适用于上海的海绵城市建设技术分析

王 盼，陈 嫣

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

“海绵城市”是当前我国城市建设工作中的热点和重点。《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号）提出了国家海绵城市建设的总体要求和工作目标。全国各地积极开展海绵城市建设试点工作并已完成各类项目的示范建设。但鉴于全国各地的气候、水文、地质和经济发展水平存在较大差异，各地海绵城市的建设目标和控制指标不尽相同，因此海绵城市建设的技术类型和设计参数应因地制宜。上海作为人口数量多、经济实力强的全国超大城市，区域特点显著，研究总结适用于上海的海绵城市建设技术非常必要。

1 上海市海绵城市建设区域特点

（1）地下水位高

上海全市地势平坦，地面高程（吴淞零点）大都介于2.2～4.8 m，境内地表水系发达，河面率为9%～10%，江、河、湖、海水位较高，导致上海地区内地下水位较高，潜水位埋深一般在0.5～1.5 m。

（2）土地利用率高、不透水面积比例高

目前，上海建设用地总规模接近规划限值，新增用地空间非常狭小。截止2014年底，上海全市建成区面积3 124 km2，超过市域陆地面积的45%，规划的2020年建设用地规模目标3 185 km2相比，只有61 km2的空间，现状土地利用率极高。同时根据相关资料报道[1，2]，城区土地不透水面积比例高达70%～80%以上，不透水面积比例极高。

（3）土壤入渗率低

上海地处长江三角洲前缘河口和杭州湾之间，除表层土壤或人工填土层外，土壤质地主要属于粘壤土、砂质粘壤土和壤质粘土。根据相关研究成果[3，4]，上海市大部分绿地土壤的入渗率都偏低，稳定入渗率在1.0×10-5以下。

上海具有地下水位高、土地利用率高、不透水面积比例高和土壤入渗率低的“三高一低”显著特点，亟需适用于本土的海绵城市建设技术类型和参数。

2 海绵城市建设技术分析

海绵城市建设应统筹低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统，既重视绿色基础设施，灰色基础设施仍不容忽视。海绵城市建设技术设施主要功能一般可分为渗透、储存、调节、转输、截污净化等几类，主要包括透水铺装、绿色屋顶、下凹式绿地、生物滞留设施、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池等设施。一般，某单项设施会包含“渗、滞、蓄、净、用、排”多种功能，如下凹式绿地除渗透补充地下水外，还可削减峰值流量、净化雨水，实现径流总量、径流峰值和径流污染控制等多重目标等。因此，为更合理地划分海绵城市开发技术类型，本文根据雨水系统“三段论”理论[5，6]，按照系统内位置及功能，分为源头控制、中途转输、末端排放三类海绵城市建设技术。表1为2014年10月住建部颁布的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》中推荐的海绵城市建设技术类型。

表1 各类用地中低影响开发设施选用一览表

3 适用于上海的海绵城市建设技术分析

为满足上海“三高一低”的显著区域特点和实事求是的建设需求，根据《关于贯彻落实＜国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见＞的实施意见》[7]，上海市海绵城市规划和建设的目标应以地区排水除涝、水污染防治和水环境改善为主要目标，逐步推进雨水资源利用，促进城市资源的综合利用。为实现此目标，上海海绵城市建设技术应以“滞、蓄、净、排”为主，以“渗、用”为辅。同时，上海由于土壤入渗率低、地下水位高，以渗透功能为主的技术如渗井、渗管/渗渠、渗透塘等的应用受到限制；且由于土地利用率高，对功能空间要求大的技术也并不适用。此外，根据上海市海绵城市建设控制目标的要求[8]，上海市改建地区的年径流总量控制率和年径流污染控制率不低于75%，新建地区则不低于80%。考虑到上海市中心城区城市化水平高、已建城市区域改造难度大等现状因素，单纯的源头径流控制远远不能满足控制目标，其实现年径流总量和年径流污染控制目标的手段更依靠于深层隧道、调蓄池等灰色基础设施，而新建城区则更侧重于低影响开发的绿色基础设施。

本研究基于对上海海绵城市建设目标的分析和海绵城市开发技术的调研，提出适于上海的海绵城市开发技术包括：绿色屋顶、透水铺装、下凹式绿地、浅层蓄渗、生态植草沟、调蓄设施、湿塘、雨水湿地、生态护岸、生态浮床等。

3.1 源头控制海绵城市建设技术

（1）绿色屋顶

建筑屋顶作为不透水面可达到城市不透水总面积的40%～50%，若能充分利用好绿色屋顶，会对雨水资源的管理和利用产生非常显著的效果。绿色屋顶对径流的削减量可达30%～50%，对污染物的去除率可达70%～80%，且种植土采用改良土壤，在上海的适用性好。2003年，上海市政府就屋顶绿化实施方法进行相关调研及计划制定，并成为我国第一个以立法形式对屋顶绿化进行规范的城市。2006年10月，上海市绿化部门在《上海市绿化管理条例》中增加屋顶绿化，为屋顶绿化的推广提供法律层面支持。根据《上海市海绵城市指标体系（试行）》规定，新建、改建公共建筑的绿色屋顶率占宜建屋顶绿化的屋顶面积的比例应不低于30%。

（2）透水铺装

城市道路和广场约占城市用地总面积的10%～25%。采用透水铺装既可源头削减雨水径流量，对径流污染物的去除率也可达80%，此外，市政道路采用透水铺装后可减小积水、反光、噪声，提升行车舒适性和安全性，缓和热岛现象。考虑到实施效果和维护问题，透水铺装可用在人行道、专用非机动车道、高架道路、步行街、广场等处。结合上海已有的工程经验和国外发达城市的相关指标，《上海市海绵城市指标体系（试行）》在国内首次将高架道路透水铺装率列为鼓励性指标，有条件的地区新建高架道路透水铺装率应不低于70%，改建则不低于50%。上海已建成浦东中环线与华夏路高架透水铺装，使用7 a后，目前大部分区域渗水系数仍满足工程竣工验收规定值（不小于900 ml/15 s），透水性能够保持良好。

另外，在上海铺设透水铺装应注意地下水位的高程，保证其透水性能。对于全透式路面的土基应具有一定的透水性能，土壤透水系数不应小于10-6m/s，且土基顶面距离季节性最高地下水位应大于1 m。当土基、土壤透水系数和地下水位高程等条件不满足要求时，应增加路面排水设施，见图1。

图1 全透式路面边缘排水系统图

（3）下凹式绿地

下凹式绿地为适用于建筑与小区、绿地、道路与广场的海绵城市建设技术措施，可以削减雨水量和降雨洪峰、增加设施的雨水缓冲能力、有效缓解初期雨水的污染问题和补充地下水等，但会存在绿化带内或雨水口附近聚集落叶、垃圾等情况，需要加强维护。《上海市海绵城市指标体系（试行）》规定，新建绿地下凹率不低于10%，改建不低于7%，与武汉、南宁等城市相比，指标偏低，主要是绿化市容部门和相关专家考虑上海市区域特点，以满足雨水蓄排需求和保障绿地功能定位为目标，经科学测算后，确定了该指标值。

另外，考虑到上海人均绿地面积少、地下水位高、安全性等多方面因素，下凹式绿地的下凹深度一般为100～200 mm，且应注意控制调整好绿地与周边道路和雨水口的高程关系，溢流雨水口顶部标高宜高于绿地50～100 mm。为防止地下水渗漏，应在下凹式绿地种植土层下方设置滤水层、排水层和厚度不小于1.2 mm的防水膜；当下凹式绿地边缘距离建筑物基础小于3.0 m（水平距离）时，应在其边缘设置厚度不小于1.2 mm的防水膜。另外，下凹式绿地对其种植土要求较高，应设置在土壤排水性良好的场地，土壤渗透能力应不低于3×10-6m/s，同时种植土组分要满足一定要求以保证植物生长的需要，如氨氮与硝氮比例应小于4，碳氮比应小于 12，pH 范围在 6.0～8.4等[9]，若原始土壤不符合相关要求，必须进行土壤改良。下凹式绿地植物品种应选择当地适生的耐水湿植物和耐污染的观赏性植物，优先选用根系发达、生物量大、净化能力强的植物[10]。

为保证下凹式绿地功能的发挥，应做好绿地日常土壤管理工作，减少对土壤的机械压实，定期中耕松土，保证雨水入渗速度和入渗量。一般检修2次/a（雨季之前和期中），植物也需常年维护。

（4）浅层蓄渗

浅层蓄渗[8]是在地下水位以上用多孔空隙材料堆彻成大小、形状不同的形成可供短暂贮存的雨水连通空间。在多空隙材料底部用渗水材料以提高下渗速率，当暴雨来临时，屋面等相对干净的雨水通过初期弃流和简单预处理后，通过管道或沟渠方式导流进入高孔隙材料空间内短暂贮蓄，暴雨过后雨水继续下渗，超过贮蓄容量的雨水外排。

考虑到上海的土壤入渗率较低、地下水位高，可采用浅层蓄渗技术增加雨水的入渗量和贮蓄量。浅层蓄渗般在设在绿化、人地道及广场下面，在地下水位较高的情况下，应尽可能降低绿化种植土的高度，或适当提高绿化地的相对高程，使下部孔隙材料的高度增加，从而增加雨水贮蓄量。在虹桥枢纽崧泽路高架排水工程中[11]，采用雨水浅层蓄渗技术，在近600 m的高架道路下景观隔离带内设置有效容积为1 290 m3的蓄渗装置，可对13 200 m2高架道路全年75%的雨水径流进行就地蓄渗处理。

3.2 中途转输海绵城市建设技术

（1）生态植草沟

生态植草沟可收集、输送和排放径流雨水，对径流总量和径流污染控制均有一定作用，适用于建筑与小区内道路、广场、停车场等不透水面的周边以及城市道路及城市绿地等区域。植草沟也可与雨水管渠联合应用，场地竖向允许且不影响安全的情况下也可代替雨水管渠。《上海市海绵城市指标体系（试行）》建筑与小区系统中也提出了生态植草沟用作硬地雨水排放和生态雨水设施有效衔接的技术规定。

针对上海的地下水位较高，沟底土壤的入渗率较低的特点，应用于上海的生态植草沟设计宜在沟底铺设卵石层等滤料层，卵石层中设置多孔渗透管，收集经过植草沟过滤的初期雨水，排至市政排水管道等，见图2。此外，生态植草沟对场地有一定要求，边坡坡度（垂直∶水平）不宜大于1∶3。由于占地较大，生态植草沟在已建城区及开发强度较大的新建城区等区域应用时易受场地条件制约。

图2 植草沟典型构造示意图（单位：mm）

（2）调蓄设施

雨水调蓄设施的形式包含调蓄池、调蓄管涵、水景调蓄设施等。根据在系统中设置位置的不同，雨水调蓄池又可分为末端调蓄池和中间调蓄池[9，10]，末端调蓄池主要用于初期雨水污染的控制，对管网优化运行作用不大；中间调蓄池用于雨水收集利用，可改善系统管网运行状况。《上海市海绵城市指标体系（试行）》建筑与小区系统中也提出了“单位硬化面积蓄水量”这一约束性指标，要求在硬化面积达1 hm2及以上的新建项目中不低于250 m3/hm2硬化面积，以满足建筑与小区年径流总量控制目标的要求。

目前，上海已建成都路、新昌平、梦清园等11座雨水调蓄池，多集中在苏州河和世博区域，主要截流储存初期雨水，系统截流倍数可从3.87倍提高到6.90～9.92倍，有效控制溢流污染，为上海市水环境质量的提升作了较大贡献[12]。考虑到上海市中心城区城市化水平高、已建城市区域改造难度大等现状因素，中心城区实现年径流总量控制和年径流污染控制目标仍然更多地需要依靠调蓄设施，包括深层调蓄隧道等。

3.3 末端排放海绵城市建设技术

（1）湿塘与雨水湿地

湿塘与雨水湿地的构造相似，一般由进水口、前置塘、沼泽区、出水池、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道等构成，常合并设计，具有雨水调蓄、净化多重功能，其占地面积较大，对场地的要求较高。

考虑到上海特点，湿塘与雨水湿地的应用范围包括具有一定空间条件的高档建筑与小区、城市绿地、滨水带等区域。

（2）生态护岸

生态护岸利用植物或者植物与土木工程相结合，对河道坡面进行防护的一种河道护坡形式，其集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体，可以削减雨水径流进入河道的污染负荷。目前，上海河道生态护岸比例较低，仅为40%左右，《上海市海绵城市指标体系（试行）》水务系统中规定河湖水系生态防护比例作为约束性指标，其指标值应不低于75%。

对于上海河道硬质护岸的生态化改造，在河道狭窄、河道两岸建筑密集、拓宽河道有限的中心城区，可采用直立式挡墙护岸生态改造，在护岸临水侧河底设置种植槽，墙顶有绿化空间的，可在绿化空间内布置藤本类或者具有垂悬效果的灌木类植被，无绿化空间的，可在挡墙外沿墙面设置种植槽；也可在直立挡墙顶悬挂长条形生态植生袋，遮挡直立式挡墙。在周边用地宽裕的郊区，可采用斜坡式护坡改造，护坡表面采用框格填充生态袋、框格填充耕植土草皮等护面结构等[13]。直立式挡墙生态护岸和斜坡式生态护岸典型示意见图3。

图3 典型生态护岸示意图

4 结论与建议

通过调研国内外海绵城市建设技术设施，研究上海区域特点、建设现状和海绵城市建设目标要求，得到以下结论，供上海市海绵城市建设应用借鉴：

（1）根据雨水综合管理“三段论”理论、按照系统内位置和功能，可将海绵城市开发技术分为源头控制、中途转输、末端排放三类，其中源头控制技术包括绿色屋顶、透水铺装等，中途转输技术包括调蓄池、植草沟等，末端排放技术包括湿塘、雨水湿地等。

（2）上海作为我国滨江临海超大型城市，具有地下水位高、土地利用率高、不透水面积比例高和土壤入渗率低的“三高一低”特点，以及城市化水平高、已建城市区域改造难度大等现状因素，已有海绵城市建设技术在上海的应用亟需重点考虑。

（3）基于对上海海绵城市建设目标的分析和海绵城市开发技术的调研，提出了适于上海的海绵城市开发的技术，具体包括：绿色屋顶、透水铺装、下凹式绿地、浅层蓄渗、生态植草沟、调蓄设施、湿塘、雨水湿地、生态护岸等。在海绵城市建设技术的实施过程中，应结合区域特点，科学合理地选取技术类型和参数。