海绵城市构建模式与技术分析

张 宗 亮

1 国内海绵城市开发方式

海绵城市作为新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”，即下雨时“吸”水，需要时将存蓄的水“释放”。自2015 年4 月我国公布第一批16 个入选海绵城市建设试点城市名单以来，海绵城市建设在国内得到逐步推广。通过建设试点的示范效应，越来越多的城市认识海绵城市，了解海绵城市，并结合自身条件，将海绵城市建设工作融入到城市规划建设的各个阶段中。总体而言，我国海绵城市起步较晚，从近些年的发展状况看，国内海绵城市开发方式主要有整体开发以及局部示范两种。

1.1 方式一：整体开发

整体开发是将整个城市作为一个整体，统一规划设计，形成一个完整海绵系统的开发方式。通常要根据城市的总体规划，分析该城市发展历史及其未来的空间发展战略，在此基础上结合当地的土壤、气象、水文、河流等自然属性，依据海绵城市建设相关指导文件中明确的控制指标，编制整个城市的海绵城市专项规划。专项规划中要明确全市的海绵城市建设格局，并随着城市总体规划、控制性规划、修建性详细规划逐步细化至各地块，从上至下，由整体至局部，将海绵城市建设总体指标具体到各区域，不同区域根据其内分布的地块特性设置不同开发方案。经过对海绵设施布局方案控制性指标反复试算，根据试算结果相应调整方案，最终形成各区域相互融合、彼此补充、满足控制指标要求的海绵城市体系。

1.2 方式二：局部示范

局部开发是指将一个城市的某一区域划为海绵城市建设示范区，对示范区内的地块进行海绵城市建设开发的方式。囿于资金、理念或者其它因素的限制，如果对整个城市统一开展海绵城市建设存在困难，策略性地结合城市发展趋势，划定城市发展中比较突出的板块，局部选择合适的特定区域设立海绵城市建设示范区，在示范区内开展海绵城市建设。而后根据城市实际开发进程，以点带面，最终实现全部区域海绵城市化。由于先开发的区域只是城市的一部分，往往缺乏总体性规划，各地块相对割裂，在进行海绵城市设计时，设计方案针对的是示范区内的某一地块，地块与地块之间不存在相互呼应、彼此弥补等联系，在开发过程中容易形成唯指标论。

我国海绵城市开发目前主要存在的问题主要包含以下3 个方面：（1）对于海绵城市的本质内涵缺乏统一认识；（2）海绵城市构建和规划系统模式不甚健全；（3）海绵城市要达到的目标与实现途径存在脱节现象。总的来说，海绵城市的本质内涵、构建模式和实现途径等基本理论问题仍需进一步梳理和提炼，以便更好地指导海绵城市的研究与实践。

2 海绵城市系统构建

2.1 海绵城市内涵

在海绵城市建设推进的实践过程中存在一些误区，许多人认为海绵城市就是建设雨水收集、下渗路面之类的海绵设施，在编制海绵城市设计方案过程中没有从整体出发，缺少将区域内的自然情况通盘考虑，达不到优势互补。在海绵城市申报文件的审批中，审批单位也单纯以设计指标是否满足相关要求作为最重要的审核依据，这就导致一些城市建设过程中出现为达指标而不合实际的设计方案。

城市是诸多元素组合体，市政道路、居住用地、商业设施、公园绿地等地块，形态不同，功能不同，自身特性不同，与海绵城市的结合方式也不相同。如老旧小区与新建居住区：老旧小区，因为地块内已有建筑、设施等限制，导致不可能全盘大规模地建设海绵设施，必须在现有约束的条件下进行改造；新建小区则不然，规划地块内基本不存在约束，可在规划伊始，把海绵设施与建筑规划方案相互融合，彼此借用，形成良好的有机整体。然而孤立的建设方案不考虑地块内新、旧小区、市政道路与公园绿地等不同类型土地之间的比例，一刀切的对所有地块制定统一的指标要求，违背了海绵城市建设的初衷。

海绵城市是一种城市水问题综合治理理念，它以城市自然水循环、社会水循环及其伴生过程的客观规律为科学依据，充分尊重和发挥自然界对城市水循环过程的综合生态调控作用，其内涵是城市建成后尽可能小地影响周边水生态环境，目前主要采用对比建设前后水文特征指标的变化来评判，理想状态是建设前后指标一致[1]。所以，通常谈到海绵城市的建设时，应当以整个区域是否通过合理利用城市元素的分布形态，将海绵设施融入城市规划中，形成总体性指标达标来评判，而非将关注点置于采用了何种技术。当然，在细化海绵设施的布置时，也不能忽略对于具有经济、有效、便于运营等特点的新技术的使用。

2.2 海绵城市系统构建

2.2.1 海绵城市系统结构

构建海绵城市系统，首先要梳理清楚海绵系统的结构，而海绵体系的结构又是由其内涵所决定。将海绵城市的内涵体现到规划思路上，则海绵城市规划必然相应的表现为一种从城市整体到区域局部，统筹兼顾的系统思维模式，这就是构建城市海绵系统的基本思路。

与整体局部相对应，一个城市的海绵系统（如图1 所示）可分为城市大海绵与区域小海绵：城市大海绵是从城市整体的角度出发，基于现有的城市基底，从为地区大环境服务的绿色大基建（河道水系、生态等）以及灰色大基建（市政、交通等）着手，统筹规划城市大海绵体系，形成总的城市海绵体系格局，并在自成体系的基础上与各专项规划有效衔接；区域小海绵在各分区地块实施的角度，详细研究各分区地块用地性质，从源头控制雨量及水质，制订LID 低影响开发体系，打造区域小海绵。从水体流向来说区域小海绵是城市大海绵的收水上游，从控制指标分配角度来讲，区域小海绵又是城市大海绵体系的分解末端，二者构成以大海绵为树干、树枝，小海绵为树叶的树形结构。

图1 海绵系统结构图

2.2.2 海绵城市系统构建

海绵城市建设是一个复杂的系统性工程，大海绵是工程的骨架，构成城市的海绵格局，起着协调小海绵的作用；小海绵由海绵设施组成，是工程的末端，它的顺利运转直接决定海绵城市的实施效果。住房城乡建设部颁布的《海绵城市建设技术指南》（以下简称《指南》）中，海绵城市的控制指标主要有年径流总量控制率、污染物去除率、雨水回用率3 个，分别从防涝、控污以及雨水资源利用[2]3 个角度衡量海绵城市建设效果，海绵城市结构体系也宜从这3 个方面着手。

（1）防涝体系建设。按照“源头控制、过程调节、末端排放”的原则构建安全的防涝海绵体系。充分发挥小海绵的功效，首先从源头尽可能的通过“滞”“渗”等技术减小地面径流量，其次再通过“蓄”储存调节一部分雨水，经过消减后的涝水最终排入大海绵，经由大海绵规划的河道排涝系统排出项目区外。

（2）控污体系建设。按照“源头消减、过程治理、末端监控”的原则构建高效的污染物去除海绵体系。利用小海绵植物缓冲带、初期雨水截留等技术从源头消解污染物产生量，而后通过湿塘、生物滞留池等技术利用植物土壤特性对水体进行初步净化，最后根据河道的环境承载力在大海绵的汇入口对汇入污染物总量进行监控，以达到污染物去除率的控制指标。

（3）雨水利用体系建设。按照“可以用、用得上、方便用”的原则构建完备的雨水利用海绵体系。“可以用”是指经过小海绵净化技术净化后的雨水水质满足回用要求，可以作为水源回用。“用得上”是指设置一系列雨水资源收集装置，保证雨水能够用得上。“方便用”是指寻求用水量以及海绵设施蓄水容积之间的平衡，在需要用水的时候有水可用，保证使用方便。

3 海绵城市常用技术

海绵城市的内涵并非指所采用的技术，技术是服务于内涵的。进行海绵城市方案设计时，必须首先搞清实施区域在整个城市规划中所承担的职能，以及在海绵城市专项规划中的定位，根据上位规划结合现状条件因地制宜地选用合理的技术。依据海绵城市构建技术所承担的功能，《指南》将其概括为六字方针“渗、滞、蓄、净、用、排”，关于海绵城市的技术介绍也按照上述六字方针展开。根据降雨径流形成、排放的产汇流以及净化回用过程，将上述六字方针归结为收集、净化、储存、排放4 类。

3.1 收集（渗、滞）

收集为大气降水自落入下垫面开始，直至进入存储系统之前的产汇流阶段，从广义上讲，地下水以及地面储存设施均可看作存储系统。渗是为了增加地表径流存储至地下水的比例，滞是为了减缓地表径流存储至地面设施或者排入市政管道的汇集速度。

3.1.1 渗

下渗的主要思路是通过改变下垫面的径流系数，增加地面径流下渗部分水体的比例，通常采用的下渗技术有透水材料、绿色屋顶等。

3.1.1.1 透水砖

适用范围：公园小区等承重有限的区域。

型式：透水砖可分为普通混凝土透水砖以及聚合物纤维混凝土透水砖等品种。它是由骨料、水泥、水、增强剂搅拌形成的多孔轻质混凝土压制而成。由粗骨料表面包覆薄层水泥浆相互粘结，形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，从而让雨水迅速地被吸收，渗入地表，实现海绵城市建设中的“吸水”要求。

3.1.1.2 透水混凝土

适用范围：常用于市政、公园、小区等通行车辆载重有限的道路。

型式：透水混凝土，是一种多孔、轻质、无细骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一层胶结料相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透水、透气和质量轻的特点。

3.1.1.3 绿色屋顶

适用范围：符合屋顶荷载、防水等条件的平屋顶建筑和坡度不大于15°的坡屋顶建筑。

型式：根据种植基质深度和景观复杂程度，绿色屋顶又分为简单式和花园式，基质深度根据植物需求及屋顶荷载确定，简单式绿色屋顶的基质深度一般不大于150 mm，花园式绿色屋顶在种植乔木时基质深度可超过600 mm。

3.1.2 滞

滞的主要目的是通过拦截、缓冲等手段延缓雨水径流产生时间以及峰值。例如，通过微地形调节，让雨水慢慢地汇集到一个地方，用空间换时间。滞留设施通常含有一部分存储容积，蓄积一定雨水，延缓雨水汇集时间。

调节塘：常用于空间比较开阔的公园、居住区等。

调节塘一般由进水口、调节区、出口设施、护坡及堤岸构成，也可通过合理设计使其具有渗透功能，起到一定的补充地下水河净化雨水的作用。调节区深度一般为0.6～3 m，塘中可以种植水生植物以减小流速增强雨水净化效果。如图1 所示。

图2 调节塘

3.2 净化（净）

为保证海绵内的水体水质，采用净化技术。通过土壤的渗透、植被、绿地系统、水体等，都能对水质产生净化作用，实际运用中应根据区域环境不同设置不同的净化体系。

3.2.1 植草沟

适用范围：植草沟为海绵城市收集雨水最常见的型式，广泛用于居住区、广场、公园等区域。

型式：植草沟的基本功能是替代硬化沟渠，可收集、输送和排放径流雨水，并具有一定的雨水净化作用。植草沟适用于建筑与小区内道路，广场、停车场等不透水面的周边，城市道路及城市绿地等区域，也可作为生物滞留设施、湿塘等低影响开发设施的预处理设施。

3.2.2 植被缓冲带

适用范围：用于空间比较开阔的广场、河道缓冲带等区域。

型式：缓冲带为坡度较缓的植被区，经植被拦截及土壤下渗作用减缓地表径流流速，并去除径流中的部分污染物。植被缓冲带坡度一般为2%～6%，宽度不宜小于2 m。

3.2.3 雨水湿地/雨水花园

适用范围：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。

型式：雨水花园是指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域，由树皮或地被植物作为覆盖。它通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰，还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染，是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。

3.3 储存（蓄、用）

蓄和用是结合在一起的，蓄即储存，把雨水留下来，将收集阶段汇集的水体集中储存起来。存蓄设施一般采用分级设置，下沉绿地为第一级储存设施，下沉绿地储满后再溢流至第二级存蓄设施。从海绵城市的角度讲，为满足海绵城市年径流总量控制率而设置的那部分容积为海绵城市的存蓄容积；回用主要是将存蓄的雨水进行利用，提高雨水资源利用率。

地下蓄水设施常用型式有3 种，生物蓄水设施、蓄水模块、蓄水池。

3.3.1 下沉式绿地

适用范围：最常见的海绵设施，可广泛应用于城市建筑与小区、道路、绿地和广场。

型式：下沉式绿地可分为狭义和广义两种，狭义的下沉式绿地指低于周边铺砌地面或道路在200 mm 以内的绿地；广义的下沉式绿地泛指具有一定的调蓄容积（在以径流总量控制为目标进行目标分解或设计计算时，不包括调节容积），且可用于调蓄和净化径流雨水的绿地。

3.3.2 蓄水模块

适用范围：适用于需要存储容积较大且用地比较紧张的小区、道路、广场。

型式：蓄水模块是组建雨水收集调蓄池的重要材料。模块由PP 环保材料制成，采用分体式设计，可任意拆卸，运到现场后在进行组装。镂空空间可以更有效率地蓄水，深埋地下，节省用地。

3.3.3 蓄水池

适用范围：有雨水回用需求的建筑与小区、城市绿地等。

型式：蓄水池指具有雨水储存功能的集蓄利用设施，同时也具有削减峰值流量的作用，用地紧张的城市大多采用地下封闭式蓄水池，根据雨水回用用途（绿化、道路喷洒及冲厕等）不同需配建相应的雨水净化设施。

3.3.4 雨水罐

适用范围：建筑屋面雨水的收集利用。

型式：雨水罐也称雨水桶，为地上或地下封闭式的简易雨水集蓄利用设施，可用塑料、玻璃钢或金属等材料制成，适用于单体建筑屋面雨水的收集利用。

3.4 排放（排）

排放主要指为保证雨洪安全，海绵城市设施设计容积被雨水占满后通过溢流管、渠等方式，将超出年径流总量控制率的那部分雨水排入市政管道，此部分结构已包含在各海绵设施中，不再单独介绍。