西北地区海绵城市建设路径探索——以西咸新区为例

2017-01-11 作者:张亮 来源: 浏览:

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西咸新区概况

西咸新区位于陕西省西安市和咸阳市建成区之间,辖空港新城、沣东新城、秦汉新城、沣西新城、泾河新城等五个组团。属温带大陆性季风型半干旱、半湿润气候区。夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,四季干、湿、冷、暖分明。

根据临近的秦都区国家基本气象站1960-2014年日最大降雨量和1981-2010年月平均降雨量的统计分析,西咸新区多年平均降雨量约520mm,其中,7-9月降雨量占全年降雨量的50%左右,且夏季降水多以暴雨形式出现,易造成洪、涝和水土流失等自然灾害。

西咸新区是我国首个以创新城市发展方式为主题的国家级新区,被国务院赋予建设丝绸之路经济带重要支点、我国向西开放重要枢纽、西部大开发新引擎和中国特色新型城镇化范例的历史使命。2012年以来,西咸新区将海绵城市建设作为创新城市发展方式的重要着力点和突破口,按照低影响开发理念开展海绵城市建设探索和实践。

西咸新区海绵城市建设

建设目标
根据《指南》中我国大陆地区年径流总量控制率分区,西咸新区位于Ⅱ区,年径流总量控制率目标为80%≤α≤85%。综合考虑西咸新区降雨特征、土壤性质、建筑密度等因素,结合已有规划和研究,确定年径流总量控制率目标为80%。
通过搜集统计秦都区国家气象站近30年的日降雨(不包括降雪)资料,扣除资料中小于2mm的数据,通过统计处理,得出当设计降雨量为15.9mm时,小于该降雨量的降雨总量占总降雨量的80%。故年径流总量控制率80%对应的设计降雨量为15.9mm,即西咸新区要实现80%年径流总量控制率的目标,海绵城市各项设施需容纳单位面积用地上不低于15.9mm的降雨量。

指标分解
海绵城市建设指标的分解是落实年径流总量控制率的重要环节,是将总量控制目标分解至排水分区、开发地块及海绵设施等不同层次的设计和控制指标的关键步骤,分解后的指标能够有效地指导海绵城市设施具体的建设和实施,同时也为后期实施方案的考核评估提供了数据依据。

下面以西咸新区海绵城市建设试点区域的1号排水分区为例,介绍指标分解的方法和步骤(表1)。
(1)排水分区年径流总量控制率目标初步分解。根据排水分区的规划用地性质、绿地数量、末端控制设施规模等,将西咸新区年径流总量控制率80%初步分解至不同的排水分区。

(2)地块年径流总量控制率目标初步分解。以控制性详细规划中每个地块为单元,按不同用地性质对各地块目标进行初步设定,保证地块控制容积之和等于分区总控制容积。

(3)地块建设控制指标初步设定。设定各类地块详细控制指标,包括下沉式绿地(生态滞留设施)的建设比例,可渗透地面面积比例,生态绿色屋顶覆盖比例,不透水下垫面径流控制比例等。

(4)道路指标初步设定。鉴于道路的特殊性,其控制指标不宜设置过高,一般应比地块的指标低。道路建设控制指标包括下沉式绿地(生态滞留设施)的建设比例,人行道透水铺装的建设比例等。

(5)搭建SWMM模型。利用SWMM软件,基于地块、道路、集中调蓄设施和规划管网构建水力模型进行仿真模拟,计算地块年径流总量控制率是否可以达到初步设定的值。根据计算结果,结合技术经济分析,依据总体最优化的原则调整
地块和道路建设控制指标,直至达到采用最少的设施满足示范区80%年径流总量控制率的结果。

(6)各级指标最终确定。利用优化后的模结果得到每个地块的控制指标及目标,对每个分区内的各地块指标进行加权平均,得到各分区的控制指标和目标。

通过以上步骤,将西咸新区年径流总量控制率80%的目标,逐步分解至各排水分区、控规地块及海绵设施。在指标分解过程中,需要注意以下要点:旧城更新项目(道路)目标和指标低于新建项目(道路);按已出让地块考虑到协调难度,目标和指标低于未出让地块;地块控制指标应与控规确定的建筑覆盖率、绿地率、容积率等相协调。

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建设策略

西咸新区作为西北地区的典型城市,属于半干旱、半湿润气候区,具有降雨量较少、水资源短缺、砂质土层较多、土壤渗透系数较大等水文地质特征。在构建海绵城市的建设体系过程中,必须结合本地特点,因地制宜解决城市发展过程中存在的水系统问题。

(1)生态优先,强化生态保护区的管控和涵养。最大限度地保护原有河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等水生态敏感区,留有足够涵养水源、应对较大强度降雨的林地、草地、湖泊、湿地,维持城市开发前的自然水文特征。以秦岭生态
区、渭河干支流、渭北浅山丘陵生态区为骨干,以自然保护区、林地、大遗址为基本要素,延续区域生态格局,构建“两带、三廊、多绿楔”的生态安全格局。

构建城市发展与自然生态、田塬水系相结合的生态绿地系统,主要包括生态公园绿地、道路附属绿地、生态防护绿地、特色农田、滨水生态绿地等类别。在满足绿地系统生态景观、游憩空间、碳汇、隔离带等基本功能的条件下,合理预留或创造空间条件,对绿地自身及周边硬质化地面的雨水径流进行“渗、滞、蓄、净”等处理,并与城市传统雨水排放系统、超标雨水排放系统进行衔接(表2)。

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(2)节水为重,通过非常规水利用缓解水资源压力。西咸新区属于严重缺水地区,亟需通过海绵城市建设提高非常规水资源利用比例,以直接回用或者间接涵养的方式,缓解水资源压力。采取以地下水和地表水为主,适时利用中水和雨水资源的水资源配置方式,将开源与节流并重,通过“蓄住天上水、拦住过境水、保护地下水、开发再生水”的水资源利用策略,使水资源得到优化配置、循环利用,满足区域生活、生产、生态用水(图2)。

西咸新区目前的城市用水均来自地下水,结合西咸新区土壤渗透系数较大的特征,采用低影响开发设施中的渗井技术,将雨水回灌至地下以补充地下水,缓解地下水位逐年下降的趋势,形成地下水库。



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(3)系统治水,修复并发挥山水林田湖的综合生态效益。山水林田湖是一个生命共同体,以海绵城市建设为载体,统筹山水林田湖建设,最大限度修复水体水系和优化生态环境,实现综合生态效益最大化。

建立从源头到中途再到末端的雨水径流管理模式,立足现状,从单纯依靠城市排水设施外排雨水向城市雨洪全过程管理转变,遵循“源头控制、中途蓄滞、末端排放”的原则,构建低影响开发规划、雨水排水系统规划、城市内涝防治
规划三位一体的城市排水(雨水)防涝综合规划体系,建立低影响开发、雨水排水系统与内涝防治系统的有机结合,相互协作保障西咸新区有效应对50年一遇暴雨。

(4)研究先行,因地制宜探索西北地区的海绵城市技术。加强对低影响开发设施的理论研究,确定在西北地区的土壤、降雨、水质、水量等条件下,各项低影响开发设施对城市雨水径流水量水质的调控效果、设计和运行参数,为低影
响开发的本地化应用提供数据基础和技术支撑。以干湿分明地区的雨水调蓄、民间传统设计方法的传承等为重点,探索适用于西北地区的技术和标准。研究实践双侧收集滞渗、单侧收集存蓄、分段收集净化三种道路收水方式,为道路低影响开发设计提供指导。

(5)规划引领,各级城市规划中加强海绵城市管控。城市规划是落实海绵城市建设的具体载体,规划部门则是海绵城市相关规划编制的执行部门,应当充分发挥规划的先导作用,将海绵城市的建设目标、控制指标及设计指引等,分解落
实至不同层面的城市规划中,对低影响开发设施的布局、规模、用地等进行全面的规划管控,为海绵城市下一层次的方案设计、建设施工以及运营维护提供指导和依据。

在城市总体规划层面,应当在规划方法和理念上进行创新,结合规划区的本地条件,开展低影响开发适宜性的专题研究,确定年径流总量控制率目标和对应的设计降雨量,明确海绵城市建设的总体实施策略和重点发展片区。

在详细规划层面,应当对总体规划及上层次规划确定的海绵城市建设目标进行分解和细化,结合建筑覆盖度、容积率、绿化覆盖率等约束性控制指标,提出各地块的径流总量控制率、绿地下沉比例、透水铺装比例、绿色屋顶比例等控制指标,纳入地块规划设计要点。

在专项规划层面,道路、竖向、绿地、排水防涝、水系等规划应当与海绵城市建设的相关要求进行衔接,规划确定的低影响开发设施应在相应的专项规划中予以落实和布局。

西北地区海绵城市建设探索

(1)西北湿陷性黄土地区的低影响开发。

湿陷性黄土是一种特殊性质的土,其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时,一般强度较高,压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿,土结构会迅速破坏,产生较大附加下沉,强度迅速降低。西咸新区部分地区存在湿陷性黄土,对低影响开发中的雨水入渗技术存在一定的限制和影响。

为避免在湿陷性黄土区应用低影响开发时引发的技术风险,在进行详细的地质勘查的前提下,确定西咸新区的湿陷性黄土的具体分布,并提出低影响开发的分区建设策略。对湿陷性黄土区(主要分布于渭河以北)开展海绵城市建设,应尽量避免采用深层、大型入渗的低影响开发设施,采用浅层、小型入渗设施时,应采取防渗措施;车行道路不建议采用透水沥青和水泥。

(2)缺水地区的海绵城市建设导向。

西咸新区可利用水资源紧缺,泾河、沣河、皂河三条过境河流水量丰富,但缺乏拦蓄工程,且水质较差,难以直接利用。除地下水资源外,基本依靠区外客水。西咸新区海绵城市建设中,着重发展“渗、滞、蓄、净、用、排”六类低影响开发设施中的“蓄”和“用”,提高雨水资源利用率,缓解水资源紧缺的现状。

借助自然力量排水,构建四级雨水收集利用系统,实现雨水在城市中的自然迁移、低碳循环。一是对建筑小区内的雨水应尽可能收集利用。通过采用植生滞留槽、下凹式绿地、植被草沟、景观水体、渗透性路面、雨水调蓄池等工艺,对雨水做到应收尽收。二是市政道路绿地应加强集水和净化功能。在地质适宜的地区,采用豁口路缘石、下凹式绿地、多滤层、速渗井、调蓄池等措施,建设“双侧收集滞渗、单侧收集存蓄、分段收集净化”三种道路收水方式,降低道路径流系数,同时对雨水进行净化、储存、利用,确保水资源的综合利用。三是利用中央雨洪系统和景观绿地形成调蓄枢纽。因地制宜,传统与现代结合,效仿传统农村“涝池”的理念,利用古河道的低洼地带建设不间断生态绿廊,形成区域海绵雨洪调蓄枢纽。四是景观绿地依托地形自然收集雨水。利用原有城市地形,在适当区域建设城市绿地、广场等公共空间,利用植被缓冲带、生态型湿地、多形式湿塘、植草沟等措施对地表径流进行汇集、生态净化、下渗和收集利用,超出设计规模的径流流向自然地势低洼区域,汇聚到由碎石、砂土等构成的渗井,回补地下水。

结语

海绵城市建设是城市规划建设理念的一次重要革命,为系统解决城市发展过程中出现的水问题提供了有效的解决手段,是推动中国特色城镇化进程的重要抓手。西咸新区作为国家首批16个海绵城市建设试点城市之一,在西北地区海绵城市建设方面做出了一定的探索,但在体制机制建设、PPP模式构建等方面仍需要进行深入的研究和实践。