融入海绵城市理念的城市水系统规划

王文瀚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司，上海 200092)

我国在城市水治理方面已取得了一系列建设成就，但仍存在着城市雨水内涝频发、城市内河湖水系污染严重和水资源缺乏且分布不均等问题[1]。因此，需要从规划层面出发来系统地解决这些问题。我国与水相关的规划众多，如给水规划、雨水规划、污水规划、水系规划等，各规划呈现出专业分工、部门分管和系统分割的显著特征，这种格局导致了各规划间缺乏系统性、协调性和全局性，不利于城市水系统的管理[2]。海绵城市的理念已经从以解决雨水内涝为目的的单一治理，逐渐发展到对整个城市水安全、水生态、水环境和水资源的综合治理。

本文依托实际规划项目，以海绵城市理念为纲，统筹给水、雨水、污水和水系河湖规划，将海绵城市的要求指标融入到各规划中，以期为城市水系统的综合管理提供参考。

1 规划背景

永州市位于湖南省南部，是国家历史文化名城、现代化生态旅游宜居城市。规划区滨江新城位于冷水滩新城区、零陵古城区之间，是联系新旧区的自然生态区，面积约33km2。目前，处于近乎未开发的状态，生态基础较好。规划区位于湘江东侧，水系发达，区域内现状有两条主要河道，分别为楚江和腊树村河，还有大量支流、排洪渠和水库池塘。楚江干流全长16.7km，腊树村河干流全长20km。受区域地形影响，除楚江及腊树村河外，其他河道规模及常水深均较小，呈现一定程度的季节性。区域内大部分河道仍保持自然岸坡，生态岸坡比例大，几乎无硬质化河道，水岸生态系统完善。

随着城市发展水平提升及规模扩张，永州市提出，在零陵、冷水滩两城区之间规划建设一座滨江新城，将现有南北两城区有机联系和融合，使之与历史文化名城交相呼应。根据永州市中心城区发展战略，“南北联城、中部崛起”是近期永州市发展建设的主要方向，滨江新城将成为城市建设的重点。为了合理指导滨江新城的开发建设，尽可能保留规划区的本底自然景观，因此，本次水系统的规划设计也应运而生。

2 规划区水系统的构成和目标

本次规划区的涉水规划主要包括5个部分内容，分别是海绵、给水、污水、雨水和河湖水系专项规划，见图1。通过各涉水规划间的科学联动，形成规划区水系统规划格局。

2.1 打造弹性城市的水资源体系

通过给水、污水和雨水规划的相互融合，因地制宜鼓励非常规水资源(如雨水、污水等)开发利用，实现水资源良性循环。

污水厂达标尾水满足出水准四类水质，通过环评论证，可以进行资源化利用，一部分作为道路冲洗、绿化灌溉用水；另一部分排入内河水系作为生态补水。以大型居住小区、公共建筑等为载体进行雨水的资源化回用。

2.2 恢复韧性城市的水生态体系

通过雨水和水系河湖规划的相互融合，提高城市水域面积，增加生物多样化生态栖息地，形成多个城市公园和城中湖。拓宽河道、连通水系，以提升水体自净能力。通过河流治理，疏通现有水系，构建河道生态岸线，并利用周边绿地调蓄空间对水体进行雨洪调蓄。兼顾生态、景观及防洪的要求，构建稳定的城市生态系统。

2.3 形成柔性城市的水环境体系

通过雨水和污水规划的相互融合，完善城市排水系统。新建污水厂，提升污水处理水平，确保区域生活污水全覆盖、全收集、全处理、达标排放。建立初期雨水全过程低影响开发管理模式，削减进入内河水系的面源污染量。

2.4 完善城市排水-除涝-防洪的水安全系统

通过雨水和水系河湖规划的相互融合，形成源头减排、排水管渠、排涝除险、应急管理四大系统，全面实现“3年一遇不积水、20年一遇不内涝”的总体目标。其中，源头减排和排水管渠建设共同实现“3年一遇不积水”；源头减排、排水管渠、排涝除险共同实现“20年一遇不内涝”；应急管理确保规划区内涝防治设施发生事故或遭遇超过20年一遇降雨时能正常运转。

3 现状调研

3.1 水资源现状

规划区域内现状共有两座已建给水厂，其中一座给水厂近期即将停运，另外一座给水厂的取水水源为现状水库，供水规模为5000m3/d。两座给水厂的规模均不能满足规划区的实际开发需求用水量。

规划区域内供水管网输配水系统呈树枝状，建设不完善。规划区现状用水主要依靠规划区外给水厂和给水泵站联合供水，供水距离远，水头损失大，供水保证率不足且管网漏损率较高。

3.2 水生态现状

规划区域内有两条主要的湘江支流，分别是楚江和腊树村河，区内水网密布，河流纵横，呈树枝状分布。规划区水面率约6.5%，水系流向明确，但是连通性不足，岸线生态性能差。

3.3 水环境现状

规划区内河湖水系的水质较好，水质标准不低于Ⅲ类标准。

规划区现状污水处理设施不完善，污水处理厂和污水管网建设滞后，水系污染主要来自村镇生活污染和农业面源污染。

3.4 水安全现状

湘江沿线未实现防洪堤全覆盖，湘江各支流现状防洪能力仍有部分河段为2～5年一遇，低于防洪标准，存在防洪隐患。

规划区内现状有两个区域为地势低洼区，排水系统不健全，现状除涝设施不完善，无排涝泵站。汛期雨水无法及时排出，造成积水，时常发生内涝，急需推进排水防涝系统建设。

4 城市水系统的规划方案

4.1 海绵指标体系的搭建

根据总体目标要求，结合《海绵城市建设评价标准》，构建两级指标体系(见图2)。

图2 海绵指标体系搭建

4.2 主要海绵规划指标

规划区海绵城市指标严格按照《海绵城市建设绩效评价与考核指标(试行)》中目标和指标要求，结合《海绵城市建设技术指南(试行)》《海绵城市建设评价标准》(GB/T 51345-2018)等要求，在六类18项指标基础上补充完善，形成规划区海绵城市共七类21项指标，相关重点约束性指标见表1。

表1 主要海绵规划指标

续表

4.3 给水规划

为满足海绵城市指标要求，在给水规划中应控制漏损率、明确再生水的利用，并提出节水指标要求。

4.3.1 区域水源

规划区给水水源系统打破行政界线，采用跨区联合供水。分别从北部的冷水滩区和南部的零陵城区向位于中部的规划区联合供水，以实现水资源利用的最大化(见图3)。

图3 规划区供水布局

4.3.2 预测规划区用水量

规划区分别采用分类用地性质与单位人口综合用水量指标法进行用水量预测(见图4)，为节约给水提高再生水利用率，规划区内的道路冲洗、绿地浇洒等用水均采用再生水。

图4 规划区用水量构成示意

通过对再生水水源进行比较论证，市政道路及绿化采用污水厂达标的尾水进行浇洒灌溉，地块内小区则对雨水进行资源化利用，作为小区内部绿化浇灌用水。通过计算，规划区污水厂处理规模为5万m3/d，达标尾水中1万m3/d作为市政道路及绿化的浇洒用水量，通过环评水质模拟论证，4万m3/d的达标尾水可以作为河道的生态补水，不会降低河道原有水质标准。

4.3.3 划分供水分区，布置给水管网

根据水量和水压，对规划区域进行供水区域划分，再结合用地性质及道路竖向，优化布置给水管网，见图5。研究表明，管网运行压力是影响管道漏损的主要因素之一，通过降低管网过剩压力可以有效控制管网漏损[3]。因此，对初步布置后的管网进行平差计算，合理分配管道的流量和节点压力，优化设计给水管径。

图5 供水分区及管道布置

4.4 污水规划

为满足海绵城市指标要求，应考虑污水管网全覆盖，污水管网有出路，污水不外溢，进入污水厂的污水能够全部处理，达标后排放到自然水体。还应考虑污水处理后达标尾水的再利用。

4.4.1 划分污水纳污分区

规划区采用雨污分流制，污水根据用地规划布局、地形地势、受纳水体位置等，划分污水纳污分区，确保每个纳污分区污水都有出路。

4.4.2 优化布局污水管网

通过污水主干管、次干管和支管的布置，将地块内的污水尽可能全部收集，污水收集处理率达到100%，收集后的污水集中进入污水处理厂，确保污水不会无序排放进入内河水系。

4.4.3 预测污水量，确定污水处理厂建设规模

根据上述用水量的预测结果，规划区近期污水量约为4.68万m3/d，远期约为13.93万m3/d，因此，确定污水厂近期规模为5万m3/d，远期规模为14万m3/d。区域内的生活污水通过污水厂处理达标后进行排放。

4.4.4 明确污水厂选址、尾水出路和出水标准

统筹考虑纳污范围内污水干管的布置、受纳水体位置、区域地形地势等因素，将污水厂布置在湘江东路和李达大道交叉口的东北侧。污水处理厂出水水质指标见表2，其中CODCr、TN、NH3-N及TP指标执行《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(GB 43/T 1546-2018)中的一级标准，其余指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准。

表2 污水处理厂出水水质控制指标

经分析，污水厂尾水主要水质指标均满足城市杂用水、景观用水、绿地灌溉、农田灌溉、工业用水和地下水回灌等水质要求。因此，达标尾水满足设计出水标准要求后，可进行资源化利用，一部分作为道路冲洗、绿化灌溉用水；另一部分排入生态湿地，进一步净化后再排入内河水系作为河道生态补水，通过内河的循环最终汇入湘江(见图6)。规划区内河为季节性河道，生态补水可以增加河道的生态流量，结合水系规划，通过河道断面的设计，还可以丰富河道两侧的绿化景观布置。

图6 污水厂尾水资源化利用示意图

4.5 雨水规划

为满足海绵城市指标要求，雨水规划中应考虑年径流总量控制率，控制雨水径流，维持开发前后水文状态；应考虑初期雨水的治理，遵循“源头控制、中途蓄滞、末端排放”的原则，建设渗、滞、蓄、净、用、排全过程低影响开发雨水管理模式，逐级削减面源污染。

4.5.1 结合竖向和水系河湖规划，划分雨水分区，明确排水模式

依据地势竖向，水系河湖规划中划分了雨水分区(见图7)。雨水排水模式采用“高水高排、低水低排”的原则，高排区雨水通过重力自排入河道，低排区雨水非汛期通过重力自排入河道，汛期通过启动河道泵站进行强排，控制河道水位，确保低排区雨水能自排进入河道。

图7 规划区内雨水分区

4.5.2 优化雨水管网布局，计算雨水量，确定雨水管径

雨水采用就近分散排入内河水系的原则，尽可能缩短管道敷设的长度，降低埋深，节省投资。

按照国家最新规范的要求，统一雨水量计算参数：综合径流系数取0.6，暴雨标准一般地区采用3年一遇，内涝标准采用20年一遇。采用永州市暴雨强度公式计算区域内雨水量，进一步确定雨水管径，确保在市政设计标准下区域内不会积水。

4.6 水系河湖规划

为满足海绵城市指标要求，水系河湖规划应考虑生态岸线的建设，建设生态型河流断面，恢复水系的雨水调蓄、生物栖息、污水净化等功能；应通过拓宽河道断面、水系连通、调整河道纵坡、规划行泄通道等工程措施，实现超标雨水排放，提高河道的行洪能力。

4.6.1 水系布局规划

本次规划区水系河湖设计为 “两横两纵，湖库点缀”的总体框架布局，见图8。“两横”为区域行洪河道：楚江和腊树村河，“两纵”为低排片区的排涝沟，“湖库点缀”通过规划水系串通区域内主要水库池塘，使水面呈现大小交错的整体布局。

图8 河湖水系平面优化布置

4.6.2 防洪排涝格局

规划区河道体系清晰，防洪河道为楚江、腊树村河和腊树村河支流，其余均为排涝河道。依据地势竖向，规划区划分为3个排涝区，其中2个高排片区和1个低排片区，见图9。各片区排涝标准为20年一遇24h设计暴雨下地面不积水。

图9 规划区防洪除涝总体布局

当发生小于内涝防治标准的降雨时，城市涝水主要行泄通道为规划河道，因此，对现状河道进行拓宽整治，满足20年一遇行泄要求，主要排涝河道允许越浪情况下堤防工程的安全加高值为0.3m。

规划区域内河道防洪标准为20年一遇，主要行洪河道不允许越浪情况下堤防工程的安全加高值为0.6m。

4.6.3 河道断面

规划区现状河渠呈现一定的季节性，即河道常水位依赖于降雨量的大小。河道主河槽较深，但常水位下，河道水深较浅，水面距离岸顶差距较大，河道亲水性较差。由于现状河道防洪能力普遍不足20年一遇，因此，在现状河道基础上适当扩大河道规模或增加堤顶高程，确保河道断面满足防洪排涝需要。部分河道的规划断面型式见图10。

图10 部分河道规划断面示意

4.6.4 河湖生态水量控制

根据规划区作为未来城市中心的定位，河道景观功能及水质、生态要求高，但规划区水系洪枯流量差异大，且支流源头枯季无大型水库等稳定水源，因此，根据周边水源情况制定合理的补水方案和补水路径，见图11、图12。

图11 补水路径示意

图12 补水方案示意

根据现状资料及调查分析，除降雨径流外，规划区现有补水水源主要有再生水水源和调 水水源，其中再生水水源为新建污水处理厂的达标尾水和新建能源站的退水尾水。调水水源根据周边可用水源，以湘江和双牌灌渠作为水源。

5 结 语

本项目在规划层面上，将海绵城市建设指标融入到各涉水专项规划中，并加强各涉水规划间的协调联动，从水资源、水安全、水环境、水生态四方面着手，实现了修复城市水生态、涵养城市水资源、改善城市水环境、提高城市水安全的多重目标，构建了规划区水系统的格局。