西咸沣西新城海绵系统

项目简介

1、项目概述

为了实现在地势平坦的西咸新区沣西新城构建海绵城市的规划目标， 本方案把在总体城市设计中规划的中心绿廊设计成绿色海绵体并作为主干网络对城市雨水进行有组织的蓄、渗、排。在具体的设计中，结合场地的地质情况，提出深挖绿谷的策略，通过挖沙建绿谷，以沙回补投资的方法，把设计与建造过程相结合，解决了像沣西新城这些地势平坦的新城如何建设海绵城市的难题。

（1） 区域与场地特点

a、西咸新区——沣西新城海绵城市规划

西咸新区是经国务院批准设立的首个以创新城市发展方式为主题的国家级新区，位于陕西省西安市和咸阳市建成区之间，规划控制面积882平方公里。西咸新区作为关中—天水经济区的核心区域，区位优势明显、历史文化底蕴深厚。

沣西新城是西咸新区五大新城之一，总规划面积143平方公里，核心城区44平方公里。其所在地是历史悠久、土壤肥沃的沣渭平原，渭河、沣河、新河、沙河（故道）四水环绕，为新城提供优越的自然条件；而古都西安、咸阳，则为沣西新城带来深厚的历史文化底蕴，镐京遗址等历史遗存就坐落在沣西新城。

沣西新城作为西安和咸阳的功能延展区，总体定位是未来西安国际化大都市综合服务副中心和战略性新兴产业基地，其城市中心未来将要为约50万城镇人口提供商业文化居住等城市服务功能。

为此，在总体城市设计里，规划了一条中心绿廊穿越城市中心，形成一条绿色慢行的走廊连接沣河和渭河，同时也作为一条生态廊道为城市提供必要的生态服务功能。正是这一具有前瞻性的城市设计为沣西新城海绵城市规划留出了规划设计的空间，使海绵城市的规划设计和未来实施成为可能。

土人设计受沣西新城管委会的委托，以沣西新城的中心绿廊作为规划设计的核心，对沣西新城的核心城区进行海绵城市规划研究。

b、沣西新城的场地特点

沣西新城所处区域为暖温带半湿润大陆性季风气候,夏季高温多雨，冬季稍冷少雨,气候温和，四季分明,年降雨量约600毫米（降雨量小于蒸发量），且分布不均，古代人民为了在沣渭平原上发展农业，形成了发达的农业灌溉系统，主要栽植小麦、棉花，是我国重要的商品粮产区。

目前沣西新城所在区域仍为大面积的农田，其中散置着一些村落。场地内总体地势平坦，内部场地高差最大也就在3米左右。

作为沣河和渭河的洪泛平原，场地表层土壤肥沃，下层土壤主要为沉积多年的河沙。目前由于沣河和渭河的水源受控，当地的农民主要采用打井抽地下水的方式进行灌溉，这也使得当地的地下水位逐年下降。另一方面，沣河和渭河也是当地重要的防洪防涝的治理对象。

为此，沣西新城的城市建设正面临着一系列的问题与挑战，尤其是城市雨洪管理方面的问题。

2、目标与挑战

a、沣渭平原地势过于平坦，降水不均，旱季缺水雨季易涝

由于沣西新城核心城区所在的区域沣渭平原地势过于平坦，降水不均，在农耕时代，就经常是旱季缺水，雨季涝。可以设想，当这44平方公里的土地按照传统城市的方式建设起来后，地表径流系数从0.2上升到常规的0.6时，将会有40%的雨水不再能够就地下渗，回补地下水，这将加剧所在区域地下水位的下降；而另一方面，城市建设之前大概只有20%的降雨最终能形成地表径流，而当土地硬化后，大概有60%的雨水都变成了地表径流（车伍和李俊奇，2006）。而为了有效排放这些雨水，降低城市受到洪涝灾害影响的风险，势必需要投入相当大的资金去建设一套庞大的地下雨水管网系统。

一边是大量的雨水需要被排放，另一边则是地下水无法得到有效的补充，关中地区降水在时间上的分布不均，地势过于平坦，给我们的城市建设带来了巨大的问题与挑战。

b、已经编制完成传统的控规雨水管网规划

在接受规划设计委托的时候，沣西新城已经编制完成了中心城区的控制性详细规划。其中，雨水管网的规划采用的是分片区收集雨水，最后通过泵站强排排入城市周边河流的传统市政工程做法。也就是说，落在城市中的每一滴雨水，只要没有下渗，就需要在雨水管道中汇流;并且，由于场地过于平坦，最终汇流的雨水无法通过自然的方式排出，必须通过人工方式强排入河。因此， 除了要投入巨大的前期建设成本外，还要投入巨大的后期维护费用。这将使得新城在城市雨洪管理方面变得高能耗，高成本维护，而产出却甚微。

作为规划设计单位，我们曾建议委托方彻底调整传统的雨水管网规划，但在海绵城市规划设计指导意见尚未发布的那个年代，委托方出于安全等方面的原因，明确提出原有的雨水管网规划不能调整，但可以附加一些设施以满足海绵城市规划的要求。为此，如何通过规划设计把已规划的传统雨水管网和将要规划设计的绿色海绵相结合变得尤为重要。

c、厚河沙沉积层给城市建设带来难题与机遇

在对沣西新城所在区域的进行初步地质勘探后，发现在表层的湿陷性黄土下，是十多米厚的沉积河沙。厚厚的河沙对于城市建设来说是一个不利的因素，为了保证建筑的安全，需要加打基础的深度，增加建设成本；但另一方面厚厚的河沙本身就是良好的建筑材料，在场地南边的沙河故道就有采沙场进行挖沙。地下厚厚的河沙完全可以用在新城的城市建设中，而河沙的挖出与利用，则使得通过设计大幅度改变场地的地形标高变得切实可行。

3、设计策略

a、规划地块采用低影响开发策略，就地雨水下渗

最有效，最经济的海绵城市做法就是源头治理，从源头的地块上就采用LID低影响开发的策略。为此，规划先是对不同用地性质的地块制定景观设计导则：

（i）尽可能采用可下渗的材料做硬质铺装，降低地表径流系数，减少可能产生的地表径流，如可采用透水砖替代烧结砖，透水混凝土和透水沥青代替普通混凝土和沥青，用小规格的石材粗缝铺砌代替大规格石材密缝铺砌；

（ii）通过竖向设计使得地块中的绿地标高低于硬质铺装的标高，使得已经产生的地表径流能在绿地中实现蓄渗排，如沿道路和硬质铺装设置低于路面标高的绿色生态排水沟对雨水进行有组织的蓄渗排；

（iii）在绿地中按照径流方向，尽可能多得设置分散式下凹湿地进一步蓄渗雨水，如设置下凹式的雨水花园进一步调蓄雨水；

（iv）在下凹绿地的最高水位标高处设置溢水口，离中心绿廊较近的地块在竖向标高允许的情况下直接溢流到中心绿廊，在竖向标高不允许的情况下则溢流至地下雨水管网。按照当地的实际情况，把城市建设用地每一个地块建设后的地表径流系数的控制目标设置在0.2，是一个较为经济可行的目标。

b、深挖中心绿廊形成绿谷，建构生态雨水廊道

为了切实解决沣西新城的水生态环境的问题，除了针对单一地块的就地下渗策略外，还需要在城市尺度上实现雨水蓄渗排的主干网络。而在总体城市设计上设置的中心绿廊正好可以充当此角色。但是中心绿廊要充当沣西新城的主干雨水廊道的最大障碍在于沣西新城的地势过于平坦，南北的纵深又超过4公里，这使得地块的雨水无法通过重力汇流到中心绿廊，为了最大限度吸纳周边地块汇流而来的雨水， 需要把中心绿廊的设计标高在现状标高的基础上降低，通过测算当绿廊的设计标高在现有基础上降低4-6米，即可采取重力汇流的方式对核心城区1/4的区域约12.5平方公里的土地实现雨水有组织的管理与汇流。

而采取深挖设计策略的最大障碍在于平均标高的下降会带来巨大的土方量，经测算当绿廊的设计标高在现有基础上降低4-6米，将会产生外运约600万立方米的土方，这将会极大地增加工程的投资，直接影响到该方案的可行性。

为了寻求有效的解决措施，我们在规划之初就结合场地的初步地质勘探报告进行研究并发现河沙的埋深仅在约2-3米以下，也就是说在深挖中心绿廊时4-6米时产生的外运土方里，大概约一半是可直接作为建筑材料进行使用的河沙。如果我们能在深挖绿廊的建造过程中把河沙单独挖出并能在新城的建设中使用，那么结果将改写，不是多产生了约600万立方米的外运土方，而是挖出的河沙创造了多少的经济价值。为此，在规划设计上大胆地提出在绿廊施工的过程中通过改进施工程序把表层土壤和底层河沙分别挖出存放，表层土壤在中心绿廊地形成型后作为种植土回填；而底层河沙则作为良好的建筑材料可直接在新城建造的过程中进行使用。经测算，按照中心绿廊的规划设计方案，将产生约600万立方米的土方工程量，按照外运土方60元／平方米的市场价格计算，投资增加了3.6亿元；而需要外运的河沙约为260万立方米（约468万吨），以建筑用沙80元／吨的市场价格进行计算，可回收投资3.74亿元。相当于除去因深挖中心绿廊所产生的土方工程而增加的投资费用外，仍有1400万元的盈余，而这将使深挖绿廊的方案在经济上成为可能。

在获得初步的可行性后，我们可汇水面积、开挖土方量，桥梁的架设，廊道的生态服务功能等方面进行考量，最终确定深挖4-6米的方案，主要考虑有以下几方面：

（i）绿色海绵体的雨洪调节功能与景观生态功能的平衡。鉴于中心绿廊平均约有100米以上的宽度，往下挖4-6米形成绿谷，大概只有1:10的坡度，对创造良好的景观空间体验十分有利，过大的深度会给人造成一些不安的因素，使空间尺度失衡；而深挖4-6米的绿谷已经能蓄纳将近1／4核心城市的雨水在绿谷中进行蓄、渗、排，能达到规划设置之初预想的目标。

（ii）交通要求与投资的平衡。深挖绿谷会使得穿越绿谷的城市道路需要变为桥梁，并且与绿谷内休闲道路形成立体交叉，而4-6米的深度是立体交叉方案的最低限度要求，否则就需要把穿越绿谷的桥梁加高，增加投资；而更深的方案存在一定的不确定风险，如出沙率等可能会造成投资回收的一些不确定性。

c、湿地景观建构中心绿廊，城市休闲功能与雨洪管理功能并存

为了实现绿廊的生态服务，城市休闲，文化旅游等功能，在规划上提出利用绿谷和城市雨水打造季节性的湿地景观。其具体设计策略为（图6~8）：

（i）在中心绿廊的谷底设置一系列不同高差的季节性湿地泡进行雨水的调蓄与泄排。整个绿谷的底部就是一个巨大的绿色海绵体，城市的雨水最终会在这些季节性湿地泡中进行调节。为此在景观设计上设计了多条相互交叉、平行的栈道，每条栈道的设计标高都有所变化，分别与不同枯水期水位、常水位相对应，以形成良好的滨水休闲体验。同时结合湿地泡的设计形成了一系列高低不同的岛屿作为市民休闲运动的场地。

（ii）就地填挖方，在中心绿廊两侧规划设计一系列不同高差的水泡和台地层层跌落，台地的高处与周边地块和地下雨水官网对接，对雨水进行过滤与下渗；台地低处则与季节性湿地相连，蓄渗雨水。而另一方面，每次雨水汇入中心绿廊都会经过每一块台地和洼地，对台地和洼地的植物进行自然灌溉，形成独特的生态景观特色。

（iii）把不可淹没的服务建筑等设施设置在与城市用地标高一致的入口广场，最大限度地发挥绿色海绵体的蓄涝功能。由于不存在不可淹没的建筑在绿廊内部，在遭遇特大降雨时，整个绿廊都可成为临时蓄涝，滞纳雨水的空间。

湿地景观的打造为中心绿廊带来了丰富的景观体验，利用城市雨水改变绿谷不同区域的水份条件，洪泛与干旱的交替，又使得中心绿廊产生了丰富多样的生境，让不同的生物找到适合自己生存的环境，自然而然地增加中心绿廊的生物多样性。同时借自然之力，还免去了日后为维护公园生物多样性所产生的大量后期管护工作。用最低的代价实现了最真实的生物多样性，实现了一种最小维护的，完全生态的自然环境（俞孔坚等，2015c）

d、灰色基础设施与绿色基础设施耦合，实现高效雨洪管理

即使通过降低中心绿廊设计标高等方法来解决城市雨洪管理等问题，仍无法使得整个沣西新城雨水管网系统的雨水能完全通过城市的绿色海绵体进行处理，将近一半的城市土地仍需要通过地下雨水管网进行排放。并且，出于对国家相应规范的要求和安全的考虑，对于可通过绿色海绵体对于水进行蓄渗排的城市区域仍需要设置地下雨水管网，在特大暴雨的情况下作为溢流泄水的重要途径，因此两套系统如何共同发挥作用，并相互协作变得尤为重要。

为了解决这个问题，在与控规修编单位多次沟通后，按照优先采用绿色基础设施处理雨水的蓄渗排的原则，当且仅当绿色基础设施的处理能力达到饱和状态时再通过溢流装置汇入地下雨水管网。这样可以充分发挥绿色基础设计海绵体的效能，这样既能最大限度地保证雨水能够就地下渗回补地下水，又能最大限度减轻地下雨水管网的排水的压力。

具体的措施有以下几点：

（i）所有的雨水管网仍按原有设计的二年一遇标准进行设计，管径和线路的布置都不变，所有雨水口排水标高也保持不变，但其位置需要从道路及广场上移到绿地中，并与绿色海绵体的设计相结合，以溢流的方式把超出绿色海绵体处理能力的雨水排走。

（ii）在中心绿廊两侧的地块的雨水先是通过地表上的绿色海绵体进行有组织的蓄、渗、排，再通过中心绿廊两侧道路下铺设的涵管直接排入中心绿廊。同时，在每个地块内设置溢水口与地下雨水管网连接。

（iii）在绿廊附近的雨水管网根据其标高情况分为两种处理方法，其管低标高高于中央绿廊底标高的设置连通管直接排到中心绿廊，管低标高底于中央绿廊的则直接通过地下管网排放。

（iv）在中央绿廊东西两端与沣河、渭河连接处增设两座排水泵站，以备不测。

4、结论

对于地势平坦的新城规划，沣西新城是幸运的，先期规划的中心绿廊和河沙沉积层使得海绵城市的规划变得经济可行。然而对于大多数同样是地势平坦，却缺少河沙资源的城市又该如何实现海绵城市的规划目标呢？可以预见，当这种情况出现时，前期规划的绿色雨水廊道就变得尤为重要，当把绿色海绵的概念融入到城市规划和城市设计中，把绿色网络融入到城市地块中，才能减少后期的实施难度，才有可能在不需要经历那么大的土方工程也能真正实现海绵城市的规划目标。

经过两年的努力，目前一期的试验段已经基本建设完成，并成为全国海绵城市的样板，已经接待包括国务院领导人在内的国内外参观者的造访。

参考文献：

车伍，李俊奇. 城市雨水利用技术与管理. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

俞孔坚, 李迪华, 袁弘, 傅微, 乔青, 王思思. “海绵城市”理论与实践. 城市规划, 2015, 39(6): 26-36 .