中新天津生态城坐落于天津滨海新区, 是中国和新加坡两国政府的战略性合作项目。经过近几年的开发建设, 城市在基础设施建设、环境综合治理、绿色产业引进和生态住宅开发等方面均取得了积极成效, 社会经济发展赢得良好开局。该生态城已成为全国乃至国际综合性的生态环保、节能减排、绿色建筑、循环经济等技术创新和应用推广的平台、“资源节约型、环境友好型”宜居示范的国际化新城和参与国际生态环境建设的交流展示窗口。

　　 2016年5月, 中新天津生态城获批国家第二批海绵城市试点。通过试点建设, 可以保护和改善城市生态环境, 充分发挥绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用, 加大雨水径流的源头消减, 使城市开发建设后的水文特征最大限度地接近开发前的状态。

　　 为了体现资源约束条件下建设生态城市的示范意义, 生态城选址于自然条件较差、土地盐渍、植被稀少、环境退化、生态脆弱且水质型缺水的地区。

　　 天津生态城坐落于天津市滨海新区东北部, 多年平均降水量为528.6 mm, 年平均降雨日数64~73天。汛期平均降雨日数42天, 夏季降雨量占全年的80%~84%。降雨总量不大且随季节变化显著。

　　 天津生态城水系分为周边水系和区内水系两部分。周边水系包括西侧的蓟运河、潮白新河, 南侧的永定新河及东侧的渤海湾。其中, 渤海湾近海附近海域富营养化严重, 蓟运河、永定新河水质呈劣Ⅴ类水平。区内水系包括故道河、静湖、惠风溪, 水质指标基本符合地表水Ⅳ类水体标准。故道河、静湖、惠风溪相互连通, 故道河上游与蓟运河无水利工程连通, 下游有外排泵站单向连通。

　　 生态城临近入海口, 土壤以粘土为主, 渗透性差, 水平和垂直渗透性数值均在10^-7 cm/s左右, 影响了雨水径流的下渗和压盐;区域内大部分地区地下水埋深小于2m, 局部地区小于0.5m。地下水位高直接影响海绵技术措施如:生物滞留设施的下洼深度;除北部局部地区外, 地下水矿化度均大于10g/L, 盐、碱的渗透导致该区土壤和水体含盐量较高。

　　 城市水问题的解决前提是保护区域水循环过程, 这就注定了真正的解决方案必定是跨尺度的, 即“海绵城市”的构建需要不同尺度的承接、配合^[1]。天津生态城以海绵城市理念引领生态城城市建设, 构建完善的低影响开发雨水系统、排水防涝系统、水资源利用系统、水生态环境保障系统, 致力于建设北方滨海地区海绵城市的示范区。为了确保海绵城市建设总体目标的实现, 分别从宏观、中观、微观3个层面对总体目标进行了分解, 具体内容包括:

　　 (1) 结合中新生态城海绵城市建设条件, 提出生态城海绵城市建设分项目标和指标, 包括水六大类20项指标 (见表1) 。

　　 (2) 为保障各目标、指标的实现, 结合控制性详细规划单元划分与雨水分区系统, 从单元尺度将生态城分成三级管控分区:一级分区以排水分区为依据, 分为6大分区;二级分区以控规管理单元为依据, 分为17个管控分区;三级分区即地块, 共567个。

　　 (3) 对总体目标进行逐级分解, 思路如下:按照各排水分区下垫面的情况及建设情况, 确定该区域年径流总量控制率指标。对管控分区进行海绵建设适宜性评价, 评价指标包括:绿地率、建设强度、海绵改造难度 (已建成地区比例) 以及调蓄水体比例, 构建低影响开发模型, 依据现状建设条件, 结合海绵建设需求, 指标分解与模型模拟互相校核, 确定二级分区管控指标 (详见图1) 。

　　 按照设计降雨量29.5 mm对应年径流总量控制率80%, 得出二级分区年径流总量控制率结果如图2。

　　 依据《天津市海绵城市建设技术导则》, 按照不同地块的用地性质初步确定控制指标, 如图3。同时, 对该地块所在区域的控规指标进行计算复核后提出地块海绵建设管控指标, 并将其纳入控规作为土地开发建设的规划设计条件。

　　 以29地块学校为例进行海绵设计方案分析。该项目位于生态城中部片区, 是生态城海绵城市示范项目之一。项目南侧、东侧为道路, 西侧为社区中心, 北侧为住宅区。项目内分为小学教学区、幼儿园教学区、操场、入口广场四个区域。从图2上看, 属于第7管控分区, 结合规划和试点管控要求, 依据表1中的要求, 项目建设目标为年径流量控制率为80%, 对应降水量为29.5mm, 年SS总量控制率为65%, 雨水资源利用率3%。

　　 排水分区划分主要遵循以下基本原则^[2]:基于区域排水特征;保证区域形状规则;合并较小的汇水面积;兼顾雨水排放系统。本项目地势较平, 地形营造主要通过人工堆积完成。结合场地下垫面情况、竖向标高及场地内建筑、道路及管网布局等, 将项目区域分为4个排水分区 (见图4) 。第1分区:收集建筑及西侧绿地雨水;第2分区:收集广场及人行道雨水;第3分区:收集广场、绿地、步道及台阶雨水;第4分区:收集小学教学楼, 看台及绿地雨水。各分区通过地形塑造, 将雨水有组织的导向场地低点排水口, 进入到蓄水模块。

　　 依据排水设计原则与思路, 进一步细化项目场地排水组织方案 (见图5) :

　　 (1) 幼儿园教学区、小学教学区的屋面雨水, 排入中间种植屋面内珍珠岩收水沟, 汇集后进入雨水收集池。

　　 (2) 入口广场部分雨水排入西侧和东侧的汇水带, 通过管网进入雨水收集池。

　　 (3) 操场雨水排入环绕操场的排水边沟, 汇入雨水管网。

　　 (4) 其余道路部分雨水排入周边下凹式绿地。

　　 各分区通过地形塑造, 竖向排水有序组织, 部分径流进入场地内排水管网, 部分径流汇入雨水花园净化下渗, 超标雨水溢流至管网, 最后汇入蓄水模块, 储存雨水进行资源化利用。

　　 通过对生态城区域内既有LID技术应用情况进行调研发现, 由于生态城从2008年提出100%绿色建筑建设目标, 雨水收集技术、屋顶绿化技术、硬化透水铺装等绿色建筑技术应用较为广泛。由于土壤渗透系数较差, 草沟、渗管、渗井等低影响开发技术尚未普及。受降雨条件限制, 雨水收集系统效果不佳。同时, 设计、施工、运营中存在较多问题, 导致大部分系统在项目运行周期内无法回收投资。

　　 为了满足建设目标要求, 新建项目借鉴了日本、德国经验^[3,4], 采用不同种形式将建筑雨水主管与雨水储存设施连接。雨水储存设施地面部分以小型的、分散的、可移动的储水罐为主;埋地部分可连接地下雨水储存设施或“渗排一体”的雨水井。

　　 29地块学校的海绵设施布局方案综合“渗、滞、蓄、净、用、排”海绵城市六大要素, 结合项目实际情况进行应用示范 (见表2) 。

　　 围绕小学教学楼、幼儿园的慢行道路, 采用透水胶结石铺装, 面积共计4 474m²;将周边道路两侧绿地设置为下凹式绿地, 承接来自道路的雨水径流, 共计设计1 897m²的下凹式绿地, 其中小学看台两侧共两处雨水花园, 面积为179 m²;在一层屋顶设置1 633m²的屋面绿化, 在为学生提供了室外活动的良好空间的同时, 相对于硬质屋面, 减少了雨水径流量;种植屋面部分设置120m的珍珠岩收水沟, 通过砾石缓冲带过滤径流污染, 进入绿地雨水观察井, 排入雨水收集池;场地内屋面雨水经种植屋面的珍珠岩收水沟、雨水检查井过滤后, 排入雨水收集池。场地内共两处雨水收集池, 均采用PE塑料模块化产品, 容积分别为110m³、124m³, 并带有进水沉沙过滤器、紫外线消毒器, 可保证雨水水质, 消毒后用于场地内绿化灌溉和道路浇洒。当收集池雨水收集满时, 可直接向市政管网溢流, 见图6。

　　 由于海绵技术普及时间较短, 为了确保技术落地并发挥预期的效果, 需针对海绵设施进行细化设计。

　　 (1) 人行道透水铺装做法:在素土层下部增加碎石淋水层及排盐盲管 (做法见图7) , 雨水入渗至素土层后, 可通过淋水层可通过排盐盲管导入就近市政雨水管网, 同时淋水层可以防止浅层地下水通过毛细管作用上返至表土, 减缓或阻隔土壤盐碱化效应^[5]。

　　 (2) 雨水花园竖向控制:通过竖向控制来保证雨水花园能够有效的发挥调蓄的作用^[6]:雨水花园汇水点标高低于周边0.2m, 溢流口比汇水点高0.1m, 雨水汇入雨水花园后, 经溢流口溢流至场地雨水管网。

　　 雨水花园内选种的植物可以芦苇为主 (由于草本植物所需种植土层不厚, 下凹深度在10cm以内即可满足生长需求) 。同时, 选用芦苇还可以体现场所精神及唤起地块记忆, 与城市整体的生态旅游及对居民的生态教育相结合。 (见图8) 。

　　 (3) 种植屋面。种植屋面涉及建筑安全性, 因此需兼顾荷载、结构与防水3个方面。其中, 屋面构造中需选择具有可靠的耐穿刺防水层, 同时要保证结构、防水、绿化种植等供需的协调性。本项目采用保湿过滤毯作为过滤层, 塑料凸片排水板作为排水层, HDPE聚乙烯防水卷材作为防水层, 满足了屋面种植、排水及防水等功能的需求, 见图9。

　　 汇水范围内的综合径流系数应根据不同地面种类的径流系数, 按照其各自面积占汇水面积的比例, 按照式 (1) 采用加权平均法计算:

　　 式中Ψ_z———综合径流系数;

　　 F———汇水面积, m²;

　　 F_i———i地块汇水面积, m²;

　　 Ψ_i———i类下垫面的径流系数, 取值见表3。

　　 场地需要控制的径流总量V应按式 (2) 确定:

　　 式中V———需要控制的径流总量, m³;

　　 Ψ_zc———雨量径流系数;

　　 h_y———设计年径流总量控制率目标下对应的日降雨量, mm, 取值见图3;

　　 F———汇水面积, hm²。

　　 以上公式与表格引自《天津市海绵城市建设技术导则》^[7]。

　　 按照上述公式与表格分别对项目低影响开发前后, 场地径流控制情况进行计算:依据表4中对项目原场地设计用地构成的统计, 采用式 (2) 进行计算, 年径流总量控制率目标下对应的日降雨量取29.5mm, 得出未进行海绵技术应用前, 年径流总量控制率为62%, 场地需要控制的径流总量为269.2m³, 不满足海绵城市年径流总量控制率达到80%的目标要求。

　　 场地进行低影响开发设计后, 按照排水分区以及低影响开发技术应用情况进行重新计算。其中, 分区1总面积为4 935 m², 按照式 (1) 计算, 分区1综合径流系数为0.4。

　　 分区2全部为运动场地, 分区面积3 360m², 雨量径流系数取0.8。

　　 分区3总面积为10 164m², 按照式 (1) 计算, 分区3综合径流系数为0.423。

　　 分区4总面积为1 725m², 按照式 (1) 计算, 分区4综合径流系数为0.30。

　　 按照式 (2) 进行计算, 年径流总量控制率目标下对应的日降雨量取29.5mm, 得出各汇水分区所需总调蓄容积如表5。

　　 由于场地条件的限制并兼顾景观效果, 在分区1、3、4分别设计下沉式绿地、雨水花园, 总调蓄容积为102.5 m³, 仍不满足总调蓄容积需求189.7 m³的要求, 故在场地北侧及南侧有条件的区域分别增设雨水调蓄模块, 总调蓄容积达到336.5 m³ (详见表6) , 满足项目海绵城市建设目标。

　　 29号地块学校项目通过透水铺装的下渗净化作用, 下沉式绿地、雨水花园、绿色屋顶的净化调蓄作用以及雨水调蓄池 (蓄水模块) 对雨水的收集利用, 兼顾了海绵设施的多样性、系统性与展示性, 合理组织雨水排放, 有效达成径流总量控制、径流污染控制, 并结合景观绿化等需求合理利用雨水资源。

　　 通过对中新天津生态城本底条件进行调研得出, 北方滨海地区在降雨、水体、土壤等方面存在诸多限制, 无法依照既有海绵城市试点进行建设。笔者从以下几个方面对建设模式与方法进行探索:从宏观、中观、微观3个空间尺度确定海绵城市建设目标;基于现有自然条件限制, 选择适宜技术进行低影响开发;将定量与定性相结合, 以量化考核作为项目建设的首要条件。

　　 中新天津生态城通过海绵城市建设试点, 可有效缓解城市内涝、消减城市径流污染、实现水资源综合利用。下一步, 生态城将从67个示范项目技术审查管理、海绵城市建设经验梳理及成果总结、海绵城市运行管理及效果监测等几个方向入手, 逐步快速推动试点城市建设。未来, 以生态、安全、活力的海绵建设塑造中新天津生态城城市新形象, 实现“水生态良好、水安全保障、水环境改善、水景观优美、水文化丰富”。