【清华学术】山地城市雨洪管理与精细化景观规划实践

摘要：本文以典型山地城市重庆为背景，将“精细化”理念引入重庆科学城的规划设计，保护山体、河流自然山水格局，叠加生态要素、斑块廊道要素、安全限制要素分析评估，划定不可建区域，对可开发区域进行建设强度分级，科学规划空间布局。设计层面从水安全、水环境、水资源角度出发，通过汇水分区和模型模拟，科学布局下沉式绿地、生物滞留池等生态雨洪设施，从雨水收集、调蓄、净化利用等方面构建雨洪管理机制，探讨山地城市开发建设与生态景观相协调的实现途径。

关键词：精细化；规划布局；雨洪管理；重庆科学城

ABSTRACT:Take typical mountainous city Chongqing as example, refine the planning and design in Chongqing Science City. Protect the landscape pattern of mountains and rivers, overlay ecological elements, patch-corridor elements, and security elements to evaluate. Thus to delimit non-available area, and classify construction intensity of development area, and then plan the space layout scientifically.

Design in terms of water security, water environment and water resources. By catchment partition and model simulation, distribute ecological stormwater infrastructures such as subsided green space, bio-retention et al. Construct stormwater management mechanism from rainwater collection, storage, purification and utilization, thus to explore ways to coordinate development and landscape in mountainous cities.

KEY WORDS: refined; planning layout; stormwater management; Chongqing Science City

当前，我国城市发展正处于转型阶段，传统的粗放式城市管理方式已经不能满足快速发展的需求，城市管理逐渐走向精细化。针对当前城市生态脆弱、内涝多发的问题，精细化是一种最大限度让自然做功、减少资源占用和降低管理成本的规划方式。《管子·乘马》“高勿近旱而水用足，下勿近水而沟防省，因天材，就地利……”，便是对环境影响深刻认识的基础上的科学布局。

为缓解城市化带来的雨洪问题，西方国家在多年实践中探索了不同的雨洪管理模式，包括最佳管理措施（BMP）、低影响开发（LID）、可持续城市排水系统（SUDS）、水敏感性城市设计（WSUD）、绿色基础设施（GI）、水环境精明设计（WSD）等^[1,2]，取得了较好的实际应用效果。而实践中重要的不是某个理念或方法的刻意运用，而是立足于场地条件和自然环境资源，因地制宜、适时适地综合运用相关理论与方法。

我国借鉴国外先进理念，在生态雨洪管理方面也进行了诸多有益尝试^[3,4]。2014年，，指出“海绵城市”是城市像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用^[5]，并要求以建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”为目标，将透水型城市发展理念融入规划全过程。

重庆科学城位于重庆市渝北区，毗邻江北国际机场，规划研究范围10.7km²，场地西高东低，高差近300m，北侧后河为嘉陵江支流，花石沟从场地中南部穿过。重庆常年降雨量在1000mm以上，主要集中在夏秋两季，加之地形地貌复杂，防洪排涝形式严峻。重庆市作为典型的山地城市，生态系统敏感脆弱且不易恢复，加上气候、水体、植被及人为因素的影响，仅靠地下管网无法保障城市雨洪安全，规划充分利用特殊的自然条件，改变“以排为主”的传统雨水处理思想，营造城市排水的“软性系统”，构建山地内涝防治及雨水利用系统。

本文将生态评价工作前置，识别基址内生态要素，提炼低影响主干格局，结合生态敏感性分析和安全限制要素，划定非建设区边界和建设强度分区，使规划结构服从外围生态基础设施结构，既从空间上保留河流、山体等绿色基底，更从功能上梳理出其对城市用水、防洪排涝的作用，进而将“精细化”理念引入规划布局，划定汇水分区，结合降雨情景模拟技术，科学布局生态雨洪设施，降低降雨过程中潜在的城市内涝、下游洪水、雨水污染等问题，并对雨水进行收集利用，构建“海绵城市”导向城市内涝防控系统。

基于“先保护后开发”的生态优先理念，甄别基址内山脊、河流等生态要素，尊重并理解自然过程，初识潜在绿化用地与建设用地，划定区域生态安全格局，结合生态敏感性评价和限制性要素布局，对建设强度进行分级，进而划定建设用地单元。

3.1 维护山水景观格局

保护基址内高品质的天然林地、草地、灌木丛、农田等，并融入绿色空间体系，强化山峰、河流等自然要素在规划中的作用，构建高品质、低维护的山水格局。

规划区内共识别出五条山脊线，山脊平均高度在300～380m之间，山脊长度均在1700m以上，建议保留山脊与山帽，维护山地植被群落，保护乔灌草垂直结构，促进群落自然演替、生境多样性维持和生态服务功能的提升。同时结合场地制高点和较高点，设置7处观景点，主要沿花石沟两侧山脊分布，观景点之间及观景点向整个场地均能形成良好的视线廊道（图1）。

河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等是典型的水生态敏感区，规划后河泄洪通道按两侧不小于20m防护距离进行控制，花石沟泄洪通道按两侧不小于10m防护距离进行控制，防护绿化带内预留污水干管走廊。保留场地重要汇水线，控制水系防护距离，保持水土涵养水源，是最有效的应对较强降雨的生态措施。

图1. 山水格局图

3.2 保护生态敏感区域

3.2.1 生态基础要素

地形因子是区域大的骨架和背景，在场地生态环境与景观质量中有着重要的影响，本文选取高程和坡度对地形进行评价（图2、图3）。植被是生态环境中最重要、最敏感的自然要素，是保护生态系统、改善环境的重要因素，本文选取植被覆盖率指标，综合考虑生物多样性、群落复层结构等对植被进行评价。

用地类型亦对生态敏感性产生重要影响，林地、水体、农田、湖泊等具有生态调节功能的用地是城市重要的生态涵养地，本文提取林地、开放水体的分布对用地进行评价，最大限度地保护森林、农田、河流、湿地等生态用地，保护生态敏感性区域（图4、图5）。

图2、3 高程分析图及坡度分析图

图4、5 植被覆盖率图及林地水体分布图

3.2.2 斑块廊道要素

景观生态格局反映了生态系统的空间结构特征，而斑块廊道是景观格局最普遍的形式。斑块形状和大小是评价斑块内部生境的重要指标，物种多样性随着斑块面积、边缘复杂程度的增加而增加（图6）。廊道形状和宽度是判定廊道质量的重要指标，廊道长度超过其宽度的两倍，能提供一个比内部生境比例更高的边缘生境条件，廊道宽度是控制生境、传导等功能的主要因素（图7）。生境连通性是影响生境传导、过滤、源和汇的重要因素，本文分别以林地、水体作为源，用高程、坡度、植被覆盖率确定阻力系数，建立累计最小阻力模型，评估生境之间的连通性，连通性越高生态效益越好（图8、图9）。

图6、7 斑块要素评价图及廊道宽度评价图

图8、9 林地最小累计阻力模型及水体最小累计阻力模型

3.3 保障安全限制要素

结合重庆科学城现状，共识别出5类安全限制性要素，包括25度以上不适宜建设区、地质灾害点、市政道路和地铁线路、已批已建用地、市政管线和高压走廊（图10）。

其中市政道路包括已征地的悦港大道，以及秋成大道、椿萱大道、悦港北路对外连接主干路，地铁线路包括5号线、9号线和14号线；已批建设用地包括公租房33.74hm²，小学用地4.02hm²；市政管线主要是燃气管线，包括DN325相两线、DN200水两线，规划相两线线位局部调整，水两线线位整体迁改；高压走廊包括现状220KV思悦线、220KV思礼线（规划为500KV）、110KV云空线，规划思礼线与云空线线位调整，东侧新增220KV思高线。以上均为规划应保障的安全限制要素。

 图10、11 限制性要素图及建设强度分级图

基于对生态敏感性和斑块廊道要素的综合评估，通过层次分析法，在GIS平台上对各单要素进行加权叠加，结合限制性要素分析，得出建设强度分级图（图11），指导重庆科学城空间规划布局。

4.1 构建思路

在科学划定城市布局、合理控制开发强度基础上，本文针对山地城市重庆的自然环境、降雨产流、水资源、水环境特征，从雨水渗透、收集调蓄、净化利用出发，因地制宜构建透水吸水、防洪排涝的“海绵城市”。“海绵城市”的核心思想是利用地形、植物、水体等构建近自然的雨水处理设施，相对于传统的排水模式，将排水系统划分为若干个汇水分区，并以小型、分散、低成本的生态方式进行水文单元的管理^[6]，保证城市地面的自然呼吸，从而有效减少洪峰流量、降低地表径流系数、控制面源污染等，其主要是对中、小降雨事件进行雨洪管理，维持和保护场地或城市开发前后的自然水文条件不变。

重庆科学城规划总体目标即开发后的径流量接近于开发前的径流量，并提升悬浮物总量去除率。本文从三方面出发：1）水安全方面，通过削峰调蓄、控制径流实现雨水自然积存，优先应用“滞”、“蓄”等措施，针对重庆山地坡度较大，降雨汇流速度快等特点，通过下沉式绿地、生物滞留设施等滞蓄系统，延长降雨产流、汇流及转输的时间，削减洪峰流量。2）水环境方面，通过削减城市面源污染、实现雨水自然净化、改善水质，综合应用“净”、“排”等措施，针对山地城市地形坡度大的特点，通过设置梯级植草沟、绿色屋顶等方式收集和排放道路径流，并承担地表污染径流的收集、净化和排放功能。3）水资源方面，通过恢复生态、自然循环实现雨水自然渗透，适当应用“渗”、“用”等措施，为避免雨水入渗导致路基受损或建筑基础不均匀沉降等问题，渗透性铺装主要在人行道、广场、露天停车场等场地实施，规划区过境水量丰沛；雨水回用以小范围为主，重点在公共建筑设置蓄水池、雨水桶等。

图12 “海绵城市”构建技术路线

4.2 汇水分区

图13、14 规划区现状下垫面及各汇水分区综合径流系数

汇水单元是指基址地表水自然排放系统的地理单元，本文基于自然汇水单元和自然水循环过程，采用地形图、坡度图、汇水线等确定排水格局，结合城市人工湖、集蓄池、人工湿地、天然洼地、坑塘、河流和沟渠等，界定出基本规划管理单元。重庆科学城共划分为24个汇水单元，以汇水单元为基础，结合规划区现状下垫面分析组织土地利用（图13、图14），能实现自然排水模式的有效保护以及建设单元里低环境影响的排水管理，是构建“海绵城市”的前置性条件。

4.3 模型模拟

重庆科学城现状下垫面共123个地块，其中居住用地25个，商业用地26个，绿地与广场18个，公共管理与公共服务地块13个，道路与交通设施地块41个。利用Digital Water Simulation模型软件，基于汇水区地形和现状下垫面构建地表产汇流模型，模拟得出近三年规划区年径流控制率分别为78%、79%、81%。为确保开发后的径流量接近于开发前的径流量，规划区年径流总量控制率定为80%（对应设计日降雨量25.5mm），年悬浮物总量去除率定为40%。运用海绵城市规划系统，将年径流总量控制率分解到各个地块，确定各地块低影响开发措施控制参数及径流削减量，模拟结果如表1所示。

表1. 模型模拟结果（部分）

4.4 控制措施

根据模型模拟结果，建议在重庆科学城布局6类生态雨洪设施，以消减场地建设即运行过程中对自然水文条件的影响，其分布如图15所示。

图15 生态雨洪设施分布图

4.4.1 下沉式绿地

下沉式绿地又称低势绿地、下凹式绿地，其典型结构为绿地高程低于周围硬化地面高程5~25cm，雨水溢流口设在绿地中或绿地和硬化地面交界处，雨水口高程高于绿地高程且低于硬化地面高程。广义的下沉式绿地还包括洼地、雨水花园、雨水塘、雨水湿地等生态雨洪设施。本方案规划布局下沉式绿地22.51hm²，预计雨水控制容积26204m³，占总控制容积的52.4%，通过建设下凹式绿地，可收集调蓄周边场地径流雨水，不仅可以起到削减径流量、减轻城市洪涝灾害的作用，且下渗的雨水可补充大气水分和回补地下水，减少绿地浇灌用水量。

4.4.2 生物滞留池

生物滞留池是指在低洼区种植灌木、花草乃至树木的工程措施，主要通过填料的过滤与吸附作用，以及植物根系的吸收作用净化雨水，同时通过将雨水暂时储存而后慢慢渗入周围土壤来削减地表雨水洪峰流量。本方案规划布局生物滞留池13.06hm²，预计雨水控制容积13262m³，占总控制容积的26.5%，可有效滞留雨洪，其投入维护成本较低，形成的雨水花园景观效果非常好。

4.4.3 植草沟

植草沟是指种植植被的景观性地表沟渠排水系统，经植草沟滞留、植物过滤和渗透作用，可以降低地表径流流速，减小径流流量，从而起到调蓄峰流量的作用，同时雨水径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物可得到有效去除。本方案规划布局植草沟6.12hm²，预计雨水控制容积6307m³，占总控制容积的12.6%，其造价相对低，设计变通性强，可适应各种环境。

4.4.4 绿色屋顶

绿色屋顶通过在屋顶种植绿色植物实现滞留雨水，同时实现降低室温等多种功能以节约能源，是低影响设计的主要措施之一。根据不同植物和介质层，绿色屋顶在夏天一般可滞留70%~90%的降雨，冬季可滞留25%~40%的降雨量。本方案规划布局绿色屋顶3.15hm²，预计雨水控制容积283m³，占总控制容积的0.6%，在土地紧张的城市中利用好这些屋顶，对雨水资源管理与利用有非常显著的效果。

4.4.5 透水铺装

透水铺装可有效降低不透水面积，增加雨水渗透，减少地表径流，同时对径流水质具有一定的处理。目前有各种产品可替代传统沥青、水泥铺设路面，如水泥孔砖或网格砖、透水沥青、透水混凝土等。本方案规划透水铺装面积28.57hm²，预计雨水控制容积2954m³，占总控制容积的5.9%，主要在停车场、便道等交通流量较低的区域使用。

4.4.6 雨水桶

雨水桶属小型雨水收集设施，收集的雨水经适当处理后，可作为杂用水冲厕、植栽、浇灌等。雨水桶的径流削减效果与其站点布设、有效容量、降雨强度等密切相关，特点是占地小，投资省，运行维护方便。本方案规划布局雨水桶937个，预计雨水控制容积999m³，占总控制容积的2.0%，主要用于单体建筑及小建筑群屋面等雨水水质较好的场所。

此外，规划区污水处理将采取“集中+分散”的方式，沿后河及花石沟规划设置两条截污干管，集中收集污水后送往悦来污水厂，可满足大部分污水排放。另设置4处小型污水处理设施，解决片区排放，预计可产生再生水量880立方米/日，用于景观水体补水、绿化、浇洒、冲厕等。结合全区水域的调蓄和渗透补充地下水，方案实施后可节约水资源量5.0万立方米，雨水经绿地渗透和生态湿地等雨水利用设施净化，大大减轻了雨水中污染物对环境的污染。规划区雨水径流年控制率将达80%，经测算可节省雨水管网造价12%。

表2. “海绵城市”生态雨洪设施效益评价

 精细化将是未来城市规划管理的趋势所在，重庆科学城规划实践中，该理念贯穿了用地选择、空间布局、场地设计全过程。用地选择的核心是保护高价值自然植被群落与基址地表排水模式，强化基址内自然要素功用；空间布局关键在于地尽其用，科学划定用地单元和开发强度，使用地功能与自然过程及资源特征相匹配；生态雨洪设施植入是场地设计阶段低影响开发的有效手段，在自然做功的过程中削减建设的环境影响，充分体现“海绵城市”构建思想。本文针对重庆科学城的场地特征，从生态保护和雨洪管理角度切入，探讨了城市开发建设与生态景观相协调的规划途径，后续将结合建成后评估，对精细化规划方法进行进一步完善和优化。

致谢

感谢北京清华同衡规划设计研究院有限公司杨军、程玺悦，北京清控人居环境研究院毛磊在项目中提供的支持与帮助。

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