海绵城市建设及其相关建筑与规划技术措施★

马 钺 周晓娟

(1.山西省阳泉市建筑设计院，山西 阳泉 045000；2.山西工程技术学院土木与建筑工程系，山西 阳泉 045000)

1 概述

我国城镇化发展过程中，普遍存在城市地面使用不透水材料过度硬化、雨水下渗量减少而导致洪汛期地表径流增加及市政排水系统的负荷加重的问题，加之一些城市基础设施建设滞后，由此引发的城市雨洪灾害和水污染问题成为了制约我国城市生态发展的核心问题之一，“海绵城市”理论遂得以应用和发展。

2 国外雨洪管理的理念及发展

海绵城市是基于生态文明建设提出的新式城市雨洪管理概念。它是指城市可以像海绵一样具有优良的弹性，能根据环境变化及应对自然灾害的需要，及时做到对雨洪的“渗、滞、蓄、净、用、排”，以提高城市生态系统功能并避免或减弱城市洪涝灾害。

城市雨洪管理是一套完整的涉及技术与法规的理论体系。国际上代表性的雨洪管理模型有美国的最佳管理措施(BMPs)、低影响开发(LID)和绿色基础设施(GI)等以及澳大利亚的水敏感城市设计(WSUD)和英国的可持续排水系统(SUDS)等[1]。

低影响开发(LID)概念最早提出于20世纪90年代初美国马里兰州的Prince George County。LID是对BMPs(即最佳管理措施)的微观补充和进一步改进，是指“在新建或改造项目中，结合生态化措施在源头管理雨水径流的理念与方法”[2]。

如图1所示，相对于传统开发，LID的地表雨水径流总量有显著减小，径流量峰值出现时间也有明显滞后，而且LID前后的径流总量和径流量峰值都基本保持不变，从而可以尽可能保证开发前后施工场地水文特征的稳定，因此，LID比传统开发能更好地保护原始自然环境。

3 国内雨洪管理的发展

我国治理雨洪的历史非常悠久，但雨洪管理理念始于20世纪80年代后期。在对LID雨洪管理模式进行了十余年研究的基础上，我国在“2012低碳城市与区域发展科技论坛”上首次提出了“海绵城市”这一概念。海绵城市理念借鉴了LID的雨洪管理模式，结合我国实际情况，在充分利用传统排水设施(下水道，沟渠，公路等)的基础上，结合透水道路、水系(河流)及城市绿地(林地、公园等)等“海绵体”，下雨时“吸、蓄、滞、净”雨水，干旱时可将净化处理过的雨水释放补给至地面，形成雨水洪水的良性循环。海绵城市也可视为由灰色基础设施和绿色基础设施共同组成的一个水循环网络。

4 海绵城市相关建筑技术措施

海绵城市建设包括三个相互补充、相互依存的系统——源头径流控制系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统。其中，源头径流控制系统也称低影响开发雨水系统，它强调从源头控制径流，要在城市规划、建筑设计和工程实施等各环节纳入低影响开发内容，实现低影响设计(LID)或低影响城市设计和开发(LIUDD)，是海绵城市建设的重要基础元素。而建筑规划和设计环节的诸多技术措施是有效构建源头径流控制系统的重要手段。

4.1 绿色屋顶

与水泥及沥青路面一样，建筑屋面直接接触雨水，是降雨时城市雨水径流的重要收集和排放面，但建筑屋面的功能要求决定了它的不透水特征。因此，在城镇化的大背景下，对越来越大的城市建筑物屋面面积进行绿化或建设屋顶花园，实现对屋面雨水的积蓄、分离和有效利用，在不多占城市土地资源的同时，增加总绿化面积或绿化率，在对雨水进行有效源头径流控制的同时，还能增加景观价值，减弱城市热岛效应，改善城市生态环境。

绿色屋顶的做法一般有7层、8层，如图2所示。屋面结构层之上依次为防渗漏层、隔根层(或称根阻层)、保湿层及蓄排水层、过滤层、种植层基质层和植被层[3，4]。其中的种植基质层能吸水保水并使雨水及时下渗，给表观的植被层供应水分和营养物质，并为植物根系提供稳定的生长空间和热性能，还可以通过其中的微生物作用净化径流水质，去除污染物，以便雨水回用。因此，种植基质层是整个绿色屋顶中事关径流管理系统的有效性和稳定性的关键结构层。依据种植基质层的厚度、屋面植被和景观类型以及屋面负荷，绿色屋顶可以分为三类：简约型、半密集型和密集型[5]，如表1所示。

表1 绿色屋顶的类型

密集型绿色屋顶(即屋顶花园)与传统的地面绿化已非常接近，它对屋面结构层的负荷要求较高，日常的管理和维护费用也较大。而简约型绿色屋顶在造价、维护费用、屋面荷载以及适应性等方面都具有一定的优势，是目前应用较多的绿色屋顶类型。

4.2 透水铺装

透水铺装是一种增加雨水下渗的优良的海绵城市技术方法。国内外的研究表明，透水铺装除了在控制降雨径流方面有显著作用外，对城市非点源污染也有很好的去除效果。透水铺装结构从上往下一般依次为透水面层、透水滤层、蓄排水层和底部的土基层。由于所用材料的不同以及排水方式的差异，透水铺装系统有多种结构类型。按透水铺装系统面层材料的不同，可分为植草砖、透水面砖、透水性混凝土路面和透水性沥青路面等类型。按排水路径不同，透水铺装可分为排水式路面、半透式路面和全透式路面[6]。排水式路面仅在面层使用透水材料(如排水式沥青磨耗层混合料，即OGFC)而下部基层不透水，多用在高速公路或城市道路等承载力要求较高的地方。半透式路面除底部基层采用沥青砂等不透水材料外，上部各层均为透水材料，多用于停车场、广场及小区道路等荷载较轻场所。当各层均为透水材料时即为全透式路面，为提高全透式路面的承载力，常在其土基上部增设透水土工网格布，全透式路面主要用于生活小区、人行道和公园等的地面。相关研究表明[7]，透水铺装对雨水的入渗收集能力与透水铺装面积与整体硬化铺装面积之比直接相关。当该比例不小于0.5时，透水铺装可以较好地回收入渗雨水；当该比例低于0.3时，透水铺装对降雨径流的控制能力显著降低。

4.3 生物滞留设施

生物滞留设施是指具有滞留雨水功能的生态型措施，它通过植物、土壤以及微生物系统的共同作用对径流污染、径流体积和峰值流量进行控制和削减。生物滞留设施蓄积的雨水可以为植物所利用，减少城市绿化的灌溉水量。另外，生物滞留设施还具有改善城市景观的功能，是一种高效益的海绵城市生态技术。

生物滞留设施的形式多样，如生态树池、高位花坛、滞留塘、下凹式绿地、雨水花园(如图3所示)以及植草沟等。其适用范围很广，在住宅小区、停车场周边绿地、城市道路两侧绿化带等各种区域中都有广泛应用。

生物滞留设施一般分为简易型和复杂型两种[7]。简易型只有滞水层、覆盖层和种植土基层，主要适用于原土层渗透性较好且汇水区面积较小的低等级道路绿化带。

在简易型生物滞留设施的基础上增设砂层、砾石层(其中设穿孔管)等后即为复杂型生物滞留设施[8]。复杂型设施增加了存水量，穿孔管还可以排走多余雨水，在原土层渗透性较差的地域雨水也不会过度汇集，因此其应用范围更广。

植草沟(如图4所示)是一种以雨水输送为目的径流生物削减技术。兼具景观功能的地表浅沟既可暂时滞留雨水径流，也可作为输水渠道，沟中植草和土壤的渗透与输送配合以生物降解等作用即可有效控制雨水径流[9]。

植草沟作为雨水径流源头控制的前期处理措施，可以代替部分传统的雨水管道，适用于人口密度较低的住宅小区以及停车场、广场、公园或城市道路周边。

5 结语

海绵城市建设中的削减径流量和污染物的技术措施，还有诸如屋面雨水自动弃流与收集技术[4]、渗透管/渠、渗透井/塘、雨水调蓄塘/池、植物缓冲带等。海绵城市建设的每项建筑及规划措施具有自己独特的类型和结构。单个技术措施可能无法最大化发挥作用，但是若能考虑建筑及场地的自然条件和限制条件，对单个技术措施合理组合，优化利用，就能在实现社会效益的同时，更好地满足人们对社会生态效益的需求。