自2015年厦门成为国家第一批海绵城市建设试点城市,以翔安南部新城作为新城试点,在编制试点区海绵城市专项规划、实施方案、流域建设方案、流域修建性详细规划^[1,2]等一系列规划研究基础上,逐步探索出新城海绵城市建设系统化方案。该系统化方案改变了以往规划中单元与流域无关、指标与效果脱节、问题与方案失联、方案与工程脱钩等弊端,从解决流域问题角度出发,系统提出与解决问题相匹配的格局构建、管控体系、实施方案、建设工程等,并采用相关模型进行预期效果的模拟校核,形成了从提出问题到解决问题的完整闭环。

海绵城市是系统性、综合性工程,既需要从宏观角度构建蓝绿生态格局,又需要层层精细至微观层面的海绵设施布局设计^[3],覆盖山、水、林、田、湖、塘、沟、路、管等一系列大、中、小海绵体,涉及排水、绿化、道路、建筑等多个专业。然而,在当下的规划设计体系中,规划与设计缺乏有效衔接,规划重宏观而不落地、设计重微观而不系统,导致规划、方案、工程、效果等不具备纵向延续性;多专业间也缺乏横向统筹,各专业各自规划设计,造成单个海绵载体存在多项功能不协调或重复设计;同时,缺乏从提出问题到解决问题的系统性,忽视城市水问题的流域特征,盲目地进行指标分解而不顾可实施性,甚至常以既有工程项目引导规划方案编制或直接将工程与方案脱钩,完全违背了解决流域问题的初衷。

因此,目前的规划设计体系已不能很好地适应海绵城市建设需求,需尽快转变思路,在规划与设计之间增加系统化方案^[4],理清问题、目标、方案、项目与效果之间的关系,有效发挥衔接规划设计、统筹相关专业以及系统解决流域水问题等重要作用,更好地将海绵城市理念落到实处。

基于海绵城市的系统性、综合性特征,其系统化方案应以流域为单元,衔接上位规划要求,从解决问题及需求的角度出发,首先自上而下定格局、留洼地、梳通道、控标高,确保流域大排水安全;其次联合统筹“水环境、水安全、水生态、水资源”四大系统,以“源头减排、过程控制、系统治理”为抓手,将污染负荷削减、水安全风险配置等规划任务逐级细化落实到大、中、小海绵体的方案中,并采用模拟校核进一步验证效果,确保解决流域问题及需求;最后从四大系统中梳理工程项目体系及其各专业功能要求,为指导下一步项目的细化设计奠定基础。

针对老城区与新城区,海绵城市系统化方案的侧重点也有所区分。老城区以问题为导向^[5],重点解决历史遗留的雨污水系统不完善、河道水体黑臭、城区及村庄内涝等典型的老城问题。新城区则以目标为长期导向,兼顾近期问题修复,严格管控山水格局、场地竖向、排水管网、地块与道路的径流总量及其污染等,并于近期针对现状水问题提出解决方案及相配套的工程与非工程措施。

翔安南部新城为厦门近期重点发展新区,但初期的开发建设仍沿用传统思路,遇山开山,遇水填水,水系坑塘多被侵占,分布零散独立,水面率逐年下降,已逐渐失去承担城市行洪排涝的骨架功能。同时,新城内水系水质多为Ⅴ类或劣Ⅴ类(如图1所示),主要污染来源为农村生活污水、农田面源污染、养殖污染、居住区和城镇径流污染等,并且与河道水体缺乏动力条件、水生植物无序滋生并腐烂有较大关系,整体水环境质量与水生态环境堪忧。除此之外,试点区地处极度缺水地区,且流域汇水面积较小,地表水资源更为稀缺,需充分挖掘本地蓄滞空间,提高非常规水资源利用率。

翔安南部新城正处开发建设初期,当下已暴露出水安全、水环境、水生态及水资源等多方面问题,然而许多问题也将随着城市建设而发生变化,需要用发展的眼光考虑未来新城的潜在问题。因此,除了解决现状问题,更重要的是先保护并修复山水格局,合理确定海绵城市管控目标及指标体系,以目标导向为主,兼顾问题导向,通过长期管控与近期修复相结合,更好地引导翔安南部新城建设成生态宜居新城。因此,系统化方案总体思路(如图2所示)是从新城自然本底梳理及建设需求分析出发,以建设成符合海绵城市理念的新城为总体目标,确立量化可达的目标及指标体系,再经合理的流域(排水分区)划分后,针对各流域现状问题及管控目标,划定蓝线、绿线、低洼地、汇流路径等保护范围,提出水环境改善、水安全提升、水生态优化、水资源保障方案及相匹配的工程体系与保障措施,通过长期管控与近期修复,确保新城在建设进程中能够修复当下并随建随管,始终符合海绵城市建设理念。

根据厦门市海绵城市总体目标要求及翔安南部新城试点区本底条件,明确试点区海绵城市建设总体目标为:以目标导向为主、问题导向为辅,突出城市建设管理中的海绵管控,通过对水系、绿地等大海绵体的严格保护修复,对地块、道路等小海绵体的全面径流控制,全面建成水城相融、人水相依的海绵新城。同时,从改善河湖水环境质量、增强城市防洪排涝能力、修复流域水生态系统、提高非常规水资源利用等角度出发,合理制定量化、可实施的建设指标,更有效地指导新城的海绵城市长期建设管控与近期工程实施。

翔安南部新城位于“山地—平原—海湾”过渡区域,属低山丘陵区,以东山顶部为制高点(黄海高程71.2 m),陆域高程多为5～30 m,整体坡度较缓。新城内水系坑塘众多,以张埭桥水系、鼓锣水系及港汊水系为主,形成3个相对独立的小流域,由低山、水库、溪流、绿廊等构成了独具特色的山水微地形格局。为延续自然排水路径,重点识别现状河流、湿地、低洼地、易涝点、径流路径、高程坡度等敏感因子,重新以原有山水脉络为轮廓划定城市蓝线绿线,严格保护水系、绿廊、低洼地等大海绵体,打通行泄通道,留足调蓄空间,控制水文竖向,确保城市良好的自然排水基底,见图3。

以划定的生态格局为基础,依照原有自然微地形纹路,合理设计道路行泄通道与排水管网,最长排水路径控制在2 km以内,以尽可能降低城市建设对地表径流汇集的影响。根据主要水体分布及排水管网上溯边界,绘制张埭桥、鼓锣、港汊三大排水流域分区(如图4所示),基本保留住原有水文格局。在此基础上,将三大流域作为分析载体,针对各流域水环境、水安全、水生态及水资源目标及现状问题提出系统化方案,下文将以鼓锣流域为例展开说明。

根据流域内近期各类点源、面源及内源污染调查情况,结合远期发展变化趋势,计算流域总污染负荷如表2所示。

根据污染来源分析,鼓锣流域近期污染总量652.1 t/年(以COD计,下同),远期1 590.1 t/年,已远超过水环境承受容量(73 t/年)。为有效削减入河污染,一方面将城镇(近期)及农村(远期)生活污水全部纳入市政污水管网,可有效控制入河点源污染;另一方面实行畜禽禁养,并采取控源截污、内源治理、生态修复及活水保质等多种水环境治理措施,大幅削减面源污染,并同步实施内源治理。最终入河污染负荷近期为73 t/年,远期为72 t/年,未超过鼓锣水域达Ⅳ类水质时的水环境容量73 t/年,能够实现水环境质量最终到达到地表水Ⅳ类的目标。鼓锣流域污染削减量配置如图5所示。

鼓锣流域北部洋塘片区已开发,部分村庄农地及其周围的河湖被填埋,排涝出路被阻隔,存在一定受涝风险。流域水安全体系构建主要依托低影响开发系统(年径流总量控制率目标75%,对应设计降雨量为32 mm)、雨水管渠系统(设计重现期3年一遇及以上)及内涝防治系统(有效应对50年一遇暴雨)。其中,低影响开发系统是基于厦门市960份海绵城市建设方案评估报告统计与Infoworks(SWMM模块)模型建立,合理确定各类地块、道路的径流控制目标及流域末端所需雨水湿地规模;雨水管渠系统设计是依据现行排水规范,对特别重要、重要及普通地区与道路分别合理选取雨水管渠设计重现期,并应用Infoworks水文模型进行1～50年一遇降雨条件下的流域排水能力校核;内涝防治系统构建则是首先控制道路与场地的竖向坡向满足设计洪水位0.5 m以上安全超高及其他规范要求,其次以洪潮不利组合校核计算河道行洪宽度,保护行泄通道,最后针对局部汇水量大、河底坡度缓、低洼地带的水系适当拓宽河道宽度并纳入蓝线控制,留足滞蓄空间。鼓锣流域水安全三大系统的风险分担配置如图6所示。

鼓锣水系功能定位为景观、生态,正常水深为1～2 m。为提升鼓锣水系生态环境,在满足行洪安全前提下恢复河道自然蜿蜒形态,构建水系生态化岸线,并营造深浅交替的浅滩、深潭水系基底环境及急流、缓流等多种水流条件,合理配置当地水生动植物种类,形成多样化生境。由于鼓锣水系现状水质较差,近期仍需结合河道清淤、生态浮岛、曝气增氧、活水提质等工程辅助措施(如图7所示),削减内源污染,提高水环境质量,为生境营造提供良好的基底条件。

鼓锣流域内的低影响开发措施已能够有效蓄滞部分雨水,增加地下水补给量,但由于流域汇水量较小且所在区域水资源稀缺,仍需进一步提高水资源开发利用水平。结合鼓锣流域水资源需求量及可利用量,采用流域内洋塘污水处理站再生水用于鼓锣水系生态补水(补水量约0.14万m³/d),并将道路浇洒用水和绿化用水的十分之一用蓄滞设施及人工湿地净化后的雨水代替(5.7万m³/年)。通过雨污水资源化利用,可综合实现再生水利用率达26%、流域雨水资源化利用率达2%的目标,显著改善鼓锣流域水资源条件。

根据鼓锣流域改善水环境方案、保障水安全方案、保护水生态方案及涵养水资源方案,结合试点区现状及近远期建设规划,按照源头减排、过程控制及系统治理三大环节系统梳理流域工程体系(如图8所示)及近远期建设项目。

为验证系统化方案实施后的目标可达性,采用相关水文水质模型对工程实施效果进行量化评估。应用infoworks水文模型,对鼓锣流域进行径流控制效果分析及1～50年一遇降雨条件下进行积水情况分析,结果表明:流域内各地块及道路基本能够达到各自径流控制的目标要求,并结合末端人工湿地调蓄,流域可综合达到年径流总量控制率75%、年径流污染削减率45%的管控目标;同时,流域在1～5年一遇降雨条件下无明显积水,在50年一遇降雨条件下部分道路出现积水但深度均小于15 cm,也符合排涝规划标准(如图9所示)。应用MIKE21数学模型,对流域内重点大水面水质进行模拟,结果表明:工程实施后,洋塘湖各项水质指标改善程度达70%～93%,能够实现地表水Ⅳ类水质目标。

海绵城市系统化方案的编制能够更好地弥补当下规划与设计脱节以及规划中常见的问题、指标、方案、工程、效果逐环脱钩等弊端,从解决问题及需求的角度出发,宏微观相结合,多专业相融合,理清目标与项目之间的关系,明晰各项目的综合性功能,以系统性、综合性思维指导海绵城市建设,让规划落实地,让设计成体系,让工程有依有据。

然而,海绵城市系统化方案的编制框架并非一概而论。例如,新建城区与已建城区的海绵城市系统化方案应有所差异。已建城区是以问题为导向,重点在于摸清症结,有效解决现状水问题;新建城区是以目标为导向,重点在于科学管控,将城市水问题防范于未然。再如北方城市与南方城市、内陆城市与沿海城市,由于面临的问题与需求不同,在编制海绵城市系统化方案时思路与角度亦不相同。因此,海绵城市系统化方案应为一城一策,以解决问题与满足需求为根本出发点进行编制,其编制方法、深度与技术手段仍需进一步的研究与探索。