江淮分水岭地区海绵城市的构建分析

张丰焰，贺中娣

(1.安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051；2.东南大学 交通学院，江苏 南京 210096；3.浙江交通勘察设计有限公司，浙江 杭州 310014)

江淮分水岭地区海绵城市的构建分析

张丰焰1,2,3，贺中娣3

(1.安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051；2.东南大学 交通学院，江苏 南京 210096；3.浙江交通勘察设计有限公司，浙江 杭州 310014)

针对江淮分水岭地区地下水贫乏、地表水难蓄的问题，结合“海绵城市”的设计理念研究“海绵城市”在江淮分水岭地区的构建方法。研究结果表明：江淮分水岭地区年径流总量控制率α的最低和最高限值应确定为Ⅲ区(75%≤α≤85%)、Ⅳ区(70%≤α≤85%)；蓄水相关设施在该地区具有较好的适用性；该地区新建区域只有按照低影响开发的最高标准来规划时，年径流总量控制率方可达到技术指南的径流总量控制率要求，但在实际构建“海绵城市”时，需要兼顾实用性和经济性；第一次提出海绵城市构建与地区农业生产蓄水相结合，达成区域合理综合发展目标。

城市规划；海绵城市；江淮分水岭地区；低影响开发(LID)

自20世纪70年代以来，全球范围内水资源紧缺和暴雨洪水灾害频繁等问题开始凸显，规划设计对待城市雨水管理的态度从原本的“快速、高效的工程排水”变为“雨水蓄渗、缓排、利用”。瑞典、德国等多个国家学者在城市和农村开展了不同规模的雨水利用研究，制定了各种指导性的建设方针，为城市雨水的可持续利用提供了理论保障[2]；美国早在20世纪80年代提出了LID设计理念，2009年开始推广“绿色基础设施”的理念；英国可持续排水系统将雨水储蓄后缓慢释放，促进雨水下渗和过滤污染物；澳大利亚水敏感城市设计将雨水在源头上进行收集、控制。中国在城市雨水利用领域起步较晚，但随着中央大力推进建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”，海绵城市的构建已经被不断地探索和研究。仇保兴认为海绵城市建设应考虑水的循环利用，引入弹性城市、海绵城市、碳排放测算等新的设计和技术手段，把雨水渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水系统紧密结合，以期达成内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个目标[3]；王文亮认为海绵城市的建设要点包括规划控制目标的制定、规划设计的落实以及政策和法规等强制性手段的支持[4]。部分地区已经开展了对不同地区如何构建海绵城市的研究，王国荣等以常州为例提出了平原水网城市重点控制指标，并总结了水系湿地、绿地广场、城市道路、地块内部等城市空间推行低影响开发的实施策略[5]；邹宇等以宁乡县海绵城市规划与建设为案例，实证分析了南方多雨地区海绵城市建设的理念、规划等问题[6]；贾馥冬等以天津滨海新区为例对海绵城市的规划进行了探索[7]。

江淮分水岭地处安徽省中部，面积约4.3万km2，包括肥东、肥西、长丰、六安、定远、凤阳、滁州等市县[8]，江淮分水岭地区示意图见图1。该地区在东西方向上中部地区地势低洼，东部较高，西部地区向大别山方向，地势快速升高；在南北方向上，呈现中部地势高，向南向北逐渐降低的地势特点[9]。这种地形地貌特点造成降水径流速度快，且由于土壤为粘黄褐土，雨水不易下渗，加上该区塘、坝、库等水面较少，拦蓄水能力小，使丰水季节所降雨水大部分流出区外，到了少雨季节就加剧了干旱[10]。由此可见，江淮分水岭地区在地形及蓄水能力上有自己的特点，表1为不同地区降雨、地形及水资源的现状对比。本文基于区域自然水文条件，首次运用海绵城市构建方法，创新地研究江淮分水岭地区的海绵城市应如何构建。通过海绵城市的构建，以期改善江淮分水岭地区缺水的问题，提升土地的利用价值。

1 海绵城市构建原理

《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》(以下称技术指南)对海绵城市进行如下定义：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[1]。

海绵城市的建设途径主要有对城市原有生态系统的保护、生态恢复和修复、低影响开发等3个方面。首先应保护现有河网水系、湿地、绿地等城市雨水滞纳区，对已遭到破坏的，应采用生态手段尽可能恢复，提升城市滞纳雨水的能力；其次通过透水铺装、下凹式绿地、绿色屋顶、植被浅沟、雨水调蓄池等低影响技术措施，强化雨水的积存、渗透和净化[5]。目前，“海绵城市”的应用聚焦在雨水利用和管理上，同时提倡低影响开发技术的应用，关注雨水处理和场地措施。仇保兴在《海绵城市(LID)的内涵、途径与展望》中指出：海绵城市建设即为低影响设计和低影响开发(Low impact design or development)[3]，本文从低影响开发雨水系统构建出发，探讨江淮分水岭地区的海绵城市建设。

海绵城市建设规划控制目标一般包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等，目前，多将径流总量控制作为重要的规划控制目标，并采用年径流总量控制率及其对应的设计降雨量作为控制指标[1]。

在城市总体规划阶段，首先应进行对低影响开发雨水系统构建的有关专题研究，提出城市低影响开发策略、原则与目标要求，确定低影响开发控制目标与指标并提出用地布局及相关要求，确定低影响开发设施重点建设区域；在控制性详细规划阶段，应确定各地块控制目标，分解落实总体规划确定的控制目标与指标；在修建性详细规划阶段，应确定各LID设施在各单项工程中的规模和布局，确定控制模式比例及量值。

表1 不同地区降雨、地形及水资源现状对比

图1 江淮分水岭地区示意图

2 江淮分水岭地区“海绵城市”的构建方法

2.1 江淮分水岭地区海绵城市构建技术框架

作为“海绵城市”建设的重点内容，低影响开发设施能否很好地实施与应用将制约江淮分水岭地区“海绵城市”的构建。图2为江淮分水岭地区海绵城市——低影响开发雨水系统在规划阶段的构建技术框架。

2.2 江淮分水岭地区气候及地质特征

江淮分水岭地区以分水岭为界，北部向北倾斜，南部向东南倾斜，而且坡度逐渐变缓，区内属亚热带季风气候，气候温和，年均降水量为700～1 000 mm，雨量适中；受冷暖空气频繁交汇的影响，降水时空分布不均，年内与年际变化很大。

江淮分水岭地区丘陵起伏，地形复杂，地表水难蓄，是安徽省最严重的缺水区。该地区地下水埋藏深，储量少，因地表为第四系中、上更新统粘性土广泛覆盖，下伏基岩又为红色碎屑岩弱含水层，地下水贫乏。中、上更新统粘性土具有膨胀性特点，由于地基和边坡的变形可能导致建(构)筑物损毁；该地区广泛分布的粘土，侏罗纪、白垩纪泥岩、含砾砂岩，含水性极差，是构成全区地下水资源贫乏的主导因素，特别是广泛分布的粘土，极不利于大气降水的入渗补给[11]。

2.3 江淮分水岭地区径流总量控制目标

根据技术指南，各地应根据本地自然地理条件、水文地质特点、降雨规律、水环境保护与内涝防治要求等，合理确定低影响开发控制目标与指标，科学规划布局和选用透水铺装、下沉式绿地、植草沟、多功能调蓄等低影响开发设施及其组合系统。

参考我国大陆地区年径流总量控制率分区图[1]可确定江淮分水岭地区年径流总量控制率α的最低和最高限值为Ⅲ区(75%≤α≤85%)、Ⅳ区(70%≤α≤85%)。

2.4 江淮分水岭地区低影响开发设施的应用

低影响开发技术按主要功能一般可分为渗透、储存、调节、转输、截污净化等几类，包含若干不同形式的低影响开发设施，主要有透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、湿塘、雨水湿地、蓄水池、调节塘、植草沟、人工土壤渗滤等[1]。

表2为低影响开发设施在江淮分水岭地区的适用性分析。可以看出，由于江淮分水岭地区地质条件的限制，土壤具有膨胀性特点，渗水相关设施在区内适用性较差，而蓄水相关设施具有较强的适用性。

图2 江淮分水岭地区海绵城市——低影响开发雨水系统构建技术框架(规划阶段)

低影响开发设施原理适用性分析透水铺装雨水通过透水铺装进入基层后，渗入地下，在透水基层设置管道收集多余的雨水由于江淮分水岭大部分地区粘土具有较强的膨胀性能，雨水经过透水铺装后下渗进入粘土层，将有可能膨胀影响路面结构，需采取措施防止次生灾害发生绿色屋顶雨水降落在屋面上时首先被屋顶绿化吸收消纳，当达到屋顶绿化区域负荷时通过排水管排出在降雨量集中的夏季，江淮分水岭地区阳光充沛，适宜屋顶绿化植物的生存下沉式绿地通过低于周边铺砌地面或道路200mm的绿地收集雨水，雨水渗透进入地下，多余的雨水通过溢流口接雨水管渠排出可广泛应用，但因土壤含水性差，不利于雨水入渗，径流控制效率一般生物滞留设施在地势较低的区域，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水适用于建筑与小区内建筑、道路及停车场的周边绿地，以及城市道路绿化带等城市绿地内湿塘具有雨水调蓄和净化功能的景观水体，雨水作为其主要的补水水源，平时发挥正常的景观及休闲、娱乐功能，暴雨发生时发挥调蓄功能，实现土地资源的多功能利用适用于建筑与小区、城市绿地、广场等具有空间条件的场地雨水湿地利用物理、水生植物及微生物等作用净化雨水适用于具有一定空间条件的建筑与小区、城市道路、城市绿地、滨水带等区域蓄水池具有雨水储存功能，同时也具有削减峰值流量的作用适用于有雨水回用需求的建筑与小区、城市绿地等区域调节塘以削减峰值流量功能为主适用于建筑与小区、城市绿地等具有一定空间条件的区域

续表2

3 假设分析

以合肥地区为例，合肥市平均全年降水总量为1 000 mm，降水主要集中在夏季，冬季降水较少，降雨量最多是7月份，达182 mm，6月～8月份构成了常年降雨的高峰季节，占全年降雨量的44.5%，11月～次年2月份降雨量较少，未超过全年降雨量的20%。降水量在一年内的分布不均导致了洪涝和干旱的发生。[12]

根据容积法计算设计调蓄容积：

V=10×H×φ×F.

式中:V为设计调蓄容积(m3)；H为设计降雨量(mm)；φ为综合雨量径流系数(可采用加权平均计算)；F为汇水面积(hm2)。

以合肥市某新建地区为例，分别假设两种不同标准的控制指标进行试算。

方案一：绿色屋顶率、透水铺装率及下沉式绿地率等指标参照较低标准进行规划(参考技术指南F4-2低影响开发指标要求，结合江淮分水岭地区降雨及地质特点，对低影响开发指标赋值)，见表3。

表3 某区域规划低影响开发计算(低标准)

注：绿色屋顶率=绿色屋顶面积/建筑屋顶总面积；透水铺装率=透水铺装面积/硬化地面总面积；下沉绿地率=下沉式绿地面积/绿地总面积。

计算得设计降雨量H=3 370/(10×0.773 3×44.74)=9.7 mm，查技术指南表F2-1，得合肥地区的年径流总量控制率为60%以下，已经低于技术指南的参照范围。需要设置额外的调蓄设施，以满足径流总量控制要求。合肥地区年径流总量控制率α的最低和最高限值为III区(75%≤α≤85%)，若取80%，对应的设计降雨量值为25.6 mm。根据年径流总量控制率与设计降雨量的定义，最大调蓄雨量为25.6 mm。经过计算所需调蓄总容积为8 857 m3，需要额外设置5 487 m3的蓄水池。

方案二：绿色屋顶率、透水铺装率及下沉式绿地率等指标按照最高标准进行规划，具体见表4。

计算得设计降雨量H=5 030/(10×0.432 8×44.74)=26.0 mm，查表F2-1，得合肥地区的年径流总量控制率为80%，在技术指南的参照范围之内。

通过以上计算比较可以看出，当新建区域按照低影响开发的最高标准来规划时，合肥地区的年径流总量控制率方可以达到技术指南的径流总量控制率范围。综合考虑成本和建设难度，需要将低影响开发控制指标设置在合理的范围之内，通过设置蓄水池以增大调蓄容积并满足技术指南的径流总量控制要求。实际上合肥市未来5 a已规划新建调蓄设施48座，总容积为75.9万m3，以利于打造“海绵城市”[13]。

表4 某区域规划低影响开发计算(最高标准)

4 江淮分水岭地区“海绵城市”的构建措施

4.1 低影响开发措施

江淮分水岭地区“海绵城市”构建主要措施为低影响开发措施。根据江淮分水岭的条件限制，即土壤具有膨胀性特点，渗水相关设施在区内适用性较差，而蓄水相关设施具有较强的适用性。故采用蓄水池、湿塘、雨水湿地、雨水罐等储存措施具有较高的经济性和实用性。

目前新建工程项目中，“海绵城市”的要求逐渐普及，其中建筑与小区、城市绿地及广场等“海绵城市”的构建应以设置蓄水池、湿塘、雨水湿地、雨水罐等储存为主，城市道路“海绵城市”的构建以设置道路两侧下沉式绿化带或生物滞留带为主。在旧城区，“海绵城市”的构建应以局部改造措施为主，如设置下沉式绿地等，并充分利用现状水体建设湿塘、雨水湿地等具有雨水调蓄功能的低影响开发设施。

4.2 生态保护和生态修复

江淮分水岭地区生态保护和生态修复离不开政策的支持。安徽省“十三五”规划纲要提出提升江淮丘陵区森林生态安全屏障功能；严格水源涵养，开展重点河湖及生态环境脆弱地区水生态修复与保护，加强水生态保护和水土流失综合治理；实施生物多样性保护战略与行动计划，完善自然保护区建设和管理体制，维护生物多样性[14]。

4.3 海绵城市构建与农村用水相结合

江淮分水岭特殊的地理条件，使得不缺降雨的岭区留不住水。《江淮分水岭区域发展规划》把构建区域供水体系摆在了突出位置，提出根据水源地空间分布，优化岭区水资源调剂和配置格局，推进大中型水库、小型水库和农村塘坝统筹发展，全面改善岭区城乡用水状况。

根据以上江淮分水岭低影响开发措施分析，在进行海绵城市建设规划时，可统筹考虑城市蓄水池与农业生产蓄水及农村生活用水需求。在构建海绵城市的同时，支持江淮分水岭地区农业生产及生活用水蓄水需求，城市蓄水设施同时作为周边农村用水。蓄水设施在暴雨季节减轻城市洪涝灾害，干旱季节对蓄水进行引流处理作为农村用水，达到区域合理综合发展目标。

5 结束语

江淮分水岭地区由于其降雨、地质的特殊性，实施“海绵城市”建设十分必要。江淮分水岭地区年径流总量控制率α的最低和最高限值为Ⅲ区(75%≤α≤85%)、Ⅳ区(70%≤α≤85%)。区内土壤具有膨胀性，渗水相关设施在区内适用性较差，而蓄水相关设施具有较好的适用性。因此，在采用透水铺装时应考虑相应区域的结构稳定性，在透水铺装的透水基层内设置排水管或排水板，防止次生灾害发生；并且应在适当的区域设置蓄水功能设施，进行雨水收集并资源化利用；推动海绵城市规划与农业生产蓄水规划相结合，实现区域综合发展。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建[M].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2] 马燕婷，杨凯. 国际低影响开发实践对上海城市雨水管理的启示[J]. 世界地理研究，2013(4)：143-151.

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[4] 王文亮，李俊奇，王二松，等. 海绵城市建设要点简析[J]. 建设科技，2015(1)：19-21.

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[6] 邹宇，许乙青. 南方多雨地区海绵城市建设研究——以湖南省宁乡县为例[J]. 经济地理，35(9)：65-71.

[7] 贾馥冬，杨雪伦. 海绵城市的规划探索——以天津滨海新区为例[J]. 城市规划，2015(10)：44-47.

[8] 潘立新. 生态旅游视角下水土流失区治理开发研究——以江淮分水岭为例[J]. 经济问题探索，2015(6)：177-182.

[9] 杨书运，马成泽，袁东海，等. 江淮分水岭地区干旱分析[J]. 中国农业气象，2003，24(4)：29-32.

[10] 郁家成，胡家敏. 江淮分水岭地区干燥度变化的特征分析及趋势预测[C]. 中国气象学会2004年年会论文集(下册)：414-419.

[11] 郝安宁. 安徽省江淮分水岭地区水资源问题及对策[J]. 安徽地质，2001，11(1)：60-63.

[12] 黄明，朱正南. 近60年合肥市降雨特性分析[J]. 安徽农业科学，2015,43(14)：228-230.

[13] 本刊记者.5年兴建48座雨水池，合肥谋划“海绵城市”[J]. 绿色视野，2015(8)：15-19.

[14] [作者不详].安徽省国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要[R].[2016-04-05].http://xxgk.ah.gov.cn/UserData/DocHtml/731/2016/5/6/752749414924.html.

[15] [作者不详].江淮分水岭区域发展规划[R].合肥：安徽发展和改革委员会，2015.

A study of sponge city building in the area of divide watershed between the rivers of Yangtze and Huaihe

ZHAGN Fengyan1, 2,3， HE Zhongdi3

(1.Anhui Communications Vocational &Technical College, Hefei 230051, China; 2.School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China;3.Zhejiang Communications Survey& Design Co.,Ltd., Hangzhou 310014, China)

In this paper, how to build “sponge city” in area of the divide watershed between the rivers of Yangtze and Huaihe is researched based on the specific climate and geological characteristics focus on the problem of poor ground water and surface water. The total annual runoff control rate (α) of the divide watershed region is in the zone Ⅲ (75%≤α≤85%) and zone Ⅳ(70%≤α≤85%). And water storage related facilities in the divide watershed region has a good applicability. Taking a regional planning case in Hefei as an example, low impact development (LID) indicators are assigned according to different standards and the effectiveness is compared. When an original area is planned according to the highest standard of LID, the annual runoff control rate can satisfy the requirement in the Guide. For actual urban planning case, the cost and construction difficulty should be considered, and low impact development control targets should be set within reasonable scope. Additional storage facilities can be applied to meet the requirement of runoff control.For the first time, the combination of the sponge city construction and the regional agricultural production water storage is proposed to achieve the goal of regional comprehensive development.

urban planning; sponge city; area of the divide watershed between the rivers of Yangtze and Huaihe; low impact development (LID)

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.06.003

2017-04-23

安徽高校省级自然科学研究项目(KJ2012B051)

张丰焰(1972-)，男，教授级高级工程师，工学博士，研究方向：交通规划与管理.

TU981

A

1671-4679(2017)06-0011-06

[责任编辑：郝丽英]