北方地区海绵城市建设探讨

徐世明

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

2012年4月举办的“2012低碳城市与区域发展科技论坛”首次提出“海绵城市”的概念，2015年国务院办公厅出台了“关于推进海绵城市建设的指导意见”，至今陆续开展了30个海绵城市试点，取得了一定效果。“海绵城市”是新一代城市雨洪管理的概念，也可称之为“水弹性城市”、“低影响开发雨水系统构建”。在当代新形势下，海绵城市是推动绿色建筑建设、低碳城市发展、智慧城市形成的创新表现，是新时代特色背景下现代绿色新技术与社会、环境、人文等多种因素下的有机结合。2016年，辽宁省人民政府办公厅发布了《辽宁省人民政府办公厅关于推进海绵城市建设的实施意见》，旨在通过采取“渗、滞、蓄、净、排、用”等综合措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，要求将70%以上的降雨就地消纳和利用，提出到2030年城市建成区80%以上的面积达到示范区目标要求。考虑北方地区缺水、寒冷的实际情况，海绵城市建设较南方相对缓慢。北方地区海绵城市的有效建设一直无明确的答案。本文将结合沈阳市浑南区产业园区白塔堡河支流河道改线工程，简述对北方地区海绵城市建设的理解。

1 工程概况

为增强国际交流合作，沈阳市提出在浑南区规划建设产业园，以“健康与医疗、智慧家居、城市生活++”为产业主导方向，建设创新型产业链，打造全方位的国际合作交流平台。2020年12月，沈阳市自然资源局对区域控制线详细规划修编方案进行了批前公示。

产业园坐落于自贸区、高新区、新市府商圈三区叠加的黄金板块，压占城市内河白塔堡河支流长度约1.5km。为更好地开展产业园建设，计划对压占的白塔堡河支流河道进行改线。

白塔堡河支流位于白塔堡河左岸，河道全长约16.3km，流域面积约48km2，多年平均径流量182万m3，河道平均比降0.59‰。白塔堡河支流流经沈阳市浑南区，除主汛期外其余时段基本处于断流状态，河段设计防洪标准为20年一遇。为保证产业园生态景观建设，恢复河道水面是改线工作的重要任务之一。另外，受下游全运路道路、园区规划影响，下游与原河道衔接处断面平均宽度仅为15m，为上游断面宽度60m的1/4，解决该行洪卡口问题亦是本工程重要任务之一。

2 工作思路

工程建设分别从海绵城市、防洪安全、生态景观、文化设施建设4个方面入手，在建设过程中有机融合。

因白塔堡河支流为城市河流，其改线工程应满足防洪安全需求，契合海绵城市建设需求，符合城市河流生态治理要求，融合产业园文化建设需求。将上述四者有机融合是本工程建设的重中之重，也是难中之难。加之受北方地区水资源匮乏、冬季寒冷等客观条件的影响，工程建设尤其是海绵城市建设在生态环境建设、生态补水、冻胀影响等方面需有诸多考虑。

2.1 海绵城市

北方地区水资源匮乏虽然对海绵城市有一定影响，但其本身即为雨洪管理工程，通过雨季或汛期蓄水能有效解决一部分枯水季用水的问题，用于解决部分生态流量、生态环境建设等方面的用水问题。其余部分仍需考虑生态补水等。

本工程建设从“渗、滞、蓄、净、排、用”6个方面入手，采取综合措施，全面契合海绵城市建设要领，如图1所示。

图1 产业园海绵城市建设典型横断示意图(调蓄区)

(1)河道全线布置卵砾石、砂砾料、透水砖等易渗材料，保证雨季雨水下渗；整体设计为柔性结构，冻胀对其结构安全影响相对较小；木桩等防护工程基础埋至冻土深以下，受冻胀影响相对较小。

(2)利用地下蓄水池收集下渗雨水；地下蓄水池部分仍在冻土深范围内，为尽量降低冻胀对工程安全的影响，地下蓄水池采用了块石填充的方式，虽然减少了储水空间，但增加了蓄水池及蓄水池上部结构的安全系数，另外在水体净化方面亦能起到较大作用。

(3)利用中部调蓄区进行整体滞洪，即利用中部60m宽河道进行有效的滞洪，削减下游洪峰流量，保证行洪卡口及下游河道的防洪安全。

(4)收集的雨水可用于园区平时的绿化灌溉、消防、车辆清洁等；冬季冻胀以下的部分仍为可利用水源。

(5)表层草皮、植物渗水材料等可对雨水进行净化，地下蓄水池填充的块石可对下渗的水体进行净化，喷泉、抽水设施保证了水体的流动和交换，可实现进一步净化水质的目的。

(6)园区设置了雨水管网和雨水泵站，可将区域雨水集中排入河道，结合地下蓄水池的蓄水空间，除滞留的有用水量，其它多余或无用的水体通过河道向下游排放。

2.2 防洪安全

防洪安全是本工程建设的前提。本工程防洪安全主要从拦、蓄、泄3方面考虑。

(1)通过上游设置拦沙堰，能有效地防止泥沙落淤至行洪卡口区，同时避免泥沙落淤至园区，影响整体生态景观建设；拦沙区间隔100m设置2道拦沙堰，辅以植物促淤措施，汛期可将上游下泄洪水带下的推移质进行有效拦截，待汛后及时对落淤泥沙进行清理。

(2)充分利用中部调蓄区调蓄能力，使下部15m宽泄洪区卡口泄流满足20年一遇防洪标准要求。调蓄区调蓄库容约14万m3，利用调蓄区域10万m3调蓄量调解后，设计洪峰流量由113m3/s下降至约80m3/s，基本满足卡口段及下游防洪安全需求。白塔堡河支流流量过程线及相关水文特征值统计表见表1，产业园调蓄区流量过程线及调蓄能力示意图如图2所示。

图2 产业园调蓄区流量过程线及调蓄能力示意图

表1 白塔堡河支流流量过程线及相关水文特征值统计表

(3)通过调整河道比降、合理选用断面型式，消除因河道改线缩短行洪通道造成的水位壅高的影响，增加河道的泄洪能力。泄洪区河道过流宽度为14.2m，计划采用钢筋混凝土矩形槽型式，其优点为：一方面过流面积相对较大；另一方面材料自身糙率相对较小，对泄洪阻碍影响较小。调蓄后断面水位较岸顶仍低0.5m以上，满足防洪安全需求。

2.3 生态景观

生态景观建设是本工程的重要目标。河道形态和断面选定过程中，为了避免宽度、形式均一化、单一化的问题，保留河道的弯曲形态，充分发挥河流的生态系统自我净化及自我调节能力。选用复式断面，保证水体流畅及水体正常的物质能量交换。护岸选用了环境友好、适宜动植物生长的木桩护岸。另外，河道形态制定过程中，在不影响河道正常行洪的情况下，建设了4处生态小岛，进一步提高了河道的生态性能。总体而言，本工程生态性能保持较为良好。

工程计划制定枯水河槽平均宽度6m，主行洪通道平均宽度30m。主行洪通道内可适当布置对河道行洪影响不大的基础设施，类似足球场、喷泉、亲水平台等。主行洪通道外可适当布置微地形、景观带、停车场、木栈道等。

2.4 文化设施建设

文化设施建设是产业园建设、河道改线工程不容忽视的环节。

通过合理规划河型，建设相关基础设施，将国际交流合作文化融入其中，给周边区域百姓、外来交流合作人员一种家的温暖。如：足球场等体育设施、园区主题智慧家居、区域自有文化等。

3 结语

基于海绵城市理念的可持续性，结合未来城市发展、河流生态建设及人民幸福感等综合考虑，开展海绵城市建设是十分必要的。

海绵城市概念提出已近10年，南方地区海绵城市试点已陆续完成建设，受气候条件等影响，北方地区海绵城市建设相对滞后。在保证海绵城市建设效果、工程自身安全的基础上，如何最为经济、合理地开展北方地区海绵城市建设是北方地区海绵城市建设的攻坚方向。

本文融合海绵城市、防洪安全、生态景观、文化设施4个方面建设需求，通过采取适当的工程措施，在小幅增加工程造价的基础上，基本消除了北方地区海绵城市建设中制约因素的影响，在未来北方地区海绵城市建设方面具有一定的参考价值。