20世纪90年代以来,为了应对日益频发的水污染、水短缺、水生态等问题,西方国家在排水系统建设领域探索了诸多理念和模式,美国提出低影响开发系统(Low Impact Development,LID),英国提出可持续排水系统(Sustainable Urban Drainage system,SUDS),美国波特兰等城市提出绿色基础设施(Green Infrastructure),澳洲提出水敏感城市设计(Water Sensitive Urban Design,WSUD)。同时期,我国城市建设体系逐步完善,生态环境问题日益受到关注,生态城市建设蔚然兴起。

　　 作为对于生态城市在水系统建设方面的响应,目前我国开始全面推进海绵城市建设,强调利用绿色、生态化设施,注重与传统的排水设施有效结合,建立和完善城市的“海绵体”,强化对城市径流的控制和管理,从而达到保护和修复城市水生态、改善城市水环境、提高城市水安全等多重目标,构建健康、可持续的水循环系统,实现城镇化与资源环境的和谐发展。

　　 受欧美相关理念的影响,国内已有部分城市先于海绵城市建设理念的提出,进行了尝试性的探索。北川新县城以建设生态城市为目标,在低影响开发、可持续排水系统、绿色基础设施等方面进行了尝试性探索,在保护和修复城市水生态、改善城市水环境、提高城市水安全等方面取得了海绵城市建设效果。本文从海绵城市建设的视角,对北川新县城从规划、设计、施工到维护与管理等多方面进行剖析和归纳总结,为广泛开展的海绵城市建设提供理论依据及实例参考。

　　 北川新县城是2008年“5·12”汶川地震灾后唯一一个异地新建的县城,规划占地面积7km²,原址为西部典型的山前河坝地区,现状建成区面积5km²。新县城重建历时近3年,于2011年形成城镇基本功能,建设过程中充分借鉴欧美国家的研究成果和建设经验,将低影响开发、可持续排水系统、绿色基础设施等生态城市理念融入城市建设的各方面,在严格的管理制度保障之下,取得了海绵城市建设效果。

　　 海绵城市的本质是改变传统城市建设理念,实现城镇化建设与资源环境的协调发展^[1]。作为海绵城市建设的先驱,北川新县城在建设之初,确定将生态理念融入生态环境、市政工程、绿地景观、水系工程、道路交通等方面,提出针对性的系统规划(见图1),并与城市总体规划、控制性详细规划相协调,保证了城市建设的科学性、系统性与可实施性。

　　 新县城建设以“安全、宜居、特色、繁荣、文明、和谐”为纲领,提倡绿色生态文明,以不影响大气、水、自然环境为准则,以生态、低碳、低影响开发、低运营成本为目标,创新人居环境模式和规划理念,因地制宜的利用当地自然条件,塑造优美的山、水、林、城于一体的城市环境,与“海绵城市”提出的建设目标高度契合。图2为北川新县城总体规划。

　　 海绵城市遵循的是人与自然和谐共处,规划通过整合自然资源,保留生态板块,保护自然生态系统,强化水源涵养:①尊重自然,强调环境敏感性,注重密度与建设形态的分布。严格保护大型山体,限制浅丘地带,合理利用微地形,丘融于城,城丘一体。②塑造微气候空间,以通山、连水、导风为重点,将城市水系空间、绿廊元素整合,构建6条控制宽度不小于80m绿色通风廊道。城市保持平缓舒展的态势,局部点缀高层,利于通风和低层空气扰动,保证城市空气质量,有效缓解热岛效应。③传承历史文化,保留羌人水寨一体的生活习性,营造城市亲水空间。对外以安昌河为主脉,构建城市滨水风光带;对内保持原有水系格局,寄托情感乡愁。图3为生态环境分析示意。

　　 海绵城市水环境、水资源、水安全目标的实现,需要生态措施与传统设施相结合。规划提出“绿色市政”的理念,以高效、生态的系统实现节能减排,以资源与能源的循环再生模式实现城市低碳运行;将雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用等绿色基础设施与灰色基础设施密切结合,将城市节水、供水安全融入给水工程;推进整体系统数字化管理,实现供水、排水从源头到末端的全方位监控系统。图4为雨水工程规划节点示意。

　　 城市水系是统筹内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态保护与修复的重要载体:①通过综合评价水系的占地、景观、工程造价等因素,并利用模型耦合行洪与管网排水的衔接关系,确定外河防洪标准30年一遇,内河排涝标准20年一遇,管道排水标准2年一遇。②细化河道功能定位,明确过境河道以“排”为主,保证城市安全;内河以“蓄”为主,构建多功能、多层次雨水蓄滞系统,加强雨水资源化利用。③制定严格的水质保障措施:一是严格执行雨污分流系统,避免城市点源污染;二是沿河建设初期雨水截流管道,并对上游河道来水进行截流处理,减少城市面源污染;三是水系采用多种湿地系统组合,增强水体自净能力。城市水系已运行多年,水质持续稳定,永昌河、云盘河进水水质Ⅳ~Ⅴ类,出水水质达到Ⅲ类。图5为水系功能定位。

　　 海绵设施的落实,多以绿地系统为载体。规划突出“绿色基础设施”理念,将山、水、林、塘等本底条件较好的生态设施予以充分保护和利用,将生态环境和绿色空间作为城市的基础设施予以先行建设^[2],将低影响开发的措施与绿地系统建设有机结合,保护自然环境,修复生态系统,起到了生态涵养、雨洪蓄滞、水质净化和游憩的作用。图6为绿地系统规划。

　　 场地和道路是城市雨水径流源头控制的重要组成部分。规划利用地形地势,为低影响开发设施建设预留洼地空间;通过理顺道路与场地竖向关系,保证绿色排水系统与灰色系统的顺利衔接,满足排水防涝安全要求;道路平面线形依山顺水,断面形式丰富多变,保护城市自然和生态环境,隔离带采用下凹式绿地;协调建筑后退红线空间,构建灵活、开放性的多功能雨水蓄滞系统。图7为场地竖向系统。

　　 新县城海绵措施渗透到城市建设的诸多环节和细节,效果体现在细微之处,设计、施工顺应自然,节省投资,同时要考虑后续的运营便捷和成本低廉,从而达到保护生态、建设宜居环境目标。

　　 海绵城市核心是“渗、滞、蓄、净、用、排”,不同地域,受气候影响,侧重点不尽相同^[3]。北川多年平均降雨量1 400mm,且蜀地素有“巴山夜雨涨秋池”的气候,海绵设施主要目标是净、滞、渗,设计时其停留时间按24h以内考虑。

　　 土壤资源与海绵设施的渗透性密切相关,设计时应重点考虑。一般地区道路下凹式绿地与机动车道间采取防水措施并埋设透水管。新县城所在位置为河道冲击的平坝区,土壤质地以砾石土为主,壤土为辅,透水性强,雨水下渗后不会对道路基础产生破坏性浸泡,下凹式绿地未建设防水层。经过多年实践检验,道路基础无下陷或其他不良影响。图8为新川路下凹式绿地实景。

　　 海绵设施包含内容较多,参数的合理选取影响着海绵设施的建设和运行。考虑地震后水土易流失,山洪水冲刷能力增强,安昌河、顺义河等防洪河道的设计未直接采用当地经验数据。通过对河道流量进行软件模拟,并分析同一断面不同位置的流速,确定流速大于1.3m/s的冲刷带采用硬质护岸,小于1.3m/s的采用人工护岸,兼顾了防洪河道的安全性与生态性。2010年,四川整体遭遇百年一遇降雨,多个城镇受灾严重,北川新县城所有防洪设施正常运行。图9为防洪河道断面差异化处理实景。

　　 地形是山地海绵城市建设的特点和难点,通过微地形的塑造,可起到画龙点睛的作用。

　　 北川新县城公共绿地面积总计1.6km²,设计时利用地形设置植草沟,根据地势布局逐级低洼绿地、雨水花园,雨水自然汇入、渗透、溢流(见图10),全部摒弃了传统的雨水管网系统,节省大量投资。

　　 新县城南部地势低洼,城市存在外洪与内涝的双重隐患。易涝区的场地竖向设计时,一部分深挖3m,建成湿地与雨水调蓄系统(见图11),其他区域利用前者土方填高至防洪水位以上,作为城市建设用地,土方整体平衡,节省泵站投资1.5亿元,节约土地50hm²。

　　 海绵是以景观为载体的水生态基础设施,其材料选取与建设和运行成本息息相关。新县城范围内绿化比例高,设计时引入大量植草沟、雨水花园等低影响措施,植株选用当地耐旱、耐渍物种,造价低廉、易于更换,减少绿地浇洒频率,降低人工维护费用。主要选用的品种有枫杨、喜树、垂柳、木芙蓉、芦苇等乡土植物。

　　 新县城范围内所有公共绿地与道路浇洒用水均取自河道蓄水系统,节约水资源量60万m³/年,有效减少污染物排放和绿化维护费用。

　　 细节决定成败,海绵设施的精细化处理融入到设计和建设每一个细节。如水系设计时,形态丰富多变,便于水质交换;集中水面与河流漫滩相结合,营造城市景观;形成跌瀑、湍流相结合的曝气系统(见图12),补给水体氧含量;挺水与沉水植物的相结合,增强水体自净能力。供、排水管道采用柔性、抗震管材,排水管道检查井采用现浇钢筋混凝土结构,避免渗漏,保证地下水环境质量。

　　 设施的有效组合,能将系统的生态效应最大化。尔玛小区建设众多雨水自然蓄滞、渗井等海绵设施,主要收集屋面及绿地雨水;人行步道、停车场、广场全部采用透水铺装,步道基础高于周边绿地,便于雨水顺利进入两侧雨水花园或下凹式绿地系统;小区内部雨水管道采用穿孔管,有效下渗雨水。通过以上措施组合,小区内部雨水管道规格整体减小,外围市政管道按传统规格埋设,兼顾经济与安全。经多年运行,小区排水通畅,无内涝现象。

　　 海绵城市建设贯穿规划、设计、施工、管理全过程,北川新县城建设注重各个环节的做法保证率了良好的实施效果,可引为借鉴。

　　 成立以中国城市规划设计研究院为“龙头”的技术支撑单位,对所有规划与设计实行全过程跟踪,保证了生态城市建设理念的落地,为政府和建设单位提供了一揽子的“一个漏斗”技术服务^[4]:①统筹设计,协调所有规划设计和相应机构,形成了完整的技术成果体系;②明确时序,根据资金安排和城市功能需求,配合管理部门开展项目梳理,明确建设时序;③提供咨询,提供项目全过程的咨询服务,针对难点问题聘请相关专家,为政府科学决策提供有力支撑;④监督实施,通过规划巡查和设计审查等方式,监督设计单位落实规划理念,保证建设单位贯彻设计方案。

　　 北川新县城工程建设指挥部、山东援建北川工作前线指挥部和中国城市规划设计研究院联合建立“三指联系协调工作机制”,作为建设管理的一个“平台”,科学、系统、高效的推进新县城建设。

　　 联席会议制度:每周定期召开“三指”联系协调会议,研究解决工程建设中的重大问题,建立起高效、直接的沟通渠道和决策机制。

　　 联合巡查制度:每周定期对施工现场联合巡查,及时发现问题、解决问题。

　　 工程点评制度:“三指”适时对项目建设进行点评,综合比较质量、进度、效果,查找问题,分析差距,促进工程建设又好又快推进。

　　 制定严格的导则与规章制度,便于后期工作的有章可循,有法可依。北川新县城指挥部相继出台了城市园林绿化管理办法、城市水系管理办法、城市环卫管理办法、排水工程建设管理办法等一系列相关规章制度。

　　 建立地理信息系统管理平台,便于规划、设计的查询、管理、统计。利用三维技术,将报审项目放置在管理系统中进行综合评估,更大限度保证设计方案的科学性。

　　 城市管道错接现象一般比较普遍,且工程隐蔽难以察觉。城市管理局通过日常巡查,一旦发现雨水管道非正常出水和污水处理厂非正常进水,全线排查,立即整改。

　　 民众思维方式与处事行为影响着海绵城市建设和运行效果。规划阶段,多次举行大规模的规划公示和公众咨询会,让民众感受到新家园的美好。入住初期,居民将垃圾和污水倒入雨水篦子,造成管道淤塞和水质污染;原住民在河道盥洗衣物的传统习惯对水环境有一定的影响,随着管理的加强和宣传的深入,此类现象已基本杜绝,民众亦能自觉相互监督。

　　 海绵城市是一个“高举低落”的理念,其建设是一个长久持续的过程,需要多个方面共同努力。

　　 (1)科学的规划是前提。海绵城市建设是一个系统工程,须多专业、多工种合作,每个城市应制定符合自身特点的系统规划,实现城镇化建设与资源环境的和谐发展,创造生态之美、和谐之美,为改善城市环境、提升城市形象和市民生活品质做出重要贡献。

　　 (2)精细的设计是基本。海绵城市建设是一个顺应自然、守望自然、利用自然的过程,效果体现在细微之处。我国幅员辽阔,气候、地质、水文、地形差异大,设施应精细化设计,通过合理的工艺、材料、种植等的选择,节省投资与运行成本,最大限度地实现雨水的自然积存、渗透和净化,促进生态环境的改善与雨水资源化利用。

　　 (3)严格的施工是保证。施工质量与运行效果密切相关,海绵设施过快下渗不能满足雨水蓄滞与水质净化效果,过慢不能起到调蓄作用,甚至存在对其他设施基础浸泡引起塌陷、垮方等隐患。建设过程中应严格执行第三方监管体系,保证工程质量。

　　 (4)制度的管理是关键。海绵设施建设涉及规划、建设、水务、园林、交通等多个部门,需有相应的规章制度,做到有法可依、有章可循,从而保证规划的约束力和政策的执行力。

　　 (5)公众的参与是保障。海绵设施融入公众生活的多个方面,需要公众的共同参与和维护。城市管理部门要加强宣传,确保公众理解并共同参与设施的维护与管理。

　　 海绵城市的提出是我国生态文明城市建设的一个重要里程碑,融入了城市水系统建设的多个方面,打通了城市“蓝水”与“绿水”^[5]的联系纽带。北川新县城以生态城市建设为目标,通过对规划、设计、施工的逐层把关,并配套后续维护与管理,探索出了以低影响开发、可持续排水系统、绿色基础设施等理念为指导,统筹自然降水、地表水和地下水的综合系统,协调给水、排水等水循环利用各环节,为海绵城市建设起到了示范带动作用。