受气候变化和人类活动等因素的影响,城市面临洪涝灾害、水资源短缺以及水体黑臭等诸多问题。自20世纪90年代,发达国家就开始提出了如美国的低影响开发(LID,Low Impact Development)、英国的可持续排水(SUDS,Sustainable Urban Drainage Systems),澳大利亚的水敏感城市设计(WSUD,Water Sensitive Urban Design)等城市雨洪问题的管理体系^[1] 。传统城市是在径流产生后,雨水才通过管网排出,是“末端治理”类型;低影响开发则是从径流产生的源头进行消减,从而实现减少径流、降低污染负荷和保护受纳水体的目标,与城市生态建设有机结合,根本改变城市健康问题,海绵城市建设理念即在此基础上逐步发展起来^[2] 。海绵城市建设的核心是维持场地开发前后水文特征不变,包括径流总量、峰值流量、峰现时间等,基本概念是以水循环为纽带,联系降雨-径流物理过程。以水环境水生态表征的生物地球生物化学过程和以城市建设高强度人类活动为特点的人文过程的相互作用和反馈的复杂系统^[3] 。

　　 海绵城市的理念与目标有利于解决城市化带来的一系列问题,目前在我国已有许多应用^[4] 。王思思等^[5] 编制了嘉兴市分散式雨水控制利用系统技术,为低影响开发雨水系统的规划设计、建设和管理提供了参考;王晓昌等^[6] 将低影响开发系统应用于深圳市某体育中心,并用SWMM模型模拟评估了该系统运行后的雨洪控制管理效果,表明该设计在年径流总量控制率、径流峰值控制率和径流污染控制率都起到明显的改善作用;陈文立等^[7] 基于LID理念,对湿陷性黄土地区某建筑小区内的雨水控制进行规划设计,从雨水源头减少对市政排水管网的压力并降低城市内涝的几率。

　　 本研究对上海浦东新区的张家浜地区7km²的区域开展海绵城市规划设计,在理念上结合了区域防洪排涝、面源污染负荷削减与生态景观方面的考虑,因地制宜地将多种LID措施进行组合,并提出了生动社区、生态绿地、生机河流的海绵城市建设目标,该控制性的详细规划能够达到设计施工的程度。本规划方案由上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司和上海市城市规划设计研究院共同编制,实现了海绵城市从规划到建设以及建成后对城市水环境长远改善效果的评估,具有创新性。

　　 张家浜楔形绿地位于中心城浦东新区范围内,北靠金桥出口加工区及金桥碧云国际社区,南临张江高科技园区,西侧紧邻陆家嘴功能区。该区域东亚风盛行,受冷暖空气交替影响和海洋性气候调节,四季分明,气候温和,雨量充沛。该区地势较为平坦,整体上西北低、东南高。最大降雨量为1 354.3mm,最小降雨量仅657.7mm,相差2.06倍,年际分配不均,易造成涝灾。

　　 规划的范围位于张家浜楔形绿地东部,如图1所示,北至锦绣路,东至外环线,南至龙东大道,西至马家浜,总面积约7km²。经调研,区域现状总体水质较好。但由于面源污染等原因,降雨时初期雨水径流可能将居住区、农村宅基地等地面污染物带入河流水体,造成张家浜部分区段水质溶解氧偏低、存在富营养化现象。

　　 目前,张家浜楔形绿地的核心问题在于建设区域与天然海绵分割,易出现内涝;水体自净功能薄弱,面源污染问题突出,水体水质维持挑战较大;水生态系统脆弱、生态服务功能缺失;未来绿地浇灌、体育设施养护及市政道路清洗的需水量较大,水资源利用效率有待提升。因此,在规划过程中充分兼顾雨水汇水区和水、林、田、湖等自然生态要素的完整性,保留利用水资源,改善水生态。

　　 张江浜楔形绿地海绵城市建设指标在参考《上海市海绵城市建设指标体系》、《上海市海绵城市建设技术导则》、《上海市海绵城市专项规划》的基础上,根据区域特点进行合理调整优化,确定了生动社区、生态绿地、生机河流为海绵城市建设目标。规划的控制指标包括了区域年径流总量控制率达到80%、水生态岸线改造率达到90%、年径流污染控制率达到75%等,规划的期限是2016~2021年。

　　 基于海绵城市建设“渗、滞、蓄、净、用、排”的目标,规划中利用生态驳岸、生态湿地、生态滞留塘等措施,优化城市雨洪管理系统,降低内涝风险,最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响。同时结合国家及地方相关规范性文件,将海绵城市相关控制性指标在本区域中落实,指导后续的开发建设工作。根据目前的用地结构情况,该区域的海绵城市空间布局分区如图2所示,用地情况如表1所示。

　　 根据区域的现有土地利用情况,基于以下几个原则:1设法解决河流的水污染问题,打造生态海绵城市景观;2通过步道系统增强与河流的连通性;3平衡居民需求,提供合适的生态海绵场所,有助于容纳并稀释洪涝。规划方案主要采取了透水路面、下凹式绿地、湿地漫滩等LID措施,布置规划见图3。

　　 张江浜楔形绿地规划设定了地块径流削减量的目标,即在设计降雨量对应的单日降雨情景下,地块内通过其自然条件或降雨径流控制设施以下渗、滞留或储存调蓄为主要途径实现的对快排式径流的削减能力,如图4所示。

　　 为使海绵城市规划具备实际管控与指导建设的作用,需实现规划控制指标与海绵城市实施途径的对接。在本研究中,针对典型地块,尝试以地块径流削减量为设计核心控制指标,对具体的绿色基础设施或自然海绵途径开展设计,通过将地块径流削减量分解为渗透、滞留和调蓄3部分,并分别进行设施设计。某典型地块绿色基础设施配置如表2所示。

　　 根据上述规划的建设方案,对研究区域进行子汇水区域的划分,如图5所示。运用SWMM模型对区域径流变化情况进行模拟,包括产流模型、汇流模型和低影响开发(LID)模块。针对地块1(规划体育场馆用地)、河道总出流以及模型积水情况的模拟结果进行研究,以评价LID设施的有无对该区域排水管网能力的影响,预估该地区海绵城市的建设效果。

　　 对张家浜地区30年降雨进行平均模拟,模拟结果为:年径流总量控制率由61.2%上升至80.4%,提高了19.2%,效果显著。在对单次降雨事件模拟中,为了便于比较,将无LID该地块的流量纳入。由相关数据可知,在加入LID设施后,地块1产流量峰值由原先的2 120.8L/s降低至10.24L/s,削减率高达99.95%,且曲线变得较平滑,可见LID设施对该地块的径流起到了显著的径流削减及峰值推后作用。

　　 图6为模拟雨期河道出口流量变化情况,由图6以及相关数据可以看出,此时河道出口的峰值流量约为865 711L/s,扣除河道初始设置本底流量(约849 512L/s)后,得到雨期区域峰值排雨量为16 199L/s,峰值削减量为27.1%,削减效果显著。

　　 对于多个积水节点的模拟结果表明,此时积水点位置主要分布在东南角及东北角没有加入海绵设施的区域以及道路,对于西北角、西南角海绵设施覆盖率高的区域此时已没有积水点,可见海绵设施对于减轻雨水管道压力、减少积水点具有显著的效果。

　　 在张家浜地区进行的海绵城市规划,能够显著地提升年径流总量控制率,使更多雨水得到控制,年径流总量控制率由61.2%上升至80.4%,进入河道的洪水峰值削减量27.1%。同时在单次降雨中也能够大幅削减总径流量,降低产生积水、内涝的风险,保障正常生产生活的进行。本研究特色在于对单个地块都实现了指标的管理与控制,能够显著降低径流总量及峰值流量,推后径流峰值产生的时间,降低后续管道压力,使城市更有序地运行。