北京工业大学建筑与城市规划学院
摘要：随着城市的发展，北京市中心城区的许多道路进行了改造和拓宽，加上建筑面积的增大，致使不透水面越来越多，城市内涝问题日益严峻。该研究将基于生态化排雨水的机制，结合“海绵城市”的理念，通过生态化的手法提出解决城市内涝问题的优化设计策略。
关键词：海绵城市；内涝区；优化策略
1 导论
1.1研究背景
21世纪以来，北京市遭遇严重强降雨近10次，其中“2012.7.21”遭遇61年来最强暴雨，城区平均降雨量170毫米。二环路至四环路大部分下凹式立交桥区严重积水，交通中断。北京市中心城区由于设施老旧，雨污水管道未能实现分流，部分老城区，尤其是胡同内排水管道多数仍采用合流制，且不具备分流条件。合流制管道在旱季承担污水排放功能，雨季还要同时承担雨水排放功能。另外，由于受周边部分河道为保持水体景观，人为抬高河道和湖泊水位，致使管道水流堵塞，减低了管道的排放能力。在降雨期间，更容易造成道路积滞水，以及上游居民院内因排水不畅，导致雨污水无法排放，造成雨污水倒灌地下室等情况。
随着城市的发展，中心城区的部分道路实施了改造和拓宽，加上建筑面积的增大，致使不透水面越来越多。雨季遇到较大降雨时，大量雨水只能通过地面径流进入管道，频繁出现管道满流情况。北京目前城市雨洪的治理仍以市政工程技术为主，治理措施主要是提高管沟的设计标准以及提升雨水调蓄设施的能力，难以应对日益严峻的城市内涝问题。该研究将基于生态化排雨水的机制，结合“海绵城市”的理念，希望通过生态化的手法更好地解决城市内涝问题。
1.2基本概念
城市内涝：城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。造成内涝的客观原因是降雨强度大，范围集中。降雨特别急的地方可能形成积水，降雨强度比较大、时间比较长也有可能形成积水。
海绵城市：根据习近平总书记关于“加强海绵城市建设”的讲话精神和近期中央经济工作会要求，财政部、住房城乡建设部、水利部决定开展中央财政支持海绵城市建设试点工作。海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用各环节，并考虑其复杂性和长期性。
2 现状问题
2.1排雨水方式单一，地表径流污染严重
通过调研分析，北京市中心城的排水方式以雨水管网排水为主。道路排水模式简单，几乎没有考虑截污、滞留、净化等措施。城市排水设施滞后，内涝区主要集中在桥下地区，而排水管网基本上是道路施工时建设的下水管道，这些老旧管道占到全部管网的70％以上，许多还是二十世纪五六十年代建设的。同时，排水管网的改造跟不上城市建设的发展。城市不透水地面的面积越来越大，以往地表可以吸收部分雨水，现在越来越多的雨水都要通过管道进行排放，客观上加大了管网的排水压力。
2.2土地利用不合理
城市土地的过度开发利用，导致很多地区的地形地貌发生变化，致使地表径流系数增加，汇流面积增大。随着城市的发展、城市土地的升值，中心区原有的洼地、坑塘等自然储水地被挤占减少，甚至消失，城市调蓄能力逐渐减弱。
城市中已建设好的透水空间也未被充分利用，多为单纯的造景绿化，甚至是高耗水的园林景观，绿地位于高地现象普遍，水土流失现象较严重。同时，城市道路周边大量绿化带或公共开放空间有效利用率低，快速路、立交桥周边大面积绿化带也没有充分起到蓄洪、调洪的作用。缺乏生态化的雨水湿地、塘等低成本多功能设计，没有充分利用城市宝贵的土地资源来实施径流污染控制、雨水资源化利用、径流控制及改善生态等措施，反而加重了道路排水和水污染负荷。
2.3 透水面不足
城市空间的快速扩展已使得原来以植被为主的自然景观逐渐被人工不透水建筑物所取代，这些人工不透水面物质在城市的大量分布造成了植被和水体面积的大量缩小，这是城市内涝发生的一个重要原因，也对区域乃至全球的生态系统造成了明显的影响。
不透水面积所占比例过高，使径流总量增大、滞留急促，同时汇流时间大大缩短，雨水汇流速度大幅度提高，导致雨水不能及时排除，形成城市内涝。
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3 优化设计策略
3.1绿色街道
绿色街道的核心内容是雨洪处理设施在街道层面的应用。目前，盛行美国的“绿色街道”的核心实际上是生物滞留池等暴雨径流管理设施在街道层面的应用。其对绿色街道的界定大多从暴雨径流管理的视角，强调绿色街道的去除地表径流污染、补充地下水，减少暴雨径流量，以及美化社区环境，改善街道物理环境的功能。美国俄勒冈州波特兰大都市服务区较早地给了绿色街道一个描述性的界定，包括如下内容：是一个从更大的流域的路径去改善区域水质的一个组成部分；在道路范围内嵌入暴雨径流处理系统；减少流向河流的水量；创造一个可见的绿色基础设施体系；用雨洪设施系统美化社区；最大化地使用植被来拦截雨洪，同时降低温度和改善空气质量；在跨越河流或穿越敏感区时，应尽量减小对周边环境的影响；需要一个具有广泛基础的联盟来规划、筹资、维护和监管。
3.2下沉绿地
城市绿地是最好的渗透设施，不仅渗透能力强，而且植物根系能对雨水径流中的悬浮物、杂质等起到一定的净化和水土保护作用，所以应通过多种途径和方法加大绿地土壤的下渗量。而下凹式绿地比上凸式和平地式绿地更能够促进雨水下渗，加大雨水的利用量，获得最佳的城市生态效益。下凹式景观绿地结构为：绿地的高程低于周边路面及建筑物地面高程，雨水口设置在绿地内，且雨水口高程介于绿地和路面高程之间。下雨时，雨水径流会先汇入到下凹式绿地内，雨水经过蓄留渗透后，多余的雨水通过雨水口排走。
3.3扩大透水性铺装面积
城市景观用地的铺装，在满足实用需求的前提下，尽量减少使用不透水铺装材料，尽可能保持绿地和可渗透性土壤的基础上，根据景观用地的性质，选择相适宜的透水性铺装。城市景观设计中常用的几种透水性铺装形式有，嵌草砖铺地、植草砖铺地、植草板铺地、透水砖铺地、透水沥青路面等。
3.4建设漏水型景观水体
城市景观水体的设计，常常考虑到水源、管理等因素，将水池池底、池壁等固化，做成密闭的不透水水池。这种水体切断了水体与外界环境的自然交换和渗透，削弱了水体的自净能力和生态功能。在有可靠的雨水和其他水源补充的条件下，应提倡建设漏水型景观水体。在进行景观建设时，水池的池底应保持或部分保持其渗水功能。池底为自然基底的集雨面，并将收集的雨水通过自然渗透与周围土壤及地下水自由交换水分，使雨水得以回灌地下水，完善景观水体的各项生态功能。
3.5屋顶绿化
利用屋顶绿化蓄积利用雨水是较为成熟的一种技术。屋顶绿化具有以下特点：有效降低屋面雨水径流量；具有蓄水功能。屋顶绿化可以通过植物的茎叶截留雨水并通过种植土将大量的雨水储存起来。相关试验显示，大约有50%的降水储存在屋面种植土中。同时，屋顶绿化排水层也有蓄水的功能，多余的雨水也可以储存在卵石层内，当种植土干燥时又可将其返吸入土中，减少人工浇灌。
屋顶绿化分为生态屋顶和屋顶花园两类。生态屋顶是指在普通的屋顶上种植体量较小，质量较轻的植物的屋顶系统。生态屋顶一般包括防水薄膜、排水材料，轻质种植土以及绿化植物4部分，通常不考虑游人进入游览。屋顶花园是指设置在屋顶上有较多植物种植及硬质景观的屋顶系统。屋顶花园的结构一般包括防水薄膜层、排水层、种植土层和植被层，是可进入式的花园。由于屋顶花园具有游览、休憩功能，因此要充分考虑其使用的舒适性，一般设计有游步道、活动广场、休息设施和景观小品。
4 结语
通过分析北京市中心城内涝区共同存在的问题，以及产生内涝的原因，从生态化排雨水的角度提出了相应的优化设计策略，同时体现了“海绵城市”的核心思想。但文中提到的优化设计策略在应用上还存在一些困难，比如大部分地区为已建成区域，可改造的范围有限，以及在确定范围的情况下采取何种优化设计策略同样值得探讨。
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论文作者:赵雪媛,任佳佳
论文发表刊物:
论文发表时间:2016/3/18