目开展首个低影响开发技术的综合示范，为上海海绵城市建设过程中绿地规划设计奠定基础。

2　现状绿地对雨水调蓄能力的评估

上海平均年降雨量约为1 150.6mm，2000年以后降水偏多，总体有增加趋势，1991年至2014年，上海平均降水量比前30年平均值增加了11%［1］。近年上海短时暴雨强度有所增大，年平均降水强度约9.2mm/d，比30年前增强12%，短时局部强降雨产生的大量地表径流易对城市交通、市政管网、水体水质等产生不利影响，增加灰色基础设施的负荷，加剧城市内涝风险，已成为上海地区最亟待解决的问题之一［2］。

表1　上海市海绵城市建设绿地体系规划总体指标体系Table 1. Indicator system of green space construction for sponge city at Shanghai

上海现状绿地系统对雨水调蓄能力的评估对于上海城市绿地雨水调控功能的提升及上海海绵城市的建设至关重要，同时也是建立适合上海地区气候及用地条件的评价指标体系、筛选及应用适用性低影响开发技术的基础。现状绿地雨水调蓄能力主要包括地上和地下两个部分。其中，地上部分为乔木和灌木冠层对自然降雨的截留作用，包括乔木郁闭度、乔木类型、灌木类型、灌木面积等影响因素；地下部分主要指土壤的蓄水能力，包括土壤质地和坡度等影响因素。

根据上海不同功能和区位的城市绿地的现状雨水蓄留能力的计算方法［3］，位于近郊（78%）和远郊（80%）的城市绿地的单位面积蓄水能力相对接近，远高于位于城市中心区（73%）的现状绿地。其中，在市中心的现状绿地中，商务办公绿地的单位面积蓄水能力最强（106%），公园（83%）和广场（86%）绿地次之，而社区绿地（82%）、道路绿地（74%）等蓄水能力最低；与之不同的是位于近郊和远郊的绿地功能，即公园绿地对雨水的蓄留能力最强（110%），其次是道路绿地（83%），能力最弱的是商务办公绿地（45%）。可见，就雨水管理功能而言，城市中心公园建设年代相对久远，群落更新速度较慢，游憩密度过高，可能导致了其植物群落和土壤对雨水的调节功能较低，而社区绿地面积有限，也限制了其对径流的控制能力。对于近郊和远郊的绿地，公园绿地的建设更完善，土壤改良和植物群落构建技术都有一定的提升，因此其绿地的雨水调节能力也相应有所提高，而道路、社区、广场、商务办公等绿地的雨水管理功能则可以通过低影响开发措施的适应性应用加以改善。

3　海绵城市绿地建设指标体系及低影响开发技术的筛选

3.1上海海绵城市绿地建设指标体系构建

通过对上海城市现状绿地对雨水调蓄能力的评估可知，城市中心区域的城市绿地环境功能（雨水管理）相对较低，其次是位于近郊和远郊的城市绿地；通过对上海城市现状绿地的实地踏勘、测试分析、降雨模拟实验和模型演算的结果，获得建设指标的现状值。根据循序渐进、分类指导的原则，指标数值的确定应充分考虑现状、新建、改建以及不同绿地类型等因素。根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》（试行）中相关控制目标的要求［4］，新建指标以年径流总量的85%控制量为依据，改建指标以75%为依据。指标体系分为总体指标（约束性指标和鼓励性指标）和技术性指标（径流、土壤、植物、景观、屋顶绿化）两个部分。总体指标适用于上海城市绿地的规划阶段（表1），技术性指标适用于绿地的设计和建设阶段。

此外，技术性指标包括径流、土壤、植物、景观、屋顶绿化等部分，并针对城市中心区、城市近郊和城市远郊的改建和新建项目分别制定建设的技术性指标。其中，径流控制相关指标包括绿化区域服务面积比、生态缓冲带宽度（m）、瞬时径流延滞时间（min）、固体悬浮物削减量（%）、化学需要量削减量（%）、总氮削减量（%）、总磷削减量（%）；土壤相关指标包括土壤蓄水能力（%）、土壤稳定入渗率（m/s）、土壤有机质含量（g/kg）；植物相关指标包括冠层雨水截留能力（mm）、乔木冠层盖度（%）、强截留能力型植物覆盖率（%）；景观相关指标包括地形要素比例（%）、水面率（%）和景观结合度（分值）等。

3.2适宜上海城市绿地的低影响开发技术的筛选

表2　上海城市不同类型绿地中单项低影响开发技术的筛选Table 2. Selection of LID techniques for diverse green space types

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根据对上海城市现状和优化后的绿地雨洪调蓄能力的评估结果比较可知，道路绿地的平均蓄水能力仅为850.42mm，占年平均降雨量的73.95%，而作为海绵城市示范地的松江三新北路群落的单位面积蓄水能力提升至1 087.23mm，占年平均降雨量的94.54%。实测的验证结果显示，采用适合上海地区气候条件的低影响开发措施对城市现状绿地予以优化改造，绿地的雨水蓄留能力得到了显著的提升。

低影响开发技术具有保护、修复、渗透、净化、储存、传输等多个功能，可实现径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等多个目标，包括落水管截留、雨水收集、雨水花园、种植盒、生态沟、透水铺装、绿色屋顶、绿色街道、绿色停车场、冠层截留和土地保护等多项单项和组合技术［6］。应根据各地区自然气候条件、规划建设目标即各类绿地及周边用地雨水控制利用情况，以及不同类型绿地的功能、植被群落类型、土地利用形式和布局、水文地质特征等条件，结合低影响开发设施的主要功能、经济性、适用性、景观效果等因素［7］合理选择。因此，结合上海地下水位高、降雨量大、径流量多等水文特征，选择适合上海市水文条件和绿地现状的单项低影响开发技术，以系统性构建低影响开发技术体系（表2）。

需要说明的是，由于道路荷载等问题，透水铺装多适用于步行道路及广场，不适合车行道路。2003年，上海市政府就绿色屋顶实施方法进行相关调研及计划制定，并成为我国第一个以立法形式对屋顶绿化进行规范的城市。2006年10月，上海市绿化部门在《上海市绿化管理条例》中增加屋顶绿化，为屋顶绿化的推广提供了法律层面的支持。因此，通过人工降雨模拟实验，针对上海市水文条件和绿地现状构建的拓展型绿色屋顶、生态植草沟、雨水花园及具有较高雨水截留能力的植被缓冲带技术有助于低影响开发技术在上海的大面积推广。

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4　上海城市绿地低影响开发技术应用示范

选取了上海海绵城市建设的示范工程中首个公共绿地改造项目作为研究案例，即上海共康绿地优化改造示范项目，以阐释海绵城市理论和低影响开发技术的实践应用。

2015年8月，在闸北区长临路上的共康林带内，上海建成了市公共绿地系统中首个面积约1hm2的低影响开发技术应用的示范项目。根据海绵城市的建设要求，优化改造后的绿地是下凹式的，低于地平面约25cm；道路采用透水铺装材料，道路一侧的生态植草沟将疏导地表径流流入池塘，或排入市政管网，以减少雨水管网的压力。除了蓄水和传输功能，生态植草沟和雨水花园还具有净化水质的作用，汇集后的雨水径流中的污染物可以被植物的根系吸收，例如，美人蕉（Canna indica）的块茎可以大量吸收雨水径流中的重金属，而黄菖蒲（Iris pseudacorus）则可以有效吸收容易导致水质恶化的氮氧化物［8］。

共康绿地原是一片建造于上世纪90年代的高压线下林带，其中的植物种植密度过大，郁闭度较高，植物个体之间对光照、养分、空间等生存条件的竞争加剧，影响了生长。绿地与道路高差约30cm，不能满足绿地自然排水需求，且由于践踏等长期人为活动，土壤的孔隙比＜0.60，即土壤密实、板结、渗透性差，排水不顺畅也影响了苗木的生长，并且在雨季林带中长期积水，为居民的休闲游憩活动带来了诸多不便。

为将共康林带改为具有雨水调蓄功能的公共绿地，上海市绿化指导站、上海交通大学园林科学与工程系与建设方多次沟通，对现状绿地的下垫面进行改造，安装下渗设施，铺设粗砾石层、无纺布、卵石等垫层结构，并由人力完成开挖和回填等施工，以保护原有林木资源（图1-3）［9］。在植物配置方面，池塘和雨水花园中以大量耐湿性强、抗污染的水生植物为主，如鸢尾（Iris tectorum）、吉祥草（Reineckia carnea）、千屈菜（Lythrum salicaria）、细叶针茅（Stipa lessingiana）、花叶芦竹（Arundo donax var. versicolor）、旱伞草（Cyperus alternifoloius）、吉祥草、美人蕉、醉鱼草（Buddleja lindleyana）等［10］。林间以原有的水杉（Metasequoia glyptostroboides）、香樟（Cinnamomum camphora）等抽稀而成，再配以桂花（Osmanthus fragrans）、梅（Prunus mume）、桃（Prunus persica）、红叶李（Prunus Cerasifera）等小乔和花灌木，以通过植物的蒸腾作用，调节林内的小气候，改善周边环境。优化改造后，共康绿地内的积水情况得到了很大程度的改观，调节了林内的小气候，吸引了昆虫、鱼类、两栖类、鸟类等小型野生动物，并且居民可以直观地感受到园林绿地作为城市“海绵体”的作用。此外，绿地中还设置了多处观测井，用以在日常维护中收集径流数据，作为上海海绵城市建设的参照。

通过环境功能型绿地植物群落模式的应用及生态植草沟和雨水花园等低影响开发技术实施应用后，共康绿地群落的林冠郁闭度由97%降低到72%，多样性指数（Simpson）提升至0.654；绿地植物群落冠层截留能力从原来1.13mm提升到2.10mm，土壤蓄水容量空间由7.27%提升到24.23%，颗粒物削减率由2.12%提升到5.97%（图4-5）。同时，调整后绿地群落雨水蓄积调控能力、群落滞尘能力、降温增湿效应、负离子效应及固碳效应等约提高了2倍，景观效果也有所提升。共康绿地作为上海首个应用具有上海地区适宜性低影响开发技术的示范项目对阐释海绵城市的技术研发及组合应用具有重要的价值。

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4　 结论与展望

综上所述，随着上海市年平均降雨量的增加、降雨量分布呈现区域特征、短时暴雨强度增大，容易导致市政排水管网的负荷增大等城市水涝问题。上海不同功能和区位的城市绿地的现状雨水蓄留能力的计算结果表明，位于上海近郊和远郊的城市绿地的单位面积蓄水能力远高于位于城市中心区的现状绿地（约高出10%）。其中，城市公园、社区绿地、道路绿地、广场绿地、商务办公、科教等绿地的雨水蓄积能力差异性较大，但可以通过土壤改良和低影响开发措施的适应性应用加以改善。因此，应根据不同绿地类型的现状、新建、改建情况，参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》（试行）中相关控制目标的要求，为海绵城市建设中城市园林绿地的建设构建指标体系，并包含总体指标和技术性指标两部分。

此外，根据等实地踏勘、测试分析、降雨模拟实验和模型演算的结果，筛选适合上海地区气候条件的低影响开发技术（如绿色屋顶、生态植草沟、雨水花园等），对城市现状园林绿地予以优化改造，并通过闸北共康绿地等海绵城市示范地的建设，验证了筛选的低影响开发技术对上海城市绿地雨水资源的调蓄、管理和利用的效能，为上海海绵城市的建设奠定理论和实践的基础。

（References）：

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Fang Guolang， Gao Yuan， Xu Lianjun. Characteristics Analysis on Precipitation and Disastrous Rainfall at Shanghai［J］. Resource and Environment at Yangtze River Basin， 2012，21（10）：1271-1273.

［3］车生泉，谢长坤，陈丹，于冰沁.海绵城市理论与技术发展沿革及构建途径［J］.中国园林，2015，（6）：11-15.

Chen Shengquan， Xie Changkun， Chen Dan， Yu Bingqin. Development and Construction Approaches of Sponge City and Techniques ［J］. Chinese Garden， 2015，（6）：11-15.

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PRC Minister of Construction. Technique Guidance for Sponge City Construction： Establishment of Rainwater System for Low Impact Development ［S］. Beijing： 2014.

［5］上海市绿化和市容管理局，上海园林科学研究所，上海市绿化工程指导站等.CJ/T340-2011绿化种植土壤［S］北京：2002.

Shanghai Greening and City Appearance Administration，Shanghai Science Institute of Landscape Architecture，Shanghai City Greening Guidance Station. CJ/T340-2011 Greening Soil for Planting ［S］. Beijing： 2002.

［6］车生泉.城市绿色基础设施与雨洪调控［J］.风景园林，2011，（5）：157.

Che shengquan. Urban Green Infrastructure and Rain Water Management ［J］. Landscape Architecture， 2011，（5）：157.

［7］考夫曼，拉瑞. 低影响开发策略：一种融合的设计途径［R］. 乔治王子郡：环境资源部规划项目局， 1999： 841-847.

Coffman， Larry. Low-Impact Development Strategies： An integrated design approach ［R］. Prince George’s Country：Department of Environmental Resources， Programs and Planning Division， 1999： 841-847.

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Zhang Yuan， Yu Bingqin， Che Shengquan. Comparison and Integration of Green Infrastructure and Low Impact Developement ［J］. Chinese Landscape Architecture，2014，（3）：49-53.

［9］沈子欣. 适用于上海地区的生态植草沟结构筛选与应用模式研究［D］.上海：上海交通大学，2014.

Shen Zixin. Study on Structure Selecting and Application Mode of Eco Grass Swales Suitable for Shanghai Area ［D］. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2014.

［10］陈舒. 适用于上海地区的雨水花园结构筛选与应用模式研究［D］.上海：上海交通大学，2014.

Chen shu. A Study about Structures Screening and Application Patterns of Rain Garden Applicable to Shanghai ［D］. Shanghai： Shanghai Jiao Tong University， 2014.

Construction Indexes and Practices of Suitable Low Impact Development Techniques at Shanghai Urban Green Space

YU Bing-qin CHE Sheng-quan YAN Wei XIE Chang-kun

In order to relieve urban environmental problems， especially for storm water， it is urgent to attempt to build a sponge city. However， as the main media for sponge city construction， the suitability of Low Impact Developemnt （LID） techniques is related to the regional natural context， as climate and soil condition. With field investigation， soil test and rainfall simulation experiment， indicator system of green space was constructed and the suitable LID structures were identified for Shanghai urban green space bythe calculation results of SWMM model. The first demonstration project at Shanghai using LID techniques was introduced to verify the assessment system and its environmental benefits， which providing foundation for LID technique practices on green space.

Sponge City； Rainwater Management； Low Impact Development Technique； Green Construction Indexes

TU986

A

1673-1530（2016）03-0021-06

10.14085/j.fjyl.2016.03.0021.06

2016-02-01

2016-03-15

国家十二·五科技支撑计划：乡村自然生态系统保护与修复技术研究及示范（2015BAL02B01）；上海市海绵城市绿地系统规划与建设关键技术研究（15DZ1203605）及上海交通大学新进教师启动项目（15X100040043）共同资助

于冰沁/1983年生/女/辽宁人/满族/上海交通大学农业与生物学院园林科学与工程系讲师/北京林业大学博士/研究方向为风景园林生态规划及绿色基础设施（上海200240）

YU Bing-qin was born in 1983 at Liao Ning Province， getting the PhD degree at Beijign Forestry University. Now she is a lecturer at Department of Landscape Architecture， School of Agriculture and Biology， Shanghai Jiao Tong University，does research on ecological design of green infrastructure （Shanghai 200240）.

车生泉/1968年生/男/山东人/上海交通大学农业与生物学院教授/博士/研究方向为风景园林生态规划及城市生态（上海 200240）

Che Sheng-quan was born in 1968 at Shan Dong Province. He is the deputy dean at School of Agriculture and Biology，

Shanghai Jiao Tong University， does research on landscape architecture ecological planning and urban ecology （Shanghai 200240）.

严巍/1972年生/女/上海人/上海市绿化管理指导站站长/高级工程师/研究方向为城市生态学（上海 200240）

Yan Wei， female， was born in 1972 at Shanghai City. She is the head of Shanghai Green Management Guidance Station， does research on urban ecology（Shanghai 200240）.

谢长坤/1987年生/男/湖南人/上海交通大学农业与生物

学院在读博士/华东师范大学硕士/研究方向为风景园林生态规划与生态园林城市（上海 200240）

Xie Chang-kun was born in 1987 at Hu Nan Province. He is PHD candidate at School of Agriculture and Biology，Shanghai Jiao Tong University， and got the master

degree of East China Normal University， doing research on landscape architecture ecological planning and ecocity（Shanghai 200240）