导 读

武汉青山海绵城市建设试点区以“自然积存、自然渗透、自然净化”的海绵城市理念为基础，从流域统筹角度构建蓄排平衡的大海绵体系，从源头减量角度践行灰绿结合的小海绵体系，提高了试点区排水防涝水平，有效改善了老城区基础设施短板明显、人居环境较差的问题。

01  青山试点区概况

1.1 建设现状

青山试点区位于武昌地区东北部，北临长江、南靠东湖，东至武钢工业区，面积约23 km²，是武钢产业工人的主要居住区，建成区占比80%以上，旧城旧厂占到了50%以上。区内存在12处严重内涝积水点，3条黑臭水体，人居环境品质整体较差。

1.2 排水系统

试点区根据排水出路，可分为两个流域，西侧区域内无大型水域，雨水直接向北通过港西泵站排至长江；东侧属于东沙湖系统，雨水通过东湖港等几条河道向南排放至东湖、沙湖内调蓄，后再通过新生路等3座泵站排至长江。试点区内的雨水排放模式基本代表了武汉市的整体情况。

图1  试点区所处流域情况

02  内涝成因分析

2.1  汛期悬河，外洪内涝叠加

滨江平原的特点导致武汉在内涝防治方面有着先天的不足，堤防是武汉城市安全的必须基础设施，但围合的堤防也将地势低洼平坦的武汉包围成了缺少出路的盆地。以青山试点区为例，约85%区域地面高程在20.00~25.00 m，低于多年平均洪水位高程25.5m，远低于2016年28.36m洪水位，汛期长江对于武汉已成悬河，外洪严重限制了城市内部雨水的排出。

2.2  湖泊受限，调蓄能力欠缺

武汉历史上“湖面变鱼塘，鱼塘变藕塘，藕塘变楼房”的情况突出，导致大量湖泊消失，调蓄功能丧失。马建威等研究就发现，1996—2010年间，中心城区范围内水域面积减少了36%左右。青山试点区所处流域内东湖、沙湖、杨春湖等湖泊历史上也存在不同程度的侵占情况。同时，作为武汉重要的名片，东沙湖等湖泊的景观功能也十分重要，调蓄功能也受到不同程度限制。


一是作为典型的浅水位湖泊，虽然水域面积大，但平均水深仅为2.18 m，调蓄水位变化幅度有限，如2017年东沙湖流域为腾出2 385万m³调蓄库容导致了严重的沿岸湖底裸 露，景观游船搁浅情况。


二是浅水位湖泊水质易受扰动，为减少管网混错接、初期雨水等污染影响，雨水的排放也一定程度受限，部分雨水排口封闭。


2.3  泵站不足，抽排能力短缺

试点建设前，青山试点区内 港西系统依靠23.8 m³/s的港西泵站将雨水排放至长江，泵站仅能应对管网重现期约一年一遇水平的降雨；试点区内东沙湖系统依靠试点区外流域内罗家路等泵站，总规模142 m³/s，对于整个流域，抽排能力仅相当于70 mm/d的水平，这也是2016年武昌地区长时间积水的原因，总降雨量超过500 mm，远超湖泊调蓄能力和泵站抽排水平，湖泊水位长时间无法降低。

2.4  主干不畅，过流短板明显

根据对现状管网系统的评估，试点区主干管网能力普遍不足，83.8%的现状管道能力不足3年一遇，尤其是接入港西泵站的主干箱涵沿线是主要的内涝积水风险区域。


东沙湖系统中由于管网临近河渠，汇水面积小，重现期达标比例较高，但由于东湖作为长江的伴生湖泊，与长江的双向联通特征显著，导致试点区内河渠整体平缓，河渠整体过流能力不足，评估显示，在50年一遇24 h降雨条件下，局部渠段存在水位超过河堤情况。

2.5  局部低洼，硬化面积增大

由于区域开发建设时序不一致，试点区局部位置地形低洼，暴雨后周边雨水集中汇入形成严重积水。典型位置为试点区北部钢城二中，平均比周边低1 m以上，最 大高差超过3 m，导致学校面积仅1.87 hm²，但接纳周边客水汇水区超过3 hm²。


同时整个试点区作为老区，整体开发强度较高，在区域内有约21%的非建设用地和发展备用地的情况下，人口已达到28万人，人口密度达到了1.54万人/km²，屋面、道路等硬化面积大，达到了试点区面积的48%以上；加之武汉市地下水位较高，都严重阻碍了雨水径流的滞蓄、下渗。

03  构建蓄排平衡的系统治理体系

受长江高水位影响，考虑到雨水的不可压缩性，加强本地对雨水的滞蓄和泵站抽排能力，达到蓄排平衡成为武汉的基本选择。但由于汛期武汉的降雨总量大、峰值高，2016年发生严重内涝时一周降雨达到561 mm，超过98年创历史记录，50年一遇24 h降雨量为303 mm，蓄排的规模十分巨大。如何从河湖水域蓝色空间保护利用、源头绿色设施减量、管网泵站灰色设施提标等角度构建蓝绿灰结合，相互反馈衔接的雨水蓄（调蓄、滞蓄）排（管排、抽排）平衡体系，加强总体谋划，做到经济技术合理是迫切需要解决问题。


3.1 坚持流域统筹，开展系统治理


坚持从流域角度出发，首先在流域层面统筹湖泊等蓝色设施对降雨的调蓄能力、源头绿色设施的滞蓄能力、以及末端泵站的抽排能力，在总量上实现雨水的空间蓄排平衡，明确各类设施的雨水总量控制要求。其次打通各设施间的河渠等连接通道，合理提升管网等灰色设施的标准，确保雨水在源头、湖泊、泵站之间的顺利衔接，做到雨水去处清晰、排放顺畅。青山试点区内 港西系统清晰独立，汇水区完整；但东沙湖系统涉及整个东沙湖水系，需在东沙湖流域范围内整体统筹。

3.2 坚持灰绿结合，发挥综合功能


改变简单依托末端大型泵站等灰色工程为主的思路，通过绿色优先的理念，强化源头海绵设施、自然湖泊水系等蓝绿设施作用：在水量上优先滞蓄，促进整体蓄排平衡的实现；在峰值上强化源头滞留，缓解管网、河渠、泵站的压力；在水质上提升自然净化能力，通过减轻径流污染实现雨水入湖调蓄；在品质上增绿留白，改善试点区老工业区城市建设面貌，提供优质生态产品供给。通过“小海绵保水质、大海绵保安全”整体形成 “以滞促渗、以渗促净、以净促蓄、以蓄促用和以蓄保排”的灰绿结合海绵城市建设总体框架。

04  系统方案与成效

港西系统内现状无自然湖泊水系，在源头减量、削峰的基础上，重点仍需提升泵站和主干管网的能力；东沙湖系统流域面积大，提升泵站抽排能力难度较大，通过深度挖掘源头和湖泊的调蓄能力，合理优化调度，以预排、削峰等促进区域内排涝能力的整体提升，整体思路和目标如下。经过多轮筛选与优化，最终确定青山试点范区海绵源头改造项目共计183个，其中市政道路项目24个，小区公建项目132个，公园绿地项目10个，城市水系项目7个，城市管渠泵站项目10个。

图3 蓄排平衡体系方案思路

表1 不同措施控制雨量

4.1  做好湖泊保护与调度，提升调蓄能力

湖泊保护与调度工作主要在东沙湖系统，按照不增加泵站规模，充分挖掘源头与湖泊滞蓄能力的思路，在50年一遇24 h 303 mm降雨条件下，东沙湖系统需要实现日233 mm以上的雨水滞蓄水平。由于源头海绵设施所能控制的日降雨量有限，因此重点仍以湖泊调蓄为主，做好大海绵的保护与利用。



4.1.1 保护新增湖泊水域


通过严格落实武汉《中心城区湖泊保护“三线一路”规划》，将湖泊蓝线、周边绿线、建筑灰线与环湖道路一同划定建设，做到有效遏制侵占湖泊、湿地、坑塘行为。同时，以大东湖生态水网为基础，加强流域内湖泊港渠联通，并合理确定最 低控制水位与超标调蓄水深，最终保证在湖泊景观、水质不出现严重影响的情况下，最 大限度提升调蓄能力，流域内东湖、杨春湖等6处湖泊最 大调蓄量可达3649.8万m³。


在做好大型湖泊水位调度的同时，武汉市还积极通过公园改造、低洼地治理等工作新增湖泊水体调蓄空间，如原为粉煤灰堆场的青山区戴家湖公园，现已蜕变为生态湖泊，形成水面6 hm²，既能调蓄净化周边雨洪，也为市民提供生态休闲娱乐空间。


4.1.2 实现雨水顺畅入湖


为保证雨季径流污染不对湖泊水质造成严重影响，限制湖泊调蓄能力，试点区内对市政道路及建筑小区内的管网混错接情况进行了详细排查，改造了176处市政道路、97个小区公建及3个公园的管网，将源头海绵改造和面源污染充分衔接，依托国家“十五”重大科技专项研究结果，构建了武汉市建成区次降雨量与地表径流总磷（TP）污染负荷模数关系式，从而按照东沙湖水系水质控制目标，确定了面源污染的控制目标，进一步细化了源头海绵设施的建设要求。


4.2  加快泵站与通道建设，提高排放能力

武汉市自2016年后，以试点区为基础，开展了全市的排涝设施补短板工作，全市共新增排涝泵站规模近1 000 m³/s，总规模达到1 960 m³/s，整治30余条城市河渠，并新增20多条主干排水箱涵。其中青山试点区内新增港西泵站二期53.8 m³/s，配套新增最 大5×3 m箱涵约4 km；并按照50年一遇标准，结合截污、生态修复、景观建设等对青山港、东湖港等河渠进行了系统的疏浚、拓宽等工作。

图4 试点区主干排涝设施

4.3 推进源头海绵化改造，增强滞蓄能力

以老城区、老工业区为主的青山试点区内面临严重的设施老化、空间不足等问题，建筑小区内普遍存在积水、管网混错接等情况。为此，试点区内源头项目以解决问题为首要出发点，不唯指标论。即优先重点解决小区雨污混错接、积水等功能性问题，并将小区管网改造、绿化改造与小区道路改造统筹考虑，做到有机结合，通过新增透水活动空间、绿化提升等工作促进小区环境品质提升，使得海绵城市建设成效看得到、摸得着，也利于老旧小区后期对海绵设施的自发维护。


其次，合理制定源头改造径流控制目标，在试点区蓄排平衡的大框架下，保证区域整体达标，而不是单个项目达标。利用南干渠游园、和平公园、倒口湖公园等内部水体收集滞蓄周边区域雨水，在区域层面建设联通周边区域和公园的管网、地面排水通道等设施，公园内部水体配套建设了拦截净化湿地、一体化初雨调蓄处理设施等。如南干渠游园建设了能承担周边约0.7 km²的调蓄处理设施，在提高径流控制目标、削减面源污染同时一定程度上起到了周边低洼区域积水的调蓄削峰作用。

图5 径流控制指标区域平衡项目分布

4.4 强化低洼点系统治理，缓解严重内涝

对于试点区内局部低洼点，仍需增补工程措施缓解严重内涝情况。以钢城二中为例，在改造周边排水管网，提高收水、排水能力的基础上，提出了外截、内渗、超标蓄排的整体改造措施。首先在学校周边增设截水沟、挡水墙等设施，阻隔外水进入；其次在校园内通过海绵设施，提升对雨水的渗滞能力，考虑到外来水是最 大的风险，利用原有围墙周边杂乱低效的空间重点建设拦截、渗滞能力明显的生态旱溪、梯级花坛等设施；同时通过透水铺装、碎石边沟、绿色屋顶、雨水桶等加强学校区域内部雨水的下渗，经过学校内海绵建设，学校内绿地率由5.5%提升到40.5%，整体海绵设施面积占到了65.3%；最 后为应对强降雨情况，建设了400 m³调蓄池和抽排泵站与学校内海绵设施连接，小雨收集雨水用于学校绿化浇洒，暴雨时将超标雨水快速收集入调蓄池后抽排入市政管网。

4.5 建设成效

4.5.1 内涝明显改善


经过3年点试点建设，青山试点区内涝问题得到显著改善，根据模型模拟，内涝防治水平基本达到50年一遇标准。2017年8月24日，试点区经受住了小时雨量超百年一遇的考验；2020年，在长江水位居历史第四位，中心城区日最 大降雨量超过238 mm的情况下，试点区未发生明显积水情况。根据监显示，源头海绵设施对径流的滞蓄、削峰作用显著，海绵改造后，小区出流峰值延迟半小时以上，极大改善了现状管网的排水条件，在试点区内仅改造少量主干管网的基础上，模型评估表明，能够应对3年一遇降雨的管网比例由现状17%提升到了约50%。


4.5.2 水环境有效提升


试点区海绵城市建设统筹推进了雨污混错接改造，面源污染控制，水生态修复等内容，区内3条黑臭水体全部消除，主要河湖水体水质都明显改善。


4.5.3 居民满意度不断提高


通过海绵改造，极大的改善了城市尤其是老旧小区的环境品质，小区旧貌焕然一新，环境整洁美观，脏乱差彻底改观，配套设施齐全，居民群众满意率均达95%以上。仅学校改造达到29所，学校功能环境焕然一新，受益师生近3万人。海绵城市建设获得了试点区居民的高度赞赏，真正实现了小雨不湿鞋、大雨不内涝的建设目标，积水点全部解决，方便了居民的日常生活和出行，试点建设期间收到了大量居民、单位送来的锦旗，以及试点外项目的海绵改造申请。试点区经验获得了全市认可，以海绵城市理念指导的相关涉水工程得以全面开展，根据遥感监测，从2015年开始，武汉全市不透水面增长率由6.7%降低到0.5%左右。

05  结论

排水防涝系统化方案的编制与实施应坚持整体分析、系统施策，武汉青山试点区从流域整体统筹蓄排平衡体系，以海绵城市理念充分发挥自然海绵体和源头小海绵对雨水的控制作用，构建了源头滞蓄削峰、湖泊调蓄挖潜、泵站合理抽排、管网河渠优化提标的完整系统，取得了较好的成效。




微信对原文有修改。原文标题：海绵城市理念下的老城排水防涝系统化治理实践——以武汉青山海绵试点区为例；作者：栗玉鸿、李帅杰、宗晶；作者单位：中规院（北京）规划设计有限公司、中国城市规划设计研究院。刊登在《给水排水》2023年S1。