【摘要】針對我國面臨的洪澇災害和水資源短缺問題，融合最新雨洪利用與管理理念，提出“生態海綿”地區的雨水利用規劃理念，從城市規劃層面前瞻性提出雨水資源化的途徑。研究優化探討“生態海綿”的構建技術方案和評價指標體系，通過“生態海綿”對雨水的滲透及滯留利用，實現水資源保護、城市防洪、水景觀及水污染控制的綜合效益。
【關鍵詞】雨水利用;城市規劃;水系統規劃
近年來很多地區頻發干旱和內澇等災害，引發我們對城市水危機的深刻思考。水資源短缺和洪澇災害并發的一個重要原因是雨水資源沒有得到合理利用，而是通過排水系統排走，但排水設施的設計標準較低且城市排澇標準體系的缺失造成了暴雨時節嚴重積水，產生洪澇災害，加劇了城市缺水，水污染以及生態環境惡化等問題。通過雨水資源化解決水危機及洪災問題一直是很多學者關注的重點［1－3］，它對于緩解水資源危機，補償城市生態環境及防洪減災等方面具有重大社會、經濟和環境效益。
現有關于雨水資源化的研究大多從工程設計方面入手，但實際上應整體和多目標的解決雨水問題，而非單一工程的解決方式，在城市發展的規劃層面需前瞻性的分析雨水資源化的方向，構建雨水利用及生態安全格局，發達國家已從單純的工程技術層面走向與景觀生態設計緊密結合［4－7］。城市規劃及城市景觀規劃設計理應為解決環境問題提供可操作的平臺，而傳統的城市規劃，主要是將雨水通過管網排除或收集至污水廠進行處理解決點源污染，卻導致排水設施壓力增加，且雨水徑流的面源污染得不到控制，威脅城市的安全。目前城市雨水利用尚未納入城市規劃的考慮范圍，造成雨水利用設施建設隨意性較大;未來城市規劃需充分認識雨水資源的價值，在規劃中積極引入雨水資源化的理念，通過雨洪利用和景觀生態設計等手段解決城市水危機。
本文針對北京首鋼工業改造區進行雨水利用規劃研究，將雨水作為地區景觀設計的重要元素，將雨水利用納入城市規劃體系中，構建雨水利用“生態海綿”地區。初步優化探討“生態海綿”地區雨水利用的綜合效益，并在此基礎上提出雨水利用構建技術和評價指標體系，以期為后續土地一、二級開發及雨水利用工程設計提供參考。
1項目概述
2007年，北京市城市規劃設計研究院完成了《首鋼工業區改造規劃》，根據區域發展要求并落實北京城市總體規劃，首鋼主廠區及其協作發展區應作為北京城市西部的綜合服務中心;作為中國鋼鐵工業改造轉型的典范，應走出一條特色工業資源與現代科技文化相結合的發展之路，成為后工業文化創意產業區。根據區域發展要求并落實北京城市總體規劃，按照總規要求創新規劃理念和方式方法，在該規劃中探索低碳生態的規劃設計指標體系。
工業區地形坡度大，現狀雨水通過人民渠排除，但是河道斷面狹窄，過水能力低;現狀月季園和晾水池兩處水域都采用自來水補水，因無雨水收集設施及地勢等影響，雨水無法流入湖內補充水體，現狀雨水利用幾乎處于空白。
根據工業區改造建設低碳生態城市的目標，對雨水利用提出一些要求:第一，必須保障防洪安全;第二，以節約利用水資源為目標，構建以雨水利用為主的景觀;第三，通過雨水利用恢復規劃區水生態系統，保障規劃區生態安全格局;第四，雨水利用規劃與土地開發、景觀設計、豎向規劃及其他涉水專項規劃協同編制，確保規劃能夠實施。
2“生態海綿”規劃理念
2.1理念概述
本規劃結合“生態排水+管網排水”雨水排除新模式，融合雨水開發應用領域最新的可持續發展及低影響開發等理念，構建“生態海綿”雨水利用地區的規劃理念。
“生態海綿”地區要求改變傳統雨水排放的模式，它要求采用與自然相近的雨水管理方法，盡可能不讓雨水外排，而是分散的蓄留和初步凈化。整個規劃區應該像海綿一樣，將進入的雨水短暫的存儲起來，再利用或緩慢下滲，構建生態海綿地區規劃理念，強調雨水可持續利用，把雨水“排水量零增長”的概念形象表達出來，這種理念符合生態環境保護及低碳生態城市發展的要求。
2.2綜合目標
本規劃兼顧城市用地和空間開發宏觀指引，制定雨水綜合利用的空間分布、分類及技術措施等;微觀上進行雨水利用規劃設計的要點控制，確定具體利用技術，控制指標及相關配套政策等。期望能夠從宏觀和微觀相結合的層面上進行雨水利用綜合規劃，進而實現調蓄減排、水資源保護、雨水利用、水污染控制、水景觀及微氣候改善等綜合效益。
2.3評價指標
針對規劃構建的“生態海綿”地區從經濟、資源環境等角度出發提出三類指標，具體見表1。
雨水利用強度類指標反映雨水利用的程度，其中年雨水排放率指該地區進行雨水利用改造后排入市政管網的雨水量占全年總降雨量的比例，零排放降雨量和零排放重現期指可被規劃區滯留的降雨量和該降雨量對應的重現期。經濟類指標反映雨水利用設施的建設及管理成本，資源環境類指標反映雨水資源化程度及環境污染的控制情況。根據規劃區的實際情況制定各類指標的限制值，可控制和指導土地開發利用過程中雨水設施用地的預留和建設，指標體系也可用來預測及驗證規劃方案實施后的實際效果。本文構建的指標體系主要為本規劃效益評價服務，期望后續繼續完善雨水利用指標體系，為雨水利用相關管理控制措施及法規的制定提供幫助。
2.4技術體系
構建“生態海綿”地區的技術體系由雨水凈化系統、雨水滲透系統和雨水蓄集利用系統組成。規劃方案以綠地改造利用技術為核心技術，聯合其他以綠地為主要空間的雨水綜合利用技術，進而實現雨水的生態海綿吸收滲透方式。
屋頂:以屋頂綠化和屋頂花園改造為主，綜合徑流系數設計為0.2。廣場道路:采取透水鋪裝改造。綠地:地塊內綠地主要以低勢綠地、雨水花園等生物滯留系統為主，并結合滲透溝和植物溝渠滲透系統，整個系統以細粉砂的滲透系數為標準(取1×10－5m/s)，蓄水深100～200mm;公共綠地以生態濕地、景觀池等雨水集中利用設施改造為主，并配套相應蓄水池，蓄水深200～500mm;道路綠化帶采取綠色街道的改造建設，蓄水深200mm。后續詳細規劃設計計算，都將按照相關技術的設計標準進行計算分析。
3方案設計計算
3.1綜合方案(圖2)
研究針對規劃區的地質、環境、水文和氣象等條件進行分析，論證了雨水利用的可行性，確定雨水利用的主要途徑為下滲補充地下水，部分補充景觀水系。
宏觀上，將整個規劃區按照現有水域和綠地分布分為南北兩區，不同匯水面雨水經初期截污措施后優先下滲補充地下水源，多余雨水以重力流方式匯集至南北兩區的水系中。其中北區以現有晾水池為調蓄池接納未滲透的雨水，南區以現有景觀湖泊為調蓄池，并在水系周邊的公共綠地中建設生態濕地景觀，構造親水空間，起到美化環境和凈化水質的雙重功效。發生暴雨時溢流雨水通過防洪渠排除。
微觀上，將位于長安街兩側的地塊作為示范區，對其進行雨水利用詳細規劃設計，其中示范區1為綜合商業用地，示范區2為商業和公共綠地組合用地(該區域內含有景觀水體)，通過對典型地塊的優化設計，探討全區雨水利用的技術體系及控制指標。
3.2設計計算
3.2.1綜合滲透系統
示范區1為綜合商業用地，匯水面由屋面、綠地、道路和廣場組成，區域內無大面積水域，無景觀補水需求，因此本區雨水利用系統設計為“屋頂綠化+高位花壇+透水鋪裝+低勢綠地+植被淺溝、滲透溝”的雨水綜合滲透利用系統。屋面徑流經屋面綠化截留凈化后再流經高位花壇(內填滲透性能好、凈化能力強的人工混合土)進行滲透凈化。道路雨水一部分經透水鋪裝直接滲透，一部分與屋面雨水一起通過低勢綠地，流入滲透淺溝;雨量較大時，雨水沿著淺溝進入滲透溝下滲;超過滲透能力的雨水排入市政雨水管網。
為確定雨水利用措施的最佳方案，綜合北京市已有的工程設計經驗，分析屋頂綠化改造比例、綠地改造比例、滲透鋪裝比例以及設計零排放降雨量對經濟成本的影響。具體優化分析計算如下。
(1) 固定綠地改造和鋪裝改造比例分別為20%和30%、考察屋頂綠化和設計零排放降雨量對經濟成本的影響，結果見表2。
由表2可見，屋頂綠化改造比例的提高，對提高地塊零排放降雨量的作用較小，且隨改造比例增加所有經濟指標都相應增加，因此需適當降低屋頂綠化比例以節省成本。
(2) 固定綠地改造和屋頂綠化比例分別為20%和10%、考察透水鋪裝和設計零排放降雨量對經濟成本的影響。結果表明，與屋頂綠化相似，透水鋪裝改造比例的提高，對提高地塊零排放降雨量的作用不明顯，且隨改造比例增加所有經濟指標都相應增加。
(3) 固定透水鋪裝和屋頂綠化比例分別為30%和10%、考察綠地改造和設計零排放降雨量對經濟成本的影響，結果見表3。
由表3可見，與屋頂綠化和透水鋪裝不同，綠地改造比例的提高，對提高地塊設計零排放降雨量的作用明顯，且隨改造強度增加，噸水綜合利用和噸水維護成本有所降低，表明提高綠地改造比例可提高零排放降雨量和降低經濟成本。本結論從蓄水量及經濟最優方面驗證了學界關于綠地是城市雨水利用最佳效益獲取場所的論述［8－10］。
通過對三種影響因素及各種經濟指標的綜合分析，針對示范區的雨水利用綜合滲透系統，綠地改造25%左右、設計零排放降雨量35mm左右是最佳雨水利用改造措施方案。
3.2.2以景觀水體為核心的綜合利用系統
示范區2是公共綠地和商業綜合用地，區內有景觀水體，因此規劃構建“以景觀水體為核心的綜合利用系統”。屋面雨水先經屋頂綠化截留凈化后再流經建筑物周邊雨水花壇等設施進行滲透凈化。凈化后的雨水再流經設置于景觀水池中的人工濕地，出水水質可符合景觀水體的水質要求，經濕地處理后排入景觀水池。多余雨水通過綠地滲透系統進行下滲補充地下水。
與綜合滲透系統一樣，采取同樣方式優化分析最佳方案，結論與綜合滲透系統一致:屋頂綠化和透水鋪裝改造比例的提高不能提高零排放降雨量且增加經濟成本，綠地是最經濟的雨水利用場所。
經濟性分析表明:總凈增造價、年折舊費用、單位面積凈增造價、噸水投資折舊和年維護費用都按照改造比例增加而增加，但噸水維護費用和噸水利用綜合成本隨改造比例的提高變化曲線如圖3和圖4所示。
綜上分析，針對“以景觀水體為核心的綜合利用系統”，綠地改造11%左右、設計零排放降雨量40mm左右是最佳雨水利用改造方案。
3.2.3規劃區綜合方案計算
以示范區的設計計算結論為依據，規劃全區雨水利用方案，按照雨水利用強度等級，提出4種方案，具體見表4。針對4種方案進行經濟性及滯留雨水量分析，結果見表5。
按照4種方案考察不同利用方案情況下，全區可滯留的降雨量、零排放標準及雨水利用率等指標，方案3為最佳方案。后期土地一級和二級開發利用需以此改造比例為標準進行不同性質地塊雨水利用設施建設。
4“生態海綿”效益分析
上文已構建了“生態海綿”地區評價指標，利用這一指標體系進行規劃方案的綜合效益分析，4種規劃方案的經濟性分析見表5，最佳方案3時，規劃區可滯留98mm降雨量，相當于規劃區3年重現期以上的降雨量都可被“海綿”吸收，雨水利用率可達90%(表6)。
結合全區水域的調蓄和滲透補充地下水，方案3實施后可節約水資源量202.47萬m3，雨水經綠地滲透和生態濕地等雨水利用設施凈化，大大減輕了雨水中污染物對環境的污染，根據北京市雨水污染物濃度的監測值和凈化設施凈化能力，預計方案3實施后可減少COD外排量101萬t，這對生態環境的保護具有重大意義。
5結語
長期以來，城市涉水規劃中雨水排除與利用規劃均未被以單項規劃進行，且雨水利用規劃與其他專項規劃之間缺少有機聯系。將雨水資源化思想融入城市規劃、水系統規劃、環境規劃及綜合防災等規劃中，對未來城市健康、可持續的發展具有重要意義。
未來可以“生態海綿”地區構建為借鑒，創新雨水利用規劃理念，進一步完善雨水利用規劃的法規、管理政策、盡可能將雨水利用規劃由非傳統規劃改變為法定規劃，引導社會認識雨水利用的重要性，加大相關研究和實踐的投入，從法律、經濟和教育等方面提供保障，創造適合我國雨水利用的技術和藝術。
【參考文獻】
［1］曹秀芹，車武．城市屋面雨水收集利用系統方案設計分析［J］．給水排水，2002(1):13－15．
［2］BarraudS，GautierA，BardinJP，RiouV．The impact of intentional stormwater infiltration on soil and groundwater［J］．WaterScienceandTechnology，1999(2):185－192．
［3］張元勛．城市雨水資源化技術［J］．污染防治技術，2005(1):28－31．
［4］馮峰，孫五繼．洪水資源化的實現途徑及手段探討［J］．中國水土保持，2005(9):4－5．
［5］車武，李俊奇．從第十屆國際雨水利用大會看城市雨水利用的現狀與趨勢［J］，給水排水，2002，28(3):12－14．
［6］宋云，俞孔堅．構建城市雨洪管理系統的景觀規劃途徑———以威海市為例［J］．城市問題，2007(8):64－69．
［7］俞孔堅．以土地的名義:對景觀設計的理解［J］．建筑創作，2003(7):28－29．
［8］王沛永，張媛．城市綠地中雨水資源利用的途徑與方法［J］．中國園林，2005:75－81．
［9］趙廣川．濟南市市區雨洪水蓄排研究［D］．南京:河海大學，2006(6)．
［10］田國行．城市綠地系統生態規劃的理論分析［J］．中國園林，2006(9):88－91．
