海绵城市绿地系统设计研究

■ 周延伟

海绵城市绿地系统设计研究

■ 周延伟

海绵城市体系是以城市绿地系统景观为载体和外在表现形式的水生态基础设施。海绵城市体系下城市绿地系统在满足基本的游憩娱乐、生态防护和环境美化等功能的前提下，还要协助城市水利设施处理城市雨洪问题。城市绿地系统在海绵城市体系中承担辅助角色，不同类型的城市绿地在海绵城市体系中发挥不同的作用。另外，由于引入了截留、促渗和调蓄技术，城市绿地系统在竖向设计、断面设计和植物设计方面与常规绿地设计存在着较大差异。现阶段，在积极探索海绵城市体系构建的浪潮中，设计者要对各技术问题进行理性认识，避免海绵城市建设冒进式发展，以期使其长期发挥应有的作用。

一、海绵城市的概念解读

海绵城市指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

“海绵城市的建设主要包括三个方面的内容：一是保护原有生态系统；二是恢复和修复受破坏的水体及其自然环境；三是运用低影响开发设施建设城市生态环境。”其中，低影响开发（LID）是建设海绵城市的核心手段，其基本原理是在人工系统的开发建设活动中，尽最大可能减少对自然生态系统的冲击和破坏。要实现这一目标，除应对原有的自然河流、湖泊、林地等进行最大限度的保护外，城市绿地系统也应受到高度重视。作为城市与大自然进行物质能量交换的主要场所，通过制定适合城市绿地系统的低影响开发控制指标、规模和布局方式，优化植物配置和管理技术，在城市和自然水系之间形成有效的衔接，可以显著提升城市对雨洪管控和灾害应对的能力。

因此，笔者认为，海绵城市体系即是以城市绿地系统景观为载体和外在表现形式的水生态基础设施。通过将景观合理规划在城市雨涝调蓄、水源保护和涵养、地下水回补、水污染净化、栖息地修复、土壤净化等水生态过程中的关键性区域和位置，可以打造形式与功能兼备的低影响开发雨水系统。

二、海绵城市理论对城市绿地系统设计的技术指引

根据城市降水过程，低影响开发技术主要分为截留技术、促渗技术和调蓄技术。

（一）截留技术

截留技术：指通过材料和结构增加汇水面积，减缓降雨过程中雨水形成径流的速度的技术。该技术通过增加径流形成的时间，可在降雨初期有效减少径流突增对市政雨水管道带来的压力。截留技术主要包括：

（1）绿色屋顶：绿色屋顶结构可分为种植土层、过滤层、排水系统、防根层和防水层。在外界因素适宜的情况下，将承重、防水和坡度合适的屋面改建为绿色屋顶，可蓄积约50～80%的雨水资源，利于屋面完成雨水的减排和净化。对于不适用绿色屋顶的屋面，也可通过排水管道收集引导雨水进行储蓄或下渗回补地下水。

（2）冠层截留：植物尤其是大型乔木对雨水具有极强的截留能力，据研究表明，树冠、枝干及其根部的节流能力分别约为9～12%、2%和40%。由此可见，高水平的绿化率对涵养地下水和保持水土具有重要意义。

（二）促渗技术

促渗技术：指通过改变地面铺装材料自身的透水速率或扩大材料之间相互衔接的缝隙面积，使雨水下渗到场地内部的技术。根据以上两种渗透形式，可将透水铺装分为三类，即缝隙透水下垫面铺装、自透水下垫面铺装和自透水与缝隙透水相结合的下垫面铺装。该技术常用于绿色街道的设计中，当有降水时，雨水可顺着材料自身的孔隙或之间的缝隙下渗到基层和土壤层；当没有降水时，材料自身的孔隙或之间的缝隙可作为土壤通风换气的通道，减少城市干岛效应的发生。

（三）调蓄技术

调蓄技术：即生态滞留技术，指对初期雨水进行净化，能暂时存储一定量的雨水，下渗或经过处理对水资源进行补充和回收利用的技术。该技术可有效地消减雨洪峰值流量，延缓其产生的时间，同时减轻径流污染。当设施内雨水饱和时，可通过溢流口排入市政雨水管道，而干旱时可向周边绿地提供水资源。调蓄技术主要包括：

（1）生态树池：对于通行或林荫效果要求较高的区域可将单个树池作为独立的生态滞留单元。

（2）生态边沟：在建筑散水、大型绿地、广场或停车场边缘，设置生态边沟，边沟中铺设卵石形成雨水消能设施，可有效降低净流速度，减少降水流失。

（3）下沉式绿地：高程略低于周围地面，以利于地面雨水汇入，是最常用的调蓄技术之一，将其运用于宽度较窄的道路绿带，可成为生态滞留带。

（4）雨水花园：有狭义和广义之分，狭义的雨水花园指自然形成或人工开凿的结构简单的浅凹绿地，占地较小，适用于居住小区；广义的雨水花园包括具有调蓄和净水功能的下沉式绿地。

（5）渗透池：适用于绿地面积较开阔的区域，降雨时能有效地削减径流峰值，补充地下水。干旱时为草坪绿地，为人们提供活动场地。

（6）人工湿地：仿照自然湿地群落结构设计，生物种类多样，景观层次丰富，可将植草沟、雨水花园等设施中的雨水进行收集和净化，净水效果明显。

三、海绵城市与城市绿地系统的关系

（一）城市绿地系统在海绵城市体系中承担的角色

海绵城市体系是站在城市整体发展的高度解决城市雨洪问题，处理城市发展与生态环境的平衡关系。海绵城市体系的规划是宏观的，不仅局限于城市建设用地范围。而城市绿地系统作为城市生态系统的一个组成部分，是城市建设用地的一种类型，其自身具有的雨水渗透、滞留、蓄集和净化功能，与海绵城市的要求不谋而合。同时，海绵城市建设强调城市绿地系统对雨水径流量、峰值流量与径流污染的控制能力，但并不意味着摒弃原有的雨水管渠系统。研究表明，城市绿地系统对雨水的处理能力低于海绵城市体系对城市绿地系统的预期。因此，城市绿地系统在海绵城市体系中承担辅助角色，其作为低影响开发设施的主要载体，发挥着“慢排缓释”和“源头分散”的作用。

（二）不同类型的城市绿地在海绵城市体系中承担的作用

根据《城市绿地分类标准》（CJJ/T 85-2002）规定，我国城市绿地可分为五大类，即公园绿地、生产绿地、防护绿地、附属绿地及其他绿地，不同类型的城市绿地在海绵城市体系中承担不同的功能。

1．公园绿地

公园绿地是向公众开放，以游憩为主要功能，兼具生态、美化、防灾等作用的绿地。

在城市范围内，公园绿地的斑块数量虽然不多，但是具有可观的绿地规模和稳定的生态系统，对周边区域的辐射作用明显，可满足多种规格的低影响开发设施，是海绵城市建设的重点。

2．附属绿地

附属绿地是城市建设用地中绿地之外各类用地中的附属绿化用地。包括居住用地、公共设施用地、工业用地、仓储用地、对外交通用地、道路广场用地、市政设施用地和特殊用地中的绿地。

在城市范围内，附属绿地呈散点状分布，其在斑块数量上占有绝对优势，并且普遍养护水平较高，对改善城市局部生态环境起到重要作用。因此，在附属绿地中设置适宜的低影响开发设施，可将海绵城市体系深入到城市的每一个角落，对于实现雨水的源头控制至关重要。

3．生产绿地和防护绿地

生产绿地是为城市绿化提供苗木、花草、种子的苗圃、花圃、草圃等圃地。

防护绿地是城市中具有卫生、隔离和安全防护功能的绿地。包括卫生隔离带、道路防护绿地、城市高压走廊绿带、防风林、城市组团隔离带等。这两种绿地功能性较强、观赏性较弱，在城市绿地系统中所占比重较小，并且多分布于城市的边缘地带。因此，在满足其自身功能需求的基础上可辅助公园绿地与附属绿地进行低影响开发尝试。

4．其他绿地

其他绿地是对城市生态环境质量、居民休闲生活、城市景观和生物多样性保护有直接影响的绿地。包括风景名胜区、水源保护区、郊野公园、森林公园、自然保护区、风景林地、城市绿化隔离带、野生动植物园、湿地、垃圾填埋场恢复绿地等。

在城市规划建设用地之外和城市规划区之内分布有大面积的其他绿地，此类绿地可合理地调控城市内绿地与城市大环境之间的关系，可尝试对其进行低影响开发，并结合水源保护区、湿地等水系对城市净化后的雨水径流进行汇集和处理。

四、海绵城市体系下城市绿地系统设计与传统设计的比较

（一）平面及竖向设计

常规绿地平面布局规整，表面平坦，能吸纳自身面积的雨水径流，其竖向设计多考虑便于排水，常坡向市政道路方向，绿地与道路交界处会用立缘石进行分隔，部分区域为了丰富景观层次效果会考虑通过微地形的方法使标高发生变化（图1）。

图1 常规绿地竖向设计图（作者自绘）

海绵城市体系下，要求绿地不光要消纳自身的雨水，还要消纳周边部分道路的雨水。因此，绿地与道路交界处会使用平缘石或带孔口的立缘石，同时为了减少路面雨水径流对土壤的冲刷，在平面布局上，绿地和道路交界处常设置环状或带状渗沟，里面铺设卵石进行消能，或者设置植草沟对雨水进行转输，绿地内部合适的区域也会适当降低标高，设计成下沉式绿地，局部有条件的区域可设计成雨水花园（图2）。

图2 海绵绿地竖向设计图（中华人民共和国住房和城乡建设部.15MR105.城市道路与开放空间低影响开发雨水设施.北京：中国计划出版社，2016〔7〕：44）

（二）断面设计

常规绿地的断面设计仅需在素土夯实的基础上将表面更换为种植土，同时为了保证植物的正常生存，严禁种植土下有不透水层（图3）。

图3 常规绿地断面设计图（作者自绘）

海绵城市体系下，绿地要起到吸水、蓄水、渗水、净水的作用，因此，部分绿地将成为生物滞留设施。简易型生物滞留设施断面设计类似于常规绿地，仅需将终止土层下沉设计成蓄水层即可；复杂型生物滞留设施在素土夯实和种植土层之间还分别设置了土工布层、填料层、砾石排水层和防渗层等，从而将下渗的雨水逐层净化，局部区域通过设置盲管和渗井，达到了滞留和蓄存的目的，种植土层表面除碎石散铺外还设置溢流口与市政雨水管网相连，砾石排水层中也常有穿孔收集管与排水管相连，将绿地中多余的雨水及时排出，减少了雨水对植物根部的浸泡时间（图4）。

图4 海绵绿地断面设计图（中华人民共和国住房和城乡建设部.15MR105.城市道路与开放空间低影响开发雨水设施.北京：中国计划出版社，2016〔7〕：130）

（三）植物设计

合理、科学的植物配置是城市绿地系统中低影响开发设施能够长期使用并充分发挥其功能的重要环节。

常规绿地中的植物配置多考虑植物的季相变化、色彩搭配和高低层次等视觉审美因素，从而形成自然生态的植物群落，较少考虑绿地蓄水的要求。

海绵城市体系下，植物的选择方法有别于常规的园林绿地，除考虑植物的审美功能外，更重要的是植物在特殊环境下的生长状况以及在雨水系统中的特殊作用。虽然单项雨水设施的结构各不相同，但在植物选择方面可以发现一些共同的原则：（1）优先选择适应当地环境的乡土植物，适当搭配已驯化的外来物种。（2）选择根系发达、茎叶繁茂、对径流污染净化能力强的植物。（3）选择耐污染、适应城市环境、抗逆性强的植物。（4）丰富植物种群搭配，确保各种群之间没有明显的竞争关系，从而提高群落的稳定性，构建可持续的植物景观。

五、海绵城市体系下城市绿地系统的设计思考

（一）海绵城市体系下雨水管渠系统依然是控制雨水径流量的主力

海绵城市体系下，城市绿地系统可有效地控制雨水径流，实现对雨水的净化和回收，但是根据国内试点城市的经验，城市绿地系统对雨水径流量的控制率仅为30～40%，海绵城市体系对市政雨水管网依然存在较强的依赖性。因此，在雨洪调控方面，市政雨水管网仍然是主力，城市绿地系统发挥辅助作用，二者相辅相成，缺一不可。在工程实践中，去除二者之间的联系，将二者割裂单独设计，或者认为建设海绵城市就是完全取代灰色管网系统是不正确的。

（二）海绵城市体系下城市绿地系统的主体功能仍然是生态功能

海绵城市要求城市绿地系统对雨水进行最大程度的消纳，这在一定程度上与绿地的主体功能相冲突。为了增加绿地对雨水的消纳能力，绿地中会增设植草沟、下沉式绿地、雨水花园等设施。目前常用的绿化树种大多观赏性强、耐湿性较差，过多的雨水会使生长多年的树木被浸泡而死，而只种耐水湿植物，减少乔灌木的种植量，又降低了植物种群的多样性和群落的稳定性，与绿地应以乔木为主的生态功能相矛盾。因此，应根据可控降雨量和蓄水量计算出海绵绿地的面积，再依据实际情况，合理布局海绵绿地的位置，其余大部分绿地仍应保持乔灌为主的结构模式，从而处理好雨水消纳功能和生态功能的轻重关系。

（三）海绵城市并不等于下沉式绿地

海绵城市是综合的系统，下沉式绿地只是海绵城市的外在表现形式之一，笼统地提出下沉式绿地没有可操作性。下沉式绿地不能简单地应用在道路绿化中，经有关部门检验分析，道路初期雨水含有大量重金属、盐类、石油类等污染物，对植物生长极为不利。因此，道路雨水径流不宜进行简单的收集、沉淀就补充到景观水系中或直接灌溉利用。同时海绵城市建设也不能照本宣科，完全照搬已有的建设形式，而应因地制宜，充分调研项目所在区域的地形地貌和降雨量，有的放矢地进行针对性设计。我国南北方气候差异显著，北方雨水设施的使用频率远不及南方，北方夏季多雨，下沉式绿地中会有积水产生，雨水设施发挥着较大作用，而其它季节降雨较少，下沉式绿地中并没有积水，相反受地形因素限制可能会成为固体废弃物或垃圾的聚集地，影响美观，所以需要派专人定期清理维护并检查设施的情况，以便下一个雨季到来时，设施可以正常使用。

六、结语

海绵城市体系下城市绿地系统不光要辅助城市水利设施处理城市雨洪问题，还要满足基本的游憩娱乐、生态防护和环境美化等要求。海绵城市建设要求在现有城市绿地系统的基础上，不对城市绿地做过大规模的调整，选择适宜的技术措施，以最小的投入取得最佳的效果。由此可见，城市绿地系统虽然是海绵城市的重要载体，但在雨洪控制方面，市政雨水管网仍发挥着重要作用。

现阶段，海绵城市建设在全国范围内如火如荼地展开，在积极探索海绵城市体系构建的浪潮中，设计者更不应该盲目，要对各技术问题进行理性认识，避免海绵城市建设冒进式发展。对于海绵城市的实际效果仍需持续监测，以全面了解其长期的运行状态，从而使海绵城市的理念真正落到实处，发挥其应有的作用。

（作者单位：南开大学）