引言：海绵城市理念与城市规划的融合必要性

海绵城市是指通过模拟自然水文循环过程，使城市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。这一理念源于2012年北京“7·21”特大暴雨灾害后我国对城市雨水管理的反思，2013年中央城镇化工作会议首次提出建设海绵城市，2015年国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》，标志着海绵城市建设进入国家层面战略部署。

传统城市规划往往忽视雨水管理，导致“逢雨必涝”、水体污染、地下水位下降等问题。将海绵城市策略融入城市规划，是实现城市可持续发展、提升城市韧性、改善人居环境的关键路径。本文将从规划前期、空间布局、技术应用、实施管理等维度，详细阐述如何有效融入海绵城市雨水管理策略。

一、规划前期：系统评估与目标设定

1.1 基础资料收集与分析

在规划初期，需全面收集城市自然地理、水文气象、土地利用、基础设施等基础资料，为海绵城市设计提供科学依据。

示例：某新区规划前期资料收集清单

  • 自然地理资料：地形高程数据（DEM）、土壤类型与渗透率、植被覆盖情况、水系分布图。
  • 水文气象资料：近30年降雨数据（包括降雨强度、历时、频率）、蒸发量、地下水位变化趋势。
  • 土地利用现状：用地性质（居住、商业、工业、绿地等）、不透水面积比例、现有排水管网布局。
  • 基础设施资料：现有污水处理厂处理能力、雨水管网管径与坡度、泵站位置与容量。

分析方法：利用GIS（地理信息系统）进行空间叠加分析，识别高风险内涝区域、径流污染重点区域、雨水资源可利用潜力区域。例如，通过分析地形坡度，确定地表径流方向；通过土壤渗透率分析，评估下渗潜力。

1.2 明确海绵城市建设目标

根据城市总体规划、排水防涝规划、水环境保护规划等上位规划，结合城市特点，设定可量化、可考核的海绵城市建设目标。

示例：某城市新区海绵城市建设目标

  • 年径流总量控制率：达到75%（对应设计降雨量27.8mm）。
  • 面源污染削减率：总悬浮物（TSS）削减率≥60%。
  • 雨水资源化利用率：年利用雨水量占年均降雨量的10%。
  • 内涝防治标准：有效应对50年一遇降雨，积水深度≤15cm，积水时间≤30分钟。

目标分解：将总体目标分解到不同用地类型。例如，居住区年径流总量控制率目标为70%，商业区为80%，公园绿地为90%。

二、空间布局：海绵城市要素的系统性融入

2.1 蓝绿灰基础设施协同布局

海绵城市建设需统筹“蓝”（水系、湿地）、“绿”（绿地、植被）、“灰”（管网、泵站）三类基础设施，形成协同网络。

示例：某城市新区蓝绿灰基础设施布局规划

  • 蓝线系统：保留并修复自然河道，构建“主干河道—支流—小微水体”的水系网络。例如，在新区中心规划一条生态河道，两侧设置缓冲带，宽度不小于20米。
  • 绿线系统：构建“公园—社区绿地—街头绿地—立体绿化”的绿地系统。例如，规划1个中央公园（面积≥50公顷）、5个社区公园（每个≥5公顷）、若干街头绿地（每个≥0.5公顷），并要求新建建筑屋顶绿化率≥30%。
  • 灰线系统：优化雨水管网布局，设置调蓄设施。例如，在易涝点设置地下调蓄池（容积≥1000m³），在道路交叉口设置雨水花园（面积≥50m²）。

协同机制：通过GIS空间分析，确保蓝绿灰设施在空间上连通。例如，将绿地、水系、调蓄设施通过生态廊道连接，形成雨水径流传输通道。

2.2 不同用地类型的海绵城市设计指引

根据居住、商业、工业、绿地等不同用地类型，制定差异化的海绵城市设计要求。

示例：居住区海绵城市设计要点

  • 下垫面改造：透水铺装率≥70%，屋顶绿化率≥30%，下凹式绿地率≥15%。
  • 雨水设施配置：每栋建筑设置雨水桶（容积≥200L），每组团设置雨水花园（面积≥100m²），小区入口设置生态植草沟（长度≥50m）。
  • 径流路径设计：将屋顶、道路、绿地的雨水通过植草沟、渗管等设施，有序引导至雨水花园或调蓄设施，避免直接排入市政管网。

示例：商业区海绵城市设计要点

  • 广场与停车场：采用透水混凝土或透水砖铺装，设置下凹式绿地（下凹深度10-15cm），配置雨水花园。
  • 屋顶雨水收集：大型商业综合体屋顶设置雨水收集系统，用于绿化灌溉或景观补水。
  • 调蓄设施：结合地下车库设置调蓄池，容积根据汇水面积计算（例如，每1000m²汇水面积设置50m³调蓄池）。

三、技术应用：海绵城市设施的详细设计与实施

3.1 低影响开发（LID）设施设计

低影响开发设施是海绵城市的核心技术，包括雨水花园、透水铺装、绿色屋顶、植草沟、下凹式绿地等。

雨水花园设计示例

  • 选址：设置在径流汇集处，如道路边缘、建筑周边、绿地低洼处。
  • 结构：自上而下为植被层（耐水湿植物）、种植土层（厚度30-50cm，渗透率≥1×10⁻⁶m/s）、砂砾层（厚度20-30cm）、防渗膜（可选，根据地下水位情况）。
  • 尺寸计算：根据汇水面积和设计降雨量计算。例如，汇水面积1000m²，设计降雨量27.8mm，年径流总量控制率75%，则需控制径流量为1000m²×27.8mm×75% = 20.85m³。雨水花园有效容积按1.2倍安全系数计算，即25m³。假设雨水花园面积50m²，则平均深度0.5m。
  • 植物选择：选择耐水湿、耐旱、净化能力强的植物，如芦苇、香蒲、鸢尾等。

透水铺装设计示例

  • 结构：面层（透水混凝土或透水砖，孔隙率15%-25%）、基层（级配碎石，厚度15-20cm）、垫层（砂砾，厚度10-15cm）。
  • 渗透率要求：渗透系数≥1×10⁻⁴m/s。
  • 施工要点：基层压实度≥95%，避免使用不透水基层，确保雨水能下渗至土壤。

3.2 雨水调蓄设施设计

雨水调蓄设施用于储存雨水，错峰排放或回用，包括地下调蓄池、地上调蓄塘、景观水体等。

地下调蓄池设计示例

  • 选址：设置在易涝点或大型汇水区下游，如公园地下、停车场下方。
  • 容积计算：根据设计降雨量和汇水面积计算。例如，汇水面积5000m²，设计降雨量50mm，需调蓄容积为5000m²×50mm = 250m³。考虑安全系数1.2，设计容积300m³。
  • 结构：采用钢筋混凝土结构，设置进水口、出水口、溢流口、检修口。进水口设置格栅，防止杂物进入；出水口连接市政管网或回用系统；溢流口连接市政管网，确保安全。
  • 运行管理：雨前预降容积，雨后及时排空或回用。例如，调蓄池水可用于绿化灌溉，每日灌溉量按1L/m²计算，300m³水可灌溉30万m²绿地。

3.3 雨水回用系统设计

雨水回用是海绵城市资源化利用的重要环节，包括收集、处理、储存、利用四个环节。

示例：某小区雨水回用系统设计

  • 收集系统：屋顶雨水通过雨水管收集，道路雨水通过雨水口收集，绿地雨水通过植草沟收集。
  • 处理系统：采用“弃流+过滤+消毒”工艺。弃流装置去除初期雨水（前5-10mm降雨），过滤装置采用砂滤或膜滤（过滤精度≤100μm），消毒采用紫外线或氯消毒。
  • 储存系统：设置雨水蓄水池（容积根据回用需求计算，例如，小区绿化面积10万m²，每日灌溉需100m³，蓄水池容积按3天用量设计，即300m³）。
  • 利用系统：用于绿化灌溉、道路冲洗、景观补水。例如，绿化灌溉采用滴灌或喷灌，每日灌溉时间设定在清晨或傍晚，减少蒸发损失。

四、实施管理：规划落地与长效运维

4.1 规划管控与审批流程

将海绵城市要求纳入城市规划审批流程，确保项目落地。

示例：某城市海绵城市规划管控流程

  • 规划阶段：在控制性详细规划中明确各地块的海绵城市指标（如年径流总量控制率、透水铺装率等）。
  • 设计阶段：在修建性详细规划和施工图设计中，编制海绵城市专项设计，明确设施类型、尺寸、布局。
  • 审批阶段：规划部门在审批时，将海绵城市专项设计作为必要条件，未通过审批的项目不予核发建设工程规划许可证。
  • 验收阶段：竣工验收时，对海绵城市设施进行专项验收，包括现场检测（如透水铺装渗透率、雨水花园蓄水能力）和资料审查。

4.2 运维管理机制

建立海绵城市设施运维管理机制，确保设施长期有效运行。

示例：某新区海绵城市设施运维管理方案

  • 责任主体：明确政府、企业、社区、物业的运维责任。例如，公共绿地的雨水花园由市政部门维护，小区内的雨水设施由物业维护，道路透水铺装由道路管理部门维护。
  • 运维内容：定期检查设施完好性（如透水铺装堵塞、雨水花园植物生长情况）、清理杂物（如雨水口、植草沟）、监测水质（如调蓄池水质）、记录运行数据（如降雨量、径流量、蓄水量）。
  • 运维频率：每月巡查一次，每季度清理一次，每年进行一次全面检测和维护。
  • 资金保障：建立海绵城市设施运维专项资金，来源包括财政拨款、雨水费（按用水量征收）、设施收益（如雨水回用收益）等。

4.3 监测评估与动态优化

建立海绵城市监测评估体系，通过数据驱动优化规划和管理。

示例：某城市海绵城市监测评估体系

  • 监测点布设：在典型地块（如居住区、商业区、公园）设置监测点，监测降雨量、径流量、水质（COD、SS、TP、TN）、地下水位等。
  • 监测设备：安装雨量计、流量计、水质在线监测仪、地下水位监测井。
  • 评估指标：年径流总量控制率、面源污染削减率、内涝防治效果、雨水资源化利用率。
  • 动态优化：根据监测数据，调整设施运行策略。例如，若监测发现某雨水花园渗透率下降，及时清理堵塞；若年径流总量控制率未达标，增加调蓄设施或改造下垫面。

五、案例分析：某城市新区海绵城市规划实践

5.1 项目背景

某城市新区规划面积20平方公里，规划人口20万，现状为农田和村庄，地势低洼，易受内涝影响。规划目标为建设成为国家级海绵城市示范区。

5.2 规划策略

  • 空间布局：构建“一廊、两带、多节点”的海绵城市空间结构。一廊：沿主干河道的生态廊道；两带：沿主要道路的绿色基础设施带；多节点：多个雨水花园、调蓄池、湿地公园。
  • 技术应用：全区推广透水铺装（透水率≥80%），建设雨水花园50个、调蓄池10个（总容积5000m³）、绿色屋顶100万m²。
  • 实施管理：将海绵城市指标纳入土地出让条件，要求新建项目年径流总量控制率≥70%；建立海绵城市运维管理平台，实时监测设施运行状态。

5.3 实施效果

  • 内涝防治：有效应对50年一遇降雨，内涝面积减少90%。
  • 水质改善：面源污染削减率≥65%，河道水质从劣V类提升至IV类。
  • 资源利用：雨水回用率15%，年节约自来水300万m³。
  • 生态效益：增加绿地面积15%，提升生物多样性。

六、挑战与对策

6.1 常见挑战

  • 资金压力：海绵城市建设投资大，运维成本高。
  • 技术标准不统一：各地技术标准差异大，缺乏全国统一规范。
  • 部门协调困难：涉及规划、住建、水利、环保等多个部门，协调难度大。
  • 公众参与不足：公众对海绵城市认知度低，参与度不高。

6.2 对策建议

  • 多元化融资：采用PPP模式、发行绿色债券、引入社会资本参与建设运维。
  • 标准化建设：推动国家层面出台统一的技术标准和设计规范。
  • 跨部门协作机制：建立海绵城市建设领导小组，统筹各部门职责。
  • 公众宣传与参与：通过社区活动、媒体宣传、示范项目参观等方式，提高公众认知，鼓励居民参与雨水设施维护。

七、未来展望：海绵城市与智慧城市融合

随着物联网、大数据、人工智能技术的发展，海绵城市将向智慧化方向发展。

示例：智慧海绵城市系统

  • 感知层：部署传感器网络，实时监测降雨、径流、水质、设施状态。
  • 网络层：通过5G、物联网传输数据。
  • 平台层：构建海绵城市大数据平台，整合多源数据，进行模拟预测。
  • 应用层：实现智能调度（如根据降雨预报自动排空调蓄池）、智能运维（如自动清洗透水铺装）、公众服务（如通过APP发布积水预警）。

示例：代码实现——基于Python的径流模拟

import numpy as np
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt

# 模拟降雨数据（单位：mm）
rainfall = np.array([5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50])

# 径流系数（根据下垫面类型）
runoff_coefficient = {
    '透水铺装': 0.1,
    '绿地': 0.15,
    '屋顶': 0.9,
    '道路': 0.8
}

# 汇水面积（单位：m²）
catchment_area = {
    '透水铺装': 5000,
    '绿地': 3000,
    '屋顶': 2000,
    '道路': 1000
}

# 计算径流量
runoff_volume = {}
for key in rainfall:
    total_runoff = 0
    for surface, area in catchment_area.items():
        total_runoff += area * key * runoff_coefficient[surface] / 1000  # 转换为m³
    runoff_volume[key] = total_runoff

# 输出结果
print("降雨量(mm) | 径流量(m³)")
for r, v in runoff_volume.items():
    print(f"{r} | {v:.2f}")

# 绘制径流量与降雨量关系图
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.plot(rainfall, list(runoff_volume.values()), marker='o')
plt.xlabel('降雨量 (mm)')
plt.ylabel('径流量 (m³)')
plt.title('径流量与降雨量关系')
plt.grid(True)
plt.show()

代码说明：该代码模拟了不同降雨量下，不同下垫面类型的径流量计算。通过输入降雨量和下垫面参数，可以快速评估海绵城市设施的径流控制效果，为规划提供数据支持。

结语

将海绵城市雨水管理策略有效融入城市规划，需要从系统评估、空间布局、技术应用、实施管理等多个维度协同推进。通过科学规划、精细设计、严格管控和长效运维，海绵城市不仅能解决城市内涝和水污染问题，还能提升城市生态品质、促进资源循环利用，最终实现人与自然和谐共生的可持续发展目标。未来，随着智慧技术的融合，海绵城市将更加高效、智能，为城市规划提供更强大的支撑。