韌性城市下的區(qū)域雨洪控制系統(tǒng)構建
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【摘要】本文以韌性城市、雨洪調蓄及雨洪控制等相關概念剖析入手，簡要地分析了區(qū)域雨洪控制系統(tǒng)構建時所必須面對的降雨量增大、行洪能力減弱、地表徑流加強的不利局面，并提出了以河道水系治理、城市綠地調蓄、改善城市地表徑流態(tài)勢等方面的改進建議。
【關鍵詞】韌性城市；雨洪控制；系統(tǒng)構建；改建建議
1相關概念
1.1韌性城市
韌性城市是由“Resilientcity”一詞翻譯未來，而韌性“Resilient”原本常見于物理學領域，其通常表示材料在受到正面壓力或側方剪力過程中所能吸收的能量大小，而所吸收的能量每種材料或以塑性形變的方式進行消耗。1973年加拿大的學者將韌性一詞引入生態(tài)學領域，并將其定義為某一生態(tài)系統(tǒng)受到外界干擾和破壞后，通過自身調節(jié)能力重新恢復至原狀的能力。隨后，韌性城市這一理念逐步在西方國家被學術界認可，目前城市規(guī)劃行業(yè)將其定義為城市或城市中部分區(qū)域在受到外界各類負面影響后，在其城市環(huán)境、產業(yè)結構等要素發(fā)生不可逆惡化前所展現(xiàn)的應對突發(fā)事件能力，其中的負面影響包括地質災害、雨雪洪澇、干旱、傳染性疾病等。
1.2雨洪調蓄與雨洪控制
雨洪調蓄是指城市在降水來臨期間通過河道等自然水體排放或調蓄，亦或是通過雨水管網系統(tǒng)外排的降水量大小。雨洪控制則是城市通過各種措施來降低雨洪對于城市正常生產生活的影響的能力，雨洪對于發(fā)達國家的城市而言不僅是威脅更是寶貴的資源，其能夠通過多種技術手段對降水進行充分的收集和利用，而在我國由于降水期間的地表徑流未能得到妥善的凈化處理，大量降水中污染物質超標從而降低了其資源性，為此我國的雨洪控制則更多地體現(xiàn)在了水量管控方面。
2區(qū)域雨洪控制系統(tǒng)所面臨的困境
2.1區(qū)域短時降水量不斷增加
通常情況下城市雨水管網及河道的排水量僅可保證城市在面對5年一遇的降水期間不受淹，但是由于全球氣候的不斷惡化，各種突發(fā)性氣候災害的頻率和影響程度不斷加大，我國部分城市短時間的面雨量可以猛增至幾十甚至上百毫米/平方米，其大大超出了城市雨水管網系統(tǒng)的承受能力，從而導致城市出現(xiàn)內澇災害。
2.2區(qū)域內河道行洪能力不斷減弱
在城市中河道水體會因城市開發(fā)建設的需要受到較大的影響，大量河道因違章搭建或清淤不及時而出現(xiàn)堵塞和淤積，從而導致河道的水域面積和所對應的河道水體庫容量大幅下降，大量降水無法通過河道組織排放。
2.3區(qū)域內地表徑流流速與流量大幅上升
由于城市建設導致區(qū)域內地表的不透水大大增加，部分可在區(qū)域內進行下滲、消納的地表徑流無法正常下滲，大量雨水不得不完全依靠雨水管道向河道排放。地表徑流不斷在區(qū)域內匯集，而其所對應的流量與流速也急速增加。
3區(qū)域雨洪控制系統(tǒng)構建改進策略
3.1加強水利建設，提升城市雨洪防御能力
城市中的各類水體不僅對于雨洪有著十分顯著的調蓄作用，而且河道也是城市行洪排澇的骨干通道，城市建設往往會為了提高區(qū)域內中土地利用的從而采取大量填埋現(xiàn)有水域亦或是肆意改變河道走向，雖然在短時間內獲取了較高的土地收益，但對河道水域的改變對于區(qū)域雨洪控制系統(tǒng)而言是致命的，許多城市出現(xiàn)的城市內澇問題都是由于原本通暢的水體受到侵占，河道原有的調蓄和行洪能力大幅下降而導致的。因此，通過加強區(qū)域內水利設施建設，恢復或提高區(qū)域河道行洪、蓄洪能力對于區(qū)域雨洪控制而言是首要任務。為了進一步完善區(qū)域河網水系體系布局情況，可先結合區(qū)域降水量、地表徑流系數(shù)、現(xiàn)有水面率等因素進行水力模型計算，從而計算出符合區(qū)域現(xiàn)狀及未來發(fā)展需求的區(qū)塊規(guī)劃水面率控制目標。隨后，結合區(qū)域空間布局和土地利用情況確定每條河道的具體走向、河道寬度等相關指標。最后，根據(jù)水利工程建設計劃以及區(qū)塊開發(fā)情況落實區(qū)域內規(guī)劃河道的建設工作。為了達到規(guī)劃水面率控制目標除了安排資金新開挖部分河道外，通過對現(xiàn)有河道開展一系列的整治工作也能起到提升水面率的作用，例如拓寬現(xiàn)有河道、打通關鍵節(jié)點、擴大過水斷面等形式。擴寬河道是指對現(xiàn)有河道水域進行拓寬，拆除原本搭建在河道兩側的各類違章建筑物、廢棄碼頭平臺等一系列阻水設施，同時對部分淤積嚴重的河道邊灘進行清理，并在河道兩側重新砌筑護岸，進而使得河道水面寬度增加。上世紀五六十年代由于經濟和技術條件的限制，我國城市中的橋梁建設往往會通過填筑部分河道水域來縮小橋梁跨徑，但跨徑的縮小導致許多河道在橋梁處出現(xiàn)了卡口，河道在橋梁處的阻水率突然上升至30%以上，部分節(jié)點甚至能夠達到50%左右。而打通關鍵節(jié)點便主要針對上述河道“梗阻點”，通過對橋梁的拆復建來降低橋梁所產生的阻水率，進而起到改善河網行洪能力的作用，這一舉措在部分區(qū)域內承擔著行洪排澇能力的骨干河網有著至關重要的意義。擴大河道過水斷面不僅能通過增加河道水面寬度來達到，而且利用對河道開展日常清淤工作，及時地清理淤積在河道底部的淤泥與垃圾，從而增加河道水深也可起到擴大過水斷面的目的。河道的蓄洪能力對于城市雨洪控制系統(tǒng)也能起到較大的改善作用，例如在強降水來臨前通過預排預泄提前將區(qū)域河網的水位控制在降低的水平，從而在降水期間河網在達到警戒水位線能夠儲存更多的水量。同時，在行洪河道上建設強排泵站可進一步提高河道在降雨期間的調蓄能力。
3.2充分利用城市綠地，增強城市雨洪調節(jié)能力
雖然通過擴大城市河網水面率能夠起到較好的雨洪控制效果，但是由于城區(qū)區(qū)域內建設用地數(shù)量極其有限，如區(qū)域內將規(guī)劃河網水面率制定的過高則勢必會造成大量的城市空間的浪費及開發(fā)利用受限。根據(jù)我國城市規(guī)劃控制要求，城市綠地指標通常都被控制25%以上，我國南方地區(qū)甚至可以高達30%，如能通過各類改造技術使其能夠增加調蓄雨洪的功能，勢必會大大增加區(qū)域的韌性。首先，我國城市中河道的兩側布置了帶狀的防護綠地，但是由于河道和綠地分屬城建和水利兩個部門，其在綠地的防護指標上存在諸多差異，許多河道防護綠地由于地坪標高過高而失去了部分調蓄功能。為此，河道兩側防護綠帶建設前，住建部門可征求水利部門相關意見，適當降低河岸兩側一定范圍內綠地的地坪標高，使其能夠在水位暴漲時承擔起擴大河道行洪斷面的作用。同時，針對河道兩側綠帶存在短時間過洪的需求，園林部門在綠地內苗木品種選擇上也應當考慮其能夠承受短時間的水淹，而在苗木布局上河岸兩側的植物密度不宜過大、高度不宜過高，不然其將影響到河道行洪，可以灌木、地被及水生植物為主共同營造出和諧的景觀效果。其次，發(fā)揮綠地的空間優(yōu)勢，采用人工濕地、雨水花園、生態(tài)塘等低影響開發(fā)技術進一步緩解區(qū)域雨洪調蓄壓力。目前城市綠地中往往會設置部分景觀水體，但由于景觀水體未能與城市河道進行溝通，從而導致大量景觀水體的調蓄能力被浪費。因此，在公園景觀水體設計可盡量與城市河道相溝通，亦或是采取區(qū)域調蓄的原則利用植草溝、排水渠等形式的排水設施將公園及周邊一定范圍內區(qū)域降水引導至景觀水體內進行臨時儲存，從而降低城市雨水管網的排水壓力。雨水花園則是一種新興的景觀設計模式，其在平時是一處可供游客游覽參觀的花園，但其內部的植物和其他景觀設施均可承受短時間的水淹，在降水期間承擔部分雨洪調蓄功能，待到了降水結束后雨水花園內的積水可自行通過管渠或采取人工外排等方式外外部雨水管網排放。最后，通過發(fā)揮城市綠地在遲滯、吸收、下滲等方面的功能可減少流經城市綠地中地標徑流的流量與流速，并以此來達到區(qū)域雨洪管控的目的。其一，綠地內的植物均有發(fā)達的根系組織，降水期間地表徑流流經綠地時植物能夠吸收大量的水分，并通過根系組織像海綿一樣儲存部分水分，這對降低地表徑流量有著極大的幫助。其二，綠地的透水性較高，地表徑流可緩慢地透過綠地上的植物滲透入地下空間，而種植在地表上的植物能夠起到減緩地表徑流流速的效果，從而使得更多的地表徑流能夠通過綠地滲透入地下空間，即減少了區(qū)域雨洪調節(jié)量，又能充分補充日益下降的地下水位。其三，初期雨水中含有大量的雜質，地表徑流在經過植物表面時，其中所大量雜質能夠被植物枝葉上的微絨毛組織所吸附和阻隔，從而降低雨水的污染物質含量。
3.3改善建設用地透水性，消減開發(fā)建設對于區(qū)域雨洪控制的影響
通過對部分城市內澇的成因分析，除了區(qū)域內水域面積和雨洪調蓄能力降低這一誘因外，各類建設用地中雨洪調蓄能力的降低也給區(qū)域雨洪控制造成了巨大壓力。由于城市開發(fā)的過程中將原本透水率較高的農田變成了硬化的地坪，從而使得原本可在區(qū)塊內進行下滲或調蓄的雨洪必須通過區(qū)域雨水管網系統(tǒng)組織外排，最終造成了區(qū)域市政雨水管網系統(tǒng)即便是一再對現(xiàn)有管網進行改造也會不堪重負而出現(xiàn)內澇問題。為此，通過各種技術手段來降低因城市開發(fā)所產生的區(qū)域雨洪增量，也成為了區(qū)域雨洪管控的一項重要舉措。日本東京在面對城市開發(fā)過程中所產生的巨大雨洪管理壓力時，采取了建設大規(guī)模地下調蓄池的做法，在東京地區(qū)遍布著數(shù)十處總調蓄量近200萬方的地下調蓄設施，其在降雨期間能夠臨時儲蓄大量的地表徑流，而在降水過后調蓄池內的雨水亦可被用于市政養(yǎng)護、園林綠化灌溉等方向，大大提升了雨水的利用率。如在我國城市中推廣類似的雨洪調蓄池，雖然所耗費的資金成本較大，但一旦上述設施建成后其所體現(xiàn)的社會和生態(tài)效益將會惠及子孫。目前，市政道路和廣場鋪裝上所使用的瀝青、混凝土、石材均為不透水鋪裝，從而在建設用地表面構成一道厚厚的防滲層，幾乎所有雨水都不能及時地下滲。近年來各類透水瀝青、透水混凝土的相繼研發(fā)成果，如采用上述透水材料進行鋪裝，材料內部結構中的孔隙組織能夠迅速地引導雨水向下部土壤中滲透，進而達到消減地表雨洪量的目的。同時，在各類建筑物的屋頂在建筑物承重和防水性能達標的前提下，可適當布置屋頂花園等形式的特殊區(qū)域綠化，使得降雨期間建筑物頂部說收集的雨水也能得到有效的存儲和吸納，進一步減少建設區(qū)域中雨洪外排量。
3.4出臺相關政策法規(guī)，使區(qū)域雨洪管理“賞罰分明”
上文中已經就改善區(qū)域雨洪管控的部分技術性措施進行了簡要論述，但任何改進措施的推廣必須依賴政府出臺相關的激勵或強制性條文，從而彌補因技術升級所造成的資金缺口。政府應當在建設用地出讓時明確區(qū)域內出讓用地所能夠外排的雨洪總量，并按照這個一張表設置雨水接口，而出讓地塊內剩余的雨洪量必須由開發(fā)商在出讓地塊內采用各種技術手段進行內部消化。對于不能夠完全消化雨洪調蓄量的開發(fā)商，政府有權向其征收一定的“區(qū)域雨洪調節(jié)費”；對于部分能夠超額完成雨洪調蓄量的地塊開發(fā)商，政府還可從罰沒的“區(qū)域雨洪調節(jié)費”中給予一定的獎勵。同時，對于采用透水鋪裝、屋頂花園、地下調蓄池的建設單位可按照每種類類型雨洪管控技術的實際調蓄量給予一定的工程造價補貼。鑒于區(qū)域雨洪管理涉及水利、市政、住建、園林等多家政府職能部門，其在綠地規(guī)劃、設施建設等方面都有所關聯(lián)，故在許多區(qū)域雨洪管控的技術和規(guī)范需要上述部門共同進行探討和擬定，并報請上級人民政府發(fā)文批準以便后續(xù)部門推進。
結語
基于韌性城市的區(qū)域雨洪控制體系的構建不僅提高了城市在面對雨洪災害時的應急處置能力，而且其對于提高雨洪的資源化利用率也有著積極的作用。通過水域與陸域同治、多家政府職能部門聯(lián)動勢必將進一步提高城市雨洪韌性，為創(chuàng)建可持續(xù)的社會主義城市化發(fā)展之路再立新功。
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作者：鄭英 單位：日照市規(guī)劃設計研究院集團有限公司