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西安:濕陷性黃土地區海綿城市建設案例
發(fā)布日期:2019/1/24 10:41:07

  根據住建部《海綿城市專(zhuān)項規劃編制暫行規定》(建規[2016]50號)的要求,編制海綿城市專(zhuān)項規劃,應根據城市降雨、土壤、地形地貌等因素和經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展條件,綜合考慮水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全等方面的現狀問(wèn)題和建設需求,堅持問(wèn)題導向與目標導向相結合。以西安海綿城市專(zhuān)項規劃編制為例,結合其本底特征(濕陷性黃土、歷史遺存等),探討海綿城市建設相關(guān)問(wèn)題分析、建設目標、指標分解、建設策略等,為相關(guān)區域提供借鑒。


  1 西安市海綿城市建設基礎


  西安市位于黃河流域中部關(guān)中盆地,規劃主城區范圍490 km?。西安在近年做了大量的海綿城市建設前期工作:①宏觀(guān)方面形成了南山北塬生態(tài)隔離體系,并制定了“八水潤長(cháng)安”工程規劃。西安市已實(shí)現森林覆蓋率48%的目標,并已成為“國家森林城市”,為建設海綿城市提供了綠色空間基礎。②中觀(guān)方面通過(guò)對渭河西安段綜合治理,使渭河右岸形成寬闊的漫灘地,成為天然大海綿。③微觀(guān)方面先后建設了渭河濕地公園、涇渭濕地公園、浐灞濕地公園、灃河濕地公園4個(gè)水系沿線(xiàn)濕地公園和曲江池、未央湖、興慶池、太液池4個(gè)水景公園,見(jiàn)圖1。新時(shí)期下,探索通過(guò)海綿城市建設,滿(mǎn)足西安歷史文化特色的水資源、水生態(tài)建設需求,提升城市品位,在全國發(fā)揮一定的示范效應。

 



Fig.1 Basic conditions for the construction of sponge city in Xi’an

 

  2 西安海綿城市建設特殊條件與問(wèn)題分析


  西安在海綿城市建設過(guò)程中,除分析降雨、蒸發(fā)、徑流、地形、地表水、地下水等基礎條件外,更應注重特殊條件。


  (1)歷史文化遺址的保護。西安市中心城區存在6個(gè)片區共10處歷史遺存,合計面積6 km²,在海綿城市建設中應加以保護建設(見(jiàn)圖2)。

 



Fig.2 Distribution of historical and collapsible loess in Xi’an

 

  (2)濕陷性黃土區域的保護。黃土濕陷性,是西安地區主要工程地質(zhì)問(wèn)題之一。西安市30%的面積為非自重性濕陷性區域,60%面積以Ⅱ~Ⅲ級為主自重性濕陷黃土區,可通過(guò)一定的工程措施處理實(shí)現海綿城市的建設,而剩余約10%的面積為自重Ⅳ級濕陷性黃土,位于僅城東南側曲江片區局部分布,不適宜海綿城市建設。


  (3)地質(zhì)災害區域的保護。西安市城區內有5條斷裂帶,14條主要地裂縫帶,6個(gè)較大的沉降槽,52處各種類(lèi)型的滑坡崩塌,共有77處地質(zhì)災害區域,涉及6%面積(見(jiàn)圖3)。

 



Fig.3 Distribution of ground fissures in Xi’an

 

  (4)地下空間開(kāi)發(fā)區。西安地下空間優(yōu)先發(fā)展區為 “一核,五區,六線(xiàn),十二片,多中心”,在海綿城市建設中此類(lèi)區域應降低海綿城市建設的指標,同時(shí)結合其特點(diǎn)限制使用以下滲為主的海綿設施。


  西安在城市發(fā)展過(guò)程中,除了存在其他城市類(lèi)似的水系統問(wèn)題,同時(shí)也存在著(zhù)自身特有問(wèn)題。共性問(wèn)題:水資源短缺、供水結構不合理、非傳統水資源利用不足;河湖水質(zhì)及河源水質(zhì)達標率低,2015年15條河流的32個(gè)監測斷面中,有18個(gè)監測斷面的水質(zhì)達到其功能區劃分類(lèi)別,其余14個(gè)未達到,達標率為56%;城市防洪排澇建設緩慢,內澇積水點(diǎn)逐年上升,西安市已建成雨水管渠總長(cháng)度約2 087.2 km,其中合流制雨水管約112.5 km,平均排水管渠達標率僅為42.18%,排澇泵站11座,達標率僅為27%等。特性問(wèn)題:


 ?、俪D甑牡叵滤_(kāi)采不僅引起了城市地下水位大幅度下降,深層承壓水的過(guò)量開(kāi)采還造成了市區多處地面沉降和地裂縫等一系列環(huán)境地址問(wèn)題。東南郊地下水埋深由30 m下降到50~80 m,最深達137 m,形成灃、灞、浐、渭、皂5個(gè)較大的下降漏斗,出現了東北郊胡家廟,南郊大雁塔、小寨,東南郊沙坡,西南郊西北大學(xué)4個(gè)沉降中心(見(jiàn)圖4)。

 



Fig.4 Distribution map of groundwater level in Xi’an

 

 ?、跉v史水文作用逐漸喪失——五大歷史湖基本喪失調蓄功能,五大歷史湖河未發(fā)揮應有作用,基本喪失330萬(wàn)m?調蓄庫容,造成暴雨時(shí)南二環(huán)以北、以南部分路段嚴重積澇。


  3 海綿城市建設規劃總體思路與管控指標


  3.1 總體思路


  西安市海綿城市建設,在充分研究西安市現狀的基礎上、從“水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源”4個(gè)方面入手,剖析存在問(wèn)題,針對問(wèn)題提出相應的解決措施及策略,同時(shí)結合西安市發(fā)展項目及重點(diǎn),按照海綿城市建設目標要求,合理安排西安市海綿城市建設實(shí)施計劃。


 ?、俜旨壙刂?。采用“宏觀(guān)控制-中觀(guān)引導-微觀(guān)建設”的總體思路。宏觀(guān)層面:綜合考慮“山、水、林、田、湖”等城市外圍“大海綿”要素、城市建設情況以及增長(cháng)邊界的要求,構建“山、水、林、田、城、濕地”一體化的區域城市海綿體,嚴格控制城市建設對于外圍大海綿要素的影響,合理保護原有生態(tài)系統。中觀(guān)層面:根據排水分區、行政區劃以及控規單元劃分,進(jìn)行中心城區海綿建設分區劃分,綜合考慮濕陷性黃土分布、遺址遺存分布等特殊因素,結合分區基本情況確定海綿城市建設控制要求及適用的海綿設施。微觀(guān)層面:從海綿城市建設項目層面,鼓勵各地區進(jìn)行海綿城市低影響開(kāi)發(fā)設施的建設,引導各區域在滿(mǎn)足目標指標要求的同時(shí),進(jìn)行有序建設。


 ?、诜诸?lèi)引導。老城區以問(wèn)題為導向,重點(diǎn)解決城市內澇、黑臭水體治理等問(wèn)題;合理確定海綿城市建設方式和規劃指標,結合城鎮棚戶(hù)區改造、老舊小區有機更新等推進(jìn)海綿城市建設。新建區域以目標為導向,優(yōu)先保護自然生態(tài)本底,合理控制開(kāi)發(fā)強度,全面落實(shí)海綿城市建設要求。


 ?、巯到y建設。將低影響開(kāi)發(fā)雨水系統、雨水管渠系統、超標雨水徑流排放系統統一考慮,從源頭、過(guò)程、末端,系統性構建海綿城市。


  3.2 指標體系


  結合區域的現狀問(wèn)題及相關(guān)規劃要求,分別從水生態(tài)、水安全、水環(huán)境和水資源等方面確定了規劃建設指標,如表1所示。其中核心指標為年徑流總量控制率、面源污染(SS)削減率和雨水利用替代城市供水比例。

 

 

  4 西安市海綿城市規劃建設策略


  結合上文西安市海綿城市建設總體思路和現狀條件、問(wèn)題、建設目標等,確定西安市海綿城市建設的三大策略;宏觀(guān)層面構建西安區域綠色大海綿,中觀(guān)層面構筑西安四大水系統,微觀(guān)層面落實(shí)區域特色的海綿城市建設指引。


  4.1 構建西安區域“藍”“綠”“紫”大海綿


  在分析西安市生態(tài)基底的基礎上,從保護區域生態(tài)環(huán)境出發(fā),構建西安市海綿生態(tài)空間格局為“兩屏一帶多核藍綠網(wǎng)交織”(見(jiàn)圖5)。

 



Fig.5 Xi’an area “blue”, “green“and “purple” large sponge

 

  4.2 構筑四大水系統


  根據西安市現狀水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源四大水系統存在的問(wèn)題,結合海綿城市建設目標,通過(guò)水生態(tài)修復、水安全保障、水環(huán)境提升、水資源利用西安市中觀(guān)海綿城市建設系統。


  4.2.1 水生態(tài)修復


  建設水循環(huán)系統。規劃利用現有供水管道、河流干渠等連通城市內28湖池水系,提升水循環(huán)、改善水體水質(zhì)(見(jiàn)圖6)。溝通串聯(lián)大峪水庫—興慶湖—護城河—漢城湖——漕運明渠—渭河,灃河干渠—儀祉湖—昆明池—漢城湖—渭河,再生水漢城湖—太液池—渭河,豐慶湖—護城河—漢城湖—渭河水系鏈,完善健全西安市水系連通。其次規劃澇河、灃河、涇河、浐河、灞河等10條河道作為新建生態(tài)護岸及生態(tài)恢復護岸。共計新建生態(tài)護岸長(cháng)度405.13 km,恢復生態(tài)護岸長(cháng)度34.85 km。

 



Fig.6 Xi’an City reclaimed water diversion series project

 

  4.2.2 水安全保障


  首先,落實(shí)低影響開(kāi)發(fā)雨水系統,加強雨水源頭控制。結合西安城市地貌、下墊面現狀,確定綜合徑流系統控制標準如下:規劃新建區域≤0.5,已建區域<0.7,綠地<0.15。


  其次,灰綠結合,對雨水管渠進(jìn)行提標改造。規劃新建雨水管網(wǎng)1 171.62 km、改建現狀雨水管網(wǎng)124.51 km,達到管網(wǎng)覆蓋率1.85 km/km?。對于新建城區,雨水管網(wǎng)按照排水目標要求建設,并提前預留未來(lái)調蓄與調節空間。


  最后,建立超標雨水排放系統,加強雨水末端調蓄。對17座不達標泵站進(jìn)行達標改造,同時(shí)新增15個(gè)城市雨水泵站。規劃建設行泄通道8處共27 km,同時(shí)在長(cháng)樂(lè )東西路,紡渭路設置雨水泵站,進(jìn)行5年提標改造。


  4.2.3 水環(huán)境提升


  首先,完善雨污分流管網(wǎng)系統改造。對于新建區域推行雨污分流制,對于城墻以?xún)群狭鞴芗氨标P(guān)、東關(guān)、紡織城、洪慶區域的合流管實(shí)施近期截留,并隨城市改造逐步進(jìn)行雨污徹底分流改造。以中心城區順城北路為例,現狀順城北路敷設為DN1 000~900×1 250合流制管,規劃對其進(jìn)行改造,采用雨水分流制,敷設DN2 000污水干管和DN1 000~2 000雨水管,將污水輸送至污水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理后排放,提升周邊護城河水體水質(zhì)。對長(cháng)安老城區域的合流管,因其大部分建于80年代前后,建議采用保留合流管,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輸送至污水處理廠(chǎng)處理。近期無(wú)納管條件的,建設小型設施就地處理,其周邊污水系統預留其納管條件和容量。


  其次,提高污水處理廠(chǎng)運行標準和處理量。提高14座污水處理廠(chǎng)入河水質(zhì),達到一級A的排放標準,尤其是一污、二污、九污,同時(shí)新增污水處理廠(chǎng)4座。


  最后,河道綜合治理。通過(guò)河流水系與湖池聯(lián)通、雨洪水與再生水補水方案、縮短23湖池換水周期及河道生態(tài)治理,改善河湖水質(zhì)。


  4.2.4 水資源利用


  首先,優(yōu)化水資源配置體系。優(yōu)化用水結構,提高用水效率:到2020年,供水管網(wǎng)漏損率控制在10%以?xún)龋?030年降至8%。至2020年,引漢濟渭工程向西安市供水量為4.5億m?/年,地下水供水9.07億m?/年,地表水供水量為7.50億m?/年,共修建16座地表和地下水廠(chǎng)。


  其次,加強非傳統水源利用,中心城區新規劃再生水廠(chǎng)8座,提標改造3個(gè)。2020年再生水回用量56.1萬(wàn)m?/d。強化雨水收集,結合海綿城市建設到2030年實(shí)現城市雨水資源化利用率12%。


  4.3 落實(shí)地域特色的海綿建設指引


  在上述宏觀(guān)和中觀(guān)海綿城市建設系統分析的基礎上,結合西安市地域特色,通過(guò)分區管控、濕陷性黃土海綿建設、典型區域建設指引落實(shí)海綿建設。


  4.3.1 分區管控


  分區管控主要是在總體海綿城市建設目標的基礎上,結合不同區域的建設條件,將管控指標下分到各個(gè)管控單元。


  (1)海綿城市建設適宜性分析。根據建設區域的15個(gè)現狀基礎條件(高程、坡度、古跡、積水點(diǎn)等)對海綿建設不同的影響程度賦予不同的影響因子,通過(guò)GIS空間分析海綿城市建設的適宜性,見(jiàn)圖7。

 



Fig.7 Sponge construction suitability analysis t

 

  (2)管控分區的劃分。為了與城市規劃管理相銜接,保障海綿指標的落地性,本規劃一級管控分區與行政分區相對應,二級分區落實(shí)城市控規單元,三級分區落實(shí)到地塊,共劃分14個(gè)一級分區和293個(gè)二級分區,詳見(jiàn)圖8。

 



Fig.8 Sponge construction control zone map

 

  (3)管控指標的分解。


 ?、俳y計西安市各類(lèi)用地面積,并依據14個(gè)管控分區、293個(gè)管控單元現狀建設情況,結合西安濕陷性黃土等特殊影響因素,劃分4類(lèi)核算類(lèi)型:城市建設新區、城市建設老區、濕陷性黃土建設新區、濕陷性黃土建設老區。


 ?、诟鶕?類(lèi)區域內各類(lèi)建設用地典型用地概況,初步設定其海綿城市建設指標體系,并構建對應典型用地SWMM模型,選取西安市1986~2015年30年降雨數據進(jìn)行模擬,確定各典型用地年徑流總量控制率,舉例如表2。

 

 

 ?、鄹鶕煌瑓^域類(lèi)型的典型地塊指標,計算地塊指標、二級分區指標和一級分區指標,并對應反饋調整,最終滿(mǎn)足總體指標。詳見(jiàn)圖9。

 

 



Fig.9 Classification of control unit

 

  4.3.2 濕陷性黃土地區建設指引


  我國濕陷性黃土分布地區大部分年平均降雨量在250~500 mm,而蒸發(fā)量卻遠遠超過(guò)降雨量,因而濕陷性黃土的天然濕度一般在塑限含水量左右或更低一些,但是當濕陷性黃土隨著(zhù)雨水的滲入而含水量不斷增加,超過(guò)液限值,黃土的結構將會(huì )出現濕陷性。我國幾個(gè)典型濕陷性黃土地區的天然含水量、塑限值以及液限值如表3所示。西安市屬于濕陷性黃土地區,本文針對不同用地特點(diǎn)提出了相應濕陷性黃土應對措施。

 

 

  (1)建筑與小區海綿設施地基濕陷性的應對措施。通過(guò)實(shí)地考察、測定黃土濕陷性的試驗,確定建筑小區內濕陷性黃土等級。原則上在濕陷性黃土地區不使用深層、大型入滲設施,若為非連續性、小深度、地下水埋深適宜(10~30m)等,可采用人工雨水滲井等設施解決局部管網(wǎng)不健全、排澇無(wú)出路區域的雨洪控制問(wèn)題(結構穿越濕陷性黃土分布層,進(jìn)入潛水地下水上部沙層區)。在采用淺型、小型入滲設施時(shí),應采用防滲措施。


 ?、倨胀ê>d設施遠離建筑物基礎水平凈距3 m以上,同時(shí)在靠近建筑的一側采取防水土工布進(jìn)行防滲。水平搭接長(cháng)度≥50 cm,有地下室、車(chē)庫頂板或其他重要構筑物,且濕陷性等級較高時(shí),須做全面防滲。


 ?、谠诮ㄖ锊贾?、場(chǎng)地排水、屋面排水、地面防水、散水、排水溝、管道敷設、管道材料和接口等方面,應采取措施防止雨水或生產(chǎn)、生活用水的滲漏。


 ?、蹤z漏防水措施:在基本防水措施的基礎上,對防護范圍內的地下管道,應增設檢漏管溝和檢漏井。


 ?、茉诮ㄖ镏苓呍O置雨水調蓄池時(shí),當難以滿(mǎn)足3 m安全距離時(shí),需設置鋼筋混凝土擋墻,深度6 m。安全距離大于3 m時(shí),設置雨水調蓄設施仍要核算其安全性。


 ?、菰O置雨水調蓄池時(shí)應消除地基的全部或部分濕陷量,或采用樁基礎穿透全部濕陷性黃土層,或將基礎設置在非濕陷性黃土層上。


 ?、藿Y合海綿設施及周邊環(huán)境等因素,選擇適宜于具體海綿設施地基處理方案。主要的地基處理方案有:3∶7灰土墊層法、沖擊壓實(shí)法、強夯法。


  (2)城市道路海綿設施地基濕陷性的應對措施。黃土地區城市道路水損壞主要包括3個(gè)方面:黃土邊坡土壤侵蝕、黃土路基濕陷和排水設施自身的水損害。城市道路在濕陷性黃土地區建設低影響開(kāi)發(fā)設施時(shí),主要包括以下幾個(gè)方面:①新建道路,側分帶較窄時(shí)一般分段布設鋼筋混凝土擋墻結構,考慮經(jīng)濟性,可只在生物滯留帶低點(diǎn)換填段(滯留段)及集中進(jìn)水口部位設置,底部采用防水土工布防滲。②改造道路,側分帶較寬時(shí),可采用自然放坡加兩布一膜(兩層土工布,一層防水膜)進(jìn)行防滲。③側分帶較窄的改造道路、新建道路的不換填路段,原土回填時(shí)采用防水磚墻+兩布一膜進(jìn)行防滲。


  (3)城市綠地與廣場(chǎng)海綿設施地基濕陷性的應對措施。綠地作為一種天然的滲透設施,能使不透水匯水區的產(chǎn)流量流入下凹式綠地,增加降雨的下滲量,然而降雨下滲量的增大不可避免的會(huì )侵蝕周?chē)返?,產(chǎn)生破壞。綠地及廣場(chǎng)地區的LID設施應做好對應積水區域的防滲工作,并做好對應的預防措施。


  5 結語(yǔ)


  本文根據西安市海綿城市規劃及建設相關(guān)經(jīng)驗,統籌考慮特性條件和水系統問(wèn)題,確定海綿城市建設指標體系和分級控制、分類(lèi)引導、系統建設的海綿城市建設思路,并將濕陷性黃土的特殊條件,融入在海綿城市規劃和設計階段,相關(guān)借鑒如下:


  (1)“大、中、小”3個(gè)海綿構建層次。宏觀(guān)層面構建西安區域綠色大海綿,中觀(guān)層面構筑西安四大水系統,微觀(guān)層面落實(shí)區域特色的海綿城市建設指引。


  (2)特殊條件和共性問(wèn)題融入海綿城市規劃建設各個(gè)階段。構建 “藍”“綠”“紫”大海綿,突出了歷史文化遺址的保護區域;構筑四大水系統,除解決水安全、水環(huán)境相關(guān)問(wèn)題,亦統籌考慮了地下水位下降、地下空間開(kāi)發(fā)等特性問(wèn)題;分區管控結合15個(gè)現狀基礎條件、濕陷性黃土、新舊城區等因素,分類(lèi)建模,確定年徑流總量控制率和指引性指標。


  (3)濕陷性黃土地區海綿城市設計建設指引。針對建筑與小區、城市道路、綠地和廣場(chǎng)等不同用地類(lèi)型的濕陷性黃土區域,分別提出了相關(guān)的設計和建設技術(shù)要求。

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