西安市位于黄河流域中部关中盆地, 规划主城区范围490 km²。西安在近年做了大量的海绵城市建设前期工作:①宏观方面形成了南山北塬生态隔离体系, 并制定了“八水润长安”工程规划。西安市已实现森林覆盖率48%的目标, 并已成为“国家森林城市”, 为建设海绵城市提供了绿色空间基础。②中观方面通过对渭河西安段综合治理, 使渭河右岸形成宽阔的漫滩地, 成为天然大海绵。③微观方面先后建设了渭河湿地公园、泾渭湿地公园、浐灞湿地公园、沣河湿地公园4个水系沿线湿地公园和曲江池、未央湖、兴庆池、太液池4个水景公园, 见图1。新时期下, 探索通过海绵城市建设, 满足西安历史文化特色的水资源、水生态建设需求, 提升城市品位, 在全国发挥一定的示范效应。

　　 西安在海绵城市建设过程中, 除分析降雨、蒸发、径流、地形、地表水、地下水等基础条件外, 更应注重特殊条件^[1]。

　　 西安市中心城区存在6个片区共10处历史遗存, 合计面积6 km², 在海绵城市建设中应加以保护建设 (见图2) 。

　　 黄土湿陷性, 是西安地区主要工程地质问题之一。西安市30%的面积为非自重性湿陷性区域, 60%面积以Ⅱ～Ⅲ级为主自重性湿陷黄土区, 可通过一定的工程措施处理实现海绵城市的建设, 而剩余约10%的面积为自重Ⅳ级湿陷性黄土, 位于仅城东南侧曲江片区局部分布, 不适宜海绵城市建设^[2]。

　　 西安市城区内有5条断裂带, 14条主要地裂缝带, 6个较大的沉降槽, 52处各种类型的滑坡崩塌, 共有77处地质灾害区域, 涉及6%面积 (见图3) 。

　　 西安地下空间优先发展区为 “一核, 五区, 六线, 十二片, 多中心”, 在海绵城市建设中此类区域应降低海绵城市建设的指标, 同时结合其特点限制使用以下渗为主的海绵设施。

　　 西安在城市发展过程中, 除了存在其他城市类似的水系统问题, 同时也存在着自身特有问题。共性问题:水资源短缺、供水结构不合理、非传统水资源利用不足;河湖水质及河源水质达标率低, 2015年15条河流的32个监测断面中, 有18个监测断面的水质达到其功能区划分类别, 其余14个未达到, 达标率为56%;城市防洪排涝建设缓慢, 内涝积水点逐年上升, 西安市已建成雨水管渠总长度约2 087.2 km, 其中合流制雨水管约112.5 km, 平均排水管渠达标率仅为42.18%, 排涝泵站11座, 达标率仅为27%等。特性问题:①常年的地下水开采不仅引起了城市地下水位大幅度下降, 深层承压水的过量开采还造成了市区多处地面沉降和地裂缝等一系列环境地址问题。东南郊地下水埋深由30 m下降到50～80 m, 最深达137 m, 形成沣、灞、浐、渭、皂5个较大的下降漏斗, 出现了东北郊胡家庙, 南郊大雁塔、小寨, 东南郊沙坡, 西南郊西北大学4个沉降中心 (见图4) 。②历史水文作用逐渐丧失——五大历史湖基本丧失调蓄功能, 五大历史湖河未发挥应有作用, 基本丧失330万m³调蓄库容, 造成暴雨时南二环以北、以南部分路段严重积涝。

　　 西安市海绵城市建设, 在充分研究西安市现状的基础上、从“水生态、水安全、水环境、水资源”4个方面入手, 剖析存在问题, 针对问题提出相应的解决措施及策略, 同时结合西安市发展项目及重点, 按照海绵城市建设目标要求, 合理安排西安市海绵城市建设实施计划^[3]。①分级控制。采用“宏观控制-中观引导-微观建设”的总体思路。宏观层面:综合考虑“山、水、林、田、湖”等城市外围“大海绵”要素、城市建设情况以及增长边界的要求, 构建“山、水、林、田、城、湿地”一体化的区域城市海绵体, 严格控制城市建设对于外围大海绵要素的影响, 合理保护原有生态系统。中观层面:根据排水分区、行政区划以及控规单元划分, 进行中心城区海绵建设分区划分, 综合考虑湿陷性黄土分布、遗址遗存分布等特殊因素, 结合分区基本情况确定海绵城市建设控制要求及适用的海绵设施。微观层面:从海绵城市建设项目层面, 鼓励各地区进行海绵城市低影响开发设施的建设, 引导各区域在满足目标指标要求的同时, 进行有序建设。②分类引导。老城区以问题为导向, 重点解决城市内涝、黑臭水体治理等问题;合理确定海绵城市建设方式和规划指标, 结合城镇棚户区改造、老旧小区有机更新等推进海绵城市建设。新建区域以目标为导向, 优先保护自然生态本底, 合理控制开发强度, 全面落实海绵城市建设要求。③系统建设。将低影响开发雨水系统、雨水管渠系统、超标雨水径流排放系统统一考虑, 从源头、过程、末端, 系统性构建海绵城市。

　　 结合区域的现状问题及相关规划要求, 分别从水生态、水安全、水环境和水资源等方面确定了规划建设指标, 如表1所示。其中核心指标为年径流总量控制率、面源污染 (SS) 削减率^[4]和雨水利用替代城市供水比例。

　　 结合上文西安市海绵城市建设总体思路和现状条件、问题、建设目标等, 确定西安市海绵城市建设的三大策略;宏观层面构建西安区域绿色大海绵, 中观层面构筑西安四大水系统, 微观层面落实区域特色的海绵城市建设指引。

　　 在分析西安市生态基底的基础上, 从保护区域生态环境出发, 构建西安市海绵生态空间格局为“两屏一带多核蓝绿网交织” (见图5) 。①“蓝色”海绵系统。依托于沣河、浐河、谲河、皂河等11条河流蓝线控制, 保护改造13座湖池, 规划15座湖池, 实现总蓄水6 200万m³, 构建西安“蓝色”大海绵。②“绿色”海绵系统。依托于4条城市环型生态廊道、24个城市公园和4个湿地公园建设, 构建西安市三级绿地海绵体系。③“紫色”海绵系统。依托6个大遗址核心保护区外低密度建设的协调区域, 构建城市海绵城市建设先行区域。

　　 根据西安市现状水生态、水安全、水环境、水资源四大水系统存在的问题, 结合海绵城市建设目标, 通过水生态修复、水安全保障、水环境提升、水资源利用西安市中观海绵城市建设系统。

　　 建设水循环系统。规划利用现有供水管道、河流干渠等连通城市内28湖池水系, 提升水循环、改善水体水质 (见图6) 。沟通串联大峪水库—兴庆湖—护城河—汉城湖——漕运明渠—渭河, 沣河干渠—仪祉湖—昆明池—汉城湖—渭河, 再生水汉城湖—太液池—渭河, 丰庆湖—护城河—汉城湖—渭河水系链, 完善健全西安市水系连通。其次规划涝河、沣河、泾河、浐河、灞河等10条河道作为新建生态护岸及生态恢复护岸。共计新建生态护岸长度405.13 km, 恢复生态护岸长度34.85 km。

　　 首先, 落实低影响开发雨水系统, 加强雨水源头控制。结合西安城市地貌、下垫面现状, 确定综合径流系统控制标准如下:规划新建区域≤0.5, 已建区域<0.7, 绿地<0.15。

　　 其次, 灰绿结合, 对雨水管渠进行提标改造。规划新建雨水管网1 171.62 km、改建现状雨水管网124.51 km, 达到管网覆盖率1.85 km/km²。对于新建城区, 雨水管网按照排水目标要求建设, 并提前预留未来调蓄与调节空间。

　　 最后, 建立超标雨水排放系统, 加强雨水末端调蓄。对17座不达标泵站进行达标改造, 同时新增15个城市雨水泵站。规划建设行泄通道8处共27 km, 同时在长乐东西路, 纺渭路设置雨水泵站, 进行5年提标改造。

　　 首先, 完善雨污分流管网系统改造。对于新建区域推行雨污分流制, 对于城墙以内合流管及北关、东关、纺织城、洪庆区域的合流管实施近期截留, 并随城市改造逐步进行雨污彻底分流改造。以中心城区顺城北路为例, 现状顺城北路敷设为DN1 000～900×1 250合流制管, 规划对其进行改造, 采用雨水分流制, 敷设DN2 000污水干管和DN1 000～2 000雨水管, 将污水输送至污水处理厂进行处理后排放, 提升周边护城河水体水质。对长安老城区域的合流管, 因其大部分建于80年代前后, 建议采用保留合流管, 修建截留管道截留旱季污水及初期雨水, 截留的污水及初期雨水输送至污水处理厂处理。近期无纳管条件的, 建设小型设施就地处理, 其周边污水系统预留其纳管条件和容量。

　　 其次, 提高污水处理厂运行标准和处理量。提高14座污水处理厂入河水质, 达到一级A的排放标准, 尤其是一污、二污、九污, 同时新增污水处理厂4座。

　　 最后, 河道综合治理。通过河流水系与湖池联通、雨洪水与再生水补水方案、缩短23湖池换水周期及河道生态治理, 改善河湖水质。

　　 首先, 优化水资源配置体系。优化用水结构, 提高用水效率:到2020年, 供水管网漏损率控制在10%以内, 2030年降至8%。至2020年, 引汉济渭工程向西安市供水量为4.5亿m³/年, 地下水供水9.07亿m³/年, 地表水供水量为7.50亿m³/年, 共修建16座地表和地下水厂。

　　 其次, 加强非传统水源利用, 中心城区新规划再生水厂8座, 提标改造3个。2020年再生水回用量56.1万m³/d。强化雨水收集, 结合海绵城市建设到2030年实现城市雨水资源化利用率12%。

　　 在上述宏观和中观海绵城市建设系统分析的基础上, 结合西安市地域特色, 通过分区管控、湿陷性黄土海绵建设、典型区域建设指引落实海绵建设。

　　 分区管控主要是在总体海绵城市建设目标的基础上, 结合不同区域的建设条件, 将管控指标下分到各个管控单元。

　　 根据建设区域的15个现状基础条件 (高程、坡度、古迹、积水点等) 对海绵建设不同的影响程度赋予不同的影响因子, 通过GIS空间分析海绵城市建设的适宜性, 见图7^[5]。

　　 为了与城市规划管理相衔接, 保障海绵指标的落地性, 本规划一级管控分区与行政分区相对应, 二级分区落实城市控规单元, 三级分区落实到地块, 共划分14个一级分区和293个二级分区, 详见图8。

　　 ①统计西安市各类用地面积, 并依据14个管控分区、293个管控单元现状建设情况, 结合西安湿陷性黄土等特殊影响因素, 划分4类核算类型:城市建设新区、城市建设老区、湿陷性黄土建设新区、湿陷性黄土建设老区。②根据4类区域内各类建设用地典型用地概况, 初步设定其海绵城市建设指标体系, 并构建对应典型用地SWMM模型, 选取西安市1986～2015年30年降雨数据进行模拟, 确定各典型用地年径流总量控制率, 举例如表2^[6]。③根据不同区域类型的典型地块指标, 计算地块指标、二级分区指标和一级分区指标, 并对应反馈调整, 最终满足总体指标。详见图9。

　　 我国湿陷性黄土分布地区大部分年平均降雨量在250～500 mm, 而蒸发量却远远超过降雨量, 因而湿陷性黄土的天然湿度一般在塑限含水量左右或更低一些, 但是当湿陷性黄土随着雨水的渗入而含水量不断增加, 超过液限值, 黄土的结构将会出现湿陷性。我国几个典型湿陷性黄土地区的天然含水量、塑限值以及液限值如表3所示。西安市属于湿陷性黄土地区, 本文针对不同用地特点提出了相应湿陷性黄土应对措施^[7]。

　　 通过实地考察、测定黄土湿陷性的试验, 确定建筑小区内湿陷性黄土等级。原则上在湿陷性黄土地区不使用深层、大型入渗设施, 若为非连续性、小深度、地下水埋深适宜 (10～30m) 等, 可采用人工雨水渗井等设施解决局部管网不健全、排涝无出路区域的雨洪控制问题 (结构穿越湿陷性黄土分布层, 进入潜水地下水上部沙层区) 。在采用浅型、小型入渗设施时, 应采用防渗措施。①普通海绵设施远离建筑物基础水平净距3 m以上, 同时在靠近建筑的一侧采取防水土工布进行防渗。水平搭接长度≥50 cm, 有地下室、车库顶板或其他重要构筑物, 且湿陷性等级较高时, 须做全面防渗。②在建筑物布置、场地排水、屋面排水、地面防水、散水、排水沟、管道敷设、管道材料和接口等方面, 应采取措施防止雨水或生产、生活用水的渗漏。③检漏防水措施:在基本防水措施的基础上, 对防护范围内的地下管道, 应增设检漏管沟和检漏井。④在建筑物周边设置雨水调蓄池时, 当难以满足3 m安全距离时, 需设置钢筋混凝土挡墙, 深度6 m。安全距离大于3 m时, 设置雨水调蓄设施仍要核算其安全性。⑤设置雨水调蓄池时应消除地基的全部或部分湿陷量, 或采用桩基础穿透全部湿陷性黄土层, 或将基础设置在非湿陷性黄土层上。⑥结合海绵设施及周边环境等因素, 选择适宜于具体海绵设施地基处理方案。主要的地基处理方案有:3∶7灰土垫层法、冲击压实法、强夯法。

　　 黄土地区城市道路水损坏主要包括3个方面:黄土边坡土壤侵蚀、黄土路基湿陷和排水设施自身的水损害。城市道路在湿陷性黄土地区建设低影响开发设施时, 主要包括以下几个方面:①新建道路, 侧分带较窄时一般分段布设钢筋混凝土挡墙结构, 考虑经济性, 可只在生物滞留带低点换填段 (滞留段) 及集中进水口部位设置, 底部采用防水土工布防渗。②改造道路, 侧分带较宽时, 可采用自然放坡加两布一膜 (两层土工布, 一层防水膜) 进行防渗。③侧分带较窄的改造道路、新建道路的不换填路段, 原土回填时采用防水砖墙+两布一膜进行防渗。

　　 绿地作为一种天然的渗透设施, 能使不透水汇水区的产流量流入下凹式绿地, 增加降雨的下渗量, 然而降雨下渗量的增大不可避免的会侵蚀周围路堤, 产生破坏。绿地及广场地区的LID设施应做好对应积水区域的防渗工作, 并做好对应的预防措施。

　　 本文根据西安市海绵城市规划及建设相关经验, 统筹考虑特性条件和水系统问题, 确定海绵城市建设指标体系和分级控制、分类引导、系统建设的海绵城市建设思路, 并将湿陷性黄土的特殊条件, 融入在海绵城市规划和设计阶段, 相关借鉴如下:

　　 (1) “大、中、小”3个海绵构建层次。宏观层面构建西安区域绿色大海绵, 中观层面构筑西安四大水系统, 微观层面落实区域特色的海绵城市建设指引。

　　 (2) 特殊条件和共性问题融入海绵城市规划建设各个阶段。构建 “蓝”“绿”“紫”大海绵, 突出了历史文化遗址的保护区域;构筑四大水系统, 除解决水安全、水环境相关问题, 亦统筹考虑了地下水位下降、地下空间开发等特性问题;分区管控结合15个现状基础条件、湿陷性黄土、新旧城区等因素, 分类建模, 确定年径流总量控制率和指引性指标。

　　 (3) 湿陷性黄土地区海绵城市设计建设指引。针对建筑与小区、城市道路、绿地和广场等不同用地类型的湿陷性黄土区域, 分别提出了相关的设计和建设技术要求。