上海市海绵城市规划方法与控制指标研究
导读
本文通过分析上海市海绵城市建设的基本条件、现有城乡规划体系等，提出以年径流总量控制目标为核心，逐级实现目标分解和控制指标确定的方法体系；提出以控制性详细规划编制单元为详细规划层面海绵城市规划的基本单元，通过单元目标和地块指标两级控制的量化控制方法。研究提出的规划方法和体系体现了规划的统筹性和导向性，更突出了量化控制的特点，便于后续对海绵城市建设进行控制与引导，为上海市海绵城市规划编制及实施管理提供了参考。
1 研究背景
1.1 海绵城市的概念与发展概况
城市是人类对自然环境改造最彻底的区域，其中，对城市下垫面的改造打破了自然界原有的水循环模式。城市建设用地的增长，降低了城市下垫面的透水性，导致降雨产流量增大、汇流加速、洪峰量增加；而另一方面，地下水补给不足、区域蒸发量降低，直接或间接地造成了城市内涝、水体污染、水资源短缺、微气候变化等水问题及生态问题。近年来，随着我国城镇化的快速发展，许多城市特别是大城市已出现严重的水问题，传统的城市治水思路已难以适应新形势的要求。
为应对城市化带来的水问题，欧美各国较早地在源头治理方面开展了研究，从恢复城市透水性，增加雨水的渗滤、滞留能力等角度出发，制定了相关的应对策略。如英国可持续城市排水系统，澳大利亚水敏感性城市设计，新西兰低影响城市设计和发展等。其中，美国的最佳管理措施及城市低影响开发雨洪管理策略，形成了以法律、技术标准、设计规范为基础，以决策支持系统为辅助的一套完整的应用于城市雨洪治理的规划、设计、施工体系，是国外降雨径流源头治理体系的主要代表 。
在国内海绵城市概念提出之前，多数地区的降雨径流治理仍以提升排水系统的设计标准、完善除涝应急设施等为主要途径。2005 年后，国内开始逐渐开展城市降雨径流源头控制方法的相关研究，在设施设计、决策支持系统应用等方面取得了一定的成果，但其应用范围主要是在一些新城或研究示范区，尚未大规模推广。
2014 年，国家住建部发布《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》（以下简称《指南》），提出了海绵城市—以低影响开发理念为核心的新型城市建设、发展模式，并将积极推进海绵城市建设、推广和应用低影响开发技术作为未来城市发展与城市基础设施建设的重点工作。
1.2 上海市海绵城市建设基本条件
1.2.1 自然地理条件
上海市位于中国东部沿海地区、长江三角洲东缘，东濒东海，南临杭州湾，北依长江口，西与江苏、浙江两省相接。城市位于长江流域与太湖流域的下游，其陆域流经水系主要是两条河道—黄浦江与苏州河，域内地势低平、河网纵横，为典型的平原感潮河网地区。上海属北亚热带季风气候，温和湿润、光照充足、降水丰沛，年均降雨量约为 1200mm，雨日多达 132 天。降雨季节分配较为均匀，夏季约占 40.1％，冬季占 13.0％，约有 70％的降雨量集中在每年的四至九月，降雨强度多以中小雨为主。
1.2.2 城市雨水排水系统现状与问题
根据上海市的自然条件特征，为满足防洪除涝要求，水利建设将城市分为若干圩区，现状城市雨水排水体系采用二级排水模式。其中，第一级排水为市政雨水管道收集降雨径流后，以自流式排水或雨水泵站抽排形式排入圩区内部河道；第二级排水为圩区内河道向外围河道排水，在旱日或小雨日以随潮排放为主，在大雨日或上游来洪情况下以内河口水利泵站抽排为主。在现状排水方式下，圩区通过水闸控制内河网水位，能够对雨洪起到一定的调蓄作用，但由于缺少初期雨水处理设施，面源污染对城市河网水系的影响较为明显。此外，城市地下水位高、建设用地集中连片、下垫面透水性差等特点，导致降雨汇流时间短、径流峰值高，如遭遇外围河道洪潮期高水位，圩内雨水不能够及时排出，则可能出现内涝风险。
1.2.3 海绵城市规划的目的与意义
海绵城市的概念源于低影响开发的理念，融入了生态城市、可持续发展城市等内涵，将传统社区层面的低影响开发模式拓展、升华成为城市或区域层面的一种城市发展模式，同时也将原理念中小区层面的绿色基础设施设计与建设放大到城市空间层面的规划维度。《指南》中将“规划引领”列为海绵城市建设五大基本原则之首，就是希望通过城市规划落实海绵城市建设的内容。
随着海绵城市的建设模式在全国推广，海绵城市规划应当如何开展并指导和推进海绵城市建设已有相关的研究与实践探索。其中，多数研究偏重于在城市总体规划层面对城市空间格局与海绵城市相衔接方法 的探讨，寻求在传统城市规划过程中对海绵城市建设理念的表达。部分研究深入到详规层面，如马洪涛等提出海绵城市专项规划的编制思路，强调了海绵城市规划的问题导向、分区原则以及如何与传统市政雨水系统规划相衔接；再如姜勇在武汉市海绵城市建设导则研究中提出“平均分配+ 微调整”的年径流总量控制率分配方法等，均是在城市规划对海绵城市建设进行控制与引导方面开展的方法探索。
为推动上海城市发展建设向海绵城市模式转型，须制定相应的海绵城市规划，明确海绵城市建设的目标、区域、建设导向与控制要求；须针对上海市不同区域的实际问题和需求制定海绵城市发展策略，体现规划的统筹性、科学性、经济性和公平性的特点，有效地指导海绵城市发展，量化管控绿色基础设施建设。
2 上海市海绵城市规划体系
目前，上海市的城乡规划编制体系可分为总体规划与详细规划两个主要层面，其中，总体规划层面包括市级、区县级、镇级总体规划及部分特定区域的区域性总体规划（或分区规划），详细规划层面则以控制性详细规划为主。
为实现海绵城市规划与上海市现有城乡规划编制和实施体系的合理衔接，以便逐级落实海绵城市的规划理念和控制要求，本文认为在海绵城市规划体系中，应以与现状编制体系相对应层面的专项规划的形式开展海绵城市规划编制工作。建议将上海市的海绵城市规划体系分为三大层面，即与各级总体规划相对应的总规层面的海绵城市专项规划，与详细规划相对应的详规层面的海绵城市专项规划，与特定区域城市设计相对应的项目实施层面的海绵城市规划设计（表 1）。完整的、自上而下的海绵城市规划体系是推进海绵城市规划广泛开展、有效实施的基础。
表1 上海市海绵城市规划体系构建表
总规层面的海绵城市规划内容为：界定总体内涵、制定发展目标、规划城市总体空间格局、划定管控分区并制定分区指标、划定海绵城市建设区域并制定分期建设规划等。
详规层面的海绵城市规划内容为：落实上位规划的管控要求、分解管控指标、提出建设导向性要求与设施配置建议等。
项目实施层面的海绵城市规划设计内容为：依据管控指标和建设导向，开展海绵城市微观设计、绿色基础设施设计等。
3 海绵城市规划管控方法
城市规划是通过规划方法对城市发展与建设的导向与控制，其中，制定各种规划控制指标是体现规划强制力的重要途径。传统的规划控制指标（目标）包括总规层面的人口、用地规模等，详规层面的容积率、建筑高度等。总规层面的控制指标是制定相关规划政策及编制相关下位规划的基础，而详规层面的控制指标一般将伴随各类规划许可证、选址意见书或土地出让合同，成为后续建设管理的重要依据。
为实现规划对海绵城市建设的引导与管控，《指南》提出以径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制三大目标，作为海绵城市规划控制的基础目标。其中，径流总量控制指标是以年径流总量控制率为代表，相较于另外两大控制指标来说，它更易于量化目标，同时易于定量化地验证海绵城市建设对降雨径流的削减效果，因此，在国内多个城市的海绵城市规划技术导则中被选为核心控制指标。
本次上海市的海绵城市规划方法研究，从上海市的实际情况和需求出发，提出具备地方特点的规划方法体系，其主要特点如下。
3.1 综合性单目标控制、多目标导向
上海市的海绵城市规划方法研究选取《指南》中提出的年径流总量控制率作为定量化控制的核心指标。年径流总量控制率是指根据多年日降雨量统计数据，分析计算通过自然和人工强化的渗透、存储、蒸发等方式，累计全年场地内得到控制（不外排）的雨水量占全年总降雨量的比例。年径流总量控制率作为评价海绵城市建设效果的一项综合性指标，具有直观、易于折算为需消纳的设计降雨量以实现量化控制等特点。
经对 1981 — 2010 年上海市 30 年降雨监测数据的统计分析与计算，上海市年径流总量控制率所对应的降雨量如图 1 所示：
图1 上海市1981—2010 年降雨量统计与年径流总量控制率图
除通过核心指标的量化控制外，上海市的海绵城市规划研究将径流峰值控制、径流污染控制与城市生态景观建设等作为主要规划导向目标，通过对绿色基础设施的布局、选型、参数等提出导向型要求，从而构建综合性单目标控制、多目标导向的规划方法体系，以实现规划对建设的引导和控制。
3.2 指标核心内涵地方化解读
根据上海感潮河网水系、地下水位高等地形特征与二级排水模式，研究对年径流总量控制率的核心内涵进行了本地化解读，即将滞留型绿色基础设施的滞留量、河道及市政基础设施的调蓄量等均纳入控制量范畴，将设计降雨量情境下的“场地零外排” 解读为“区域零快排”，强调了峰值调控的重要性及对河道、市政系统（管道、深隧等）调蓄能力的考虑，在规划方法体系的建立上体现了问题导向的原则。
3.3 规划单元整体控制
上海市实行了全市控规的网格化管理，即将全市的规划建设区划分为数百个控制性规划编制单元，按照单元的开发要求，逐步编制控制性详细规划。根据上海市雨水排水系统特点，在分流制排水区自流排水模式下，雨水管基本采用就近排入河道的方式；在强排水模式下，排水分区面积一般不超过 3km2，在同一控规编制单元内存在一个或多个排水分区。为实现控制性详细规划与详规层面的海绵城市专项规划的对接，将控规单元作为海绵城市规划的基本编制单元。
针对海绵城市规划单元（或单元内排水分区）制定年径流总量控制目标，是上海市海绵城市规划方法最主要的特点。第一，此种方法体现了规划的整体统筹性。即将“分地块设定海绵城市建设要求以达到区域总体效果”的“分—总”模式，发展为“以区域总体效果为目标分解径流削减指标至各地类与地块，再对地块建设形成的总体效果进行校核”的“总—分—总”模式，更有利于在把控总体建设效果的基础上进行合理的指标分解。第二，此种方法体现了规划的政策导向性，便于因地制宜地制定规划方案。例如在河网水系发达的规划单元内，可略提高其对降雨径流调蓄指标的分配；在绿地比例较高的规划单元内，可让绿地承担较高的径流控制任务；在同等开发强度的公建和居住用地中，导向型公建用地承担较高的径流控制任务等。第三，此种方法与地块控制法相比，具备更高的灵活性，且给予规划师更广阔的方案创作空间。例如对某些开发地块因实际原因确实无法达到径流削减量目标的，采取更灵活的区域平衡形式。
3.4 控制指标逐级分解、落实于地块或汇水区
在制定海绵城市规划单元量化控制目标（年径流总量控制率）的基础上，本规划方法体系提出了将此目标以指标形式向主要用地类型、地块（或汇水区）逐级分解的方法，制定了“地块单日径流削减量”作为最细化控制指标。单元径流总量控制目标取值源于上位海绵城市规划中对该单元所在区域的定位、单元现状与规划用地方案等因素的综合分析，作为详规层面海绵城市规划编制的总体目标，须在海绵城市规划编制中对单元指标进行分解落实至地块（地块单日径流削减量指标），并校核单元整体的达标情况。地块单日径流削减量指标是本次研究所提出的规划方法的终端控制指标，建议通过规划审批等方式获得相应的强制控制力，以便在后续的建设管理过程中发挥其控制作用。
4 海绵城市规划控制指标的制定与校核
4.1 单元目标分解与地类指标体系
4.1.1 单元径流总量控制目标
上海是我国城镇化程度最高、城市建设用地比例最高的城市之一，在未来的城市发展中，既有在新城、新镇等新增建设用地上进行开发建设的区域，也有在老城区现状建设用地上存量优化、城市更新的区域，还有大量现状发展建设较为成熟、在近中期内不会进行规模型开发建设的区域。不同的单元因其地块规划开发动态的不同，存在显著的差异。为了全面推进上海的海绵城市建设，在制定单元控制目标时，应当对其进行合理的分级分类，提出差异性的控制目标与导向。
本研究依据控制性详细规划中单元内规划开发建设区域的占比来区分单元类型，继而对不同类型的单元提出相应的控制目标。单元控制目标取值如表 2 所示。
表2 单元控制目标取值表
“集中新、改建单元”是指规划新、改建地块面积占比大于等于 80%的单元；“部分新、改建单元”是指规划新、改建地块面积占比大于等于50%、小于 80% 的单元；“保留单元” 是指规划新、改建地块面积占比小于50% 的单元。其中，对“集中新、改建单元”与“部分新、改建单元”要求单元内区域整体实现年径流总量控制率的目标，而对“保留单元”则不进行单元控制目标的设定，对“保留单元”中的新、改建地块进行控制指标设定时，按 75% 年径流总量控制率对应的设计降雨量来计算。另外，针对特殊的单元（如面积过大或过小、用地类型单一、地类比例特殊等），可对单元控制目标进行微调，如经论证确实无法达到单元控制目标的控规单元，应作为“保留单元”处理，不要求控制与校核单元目标，仅通过地块指标形式进行控制。
4.1.2 主要地类的径流削减量占比
对各地块用地性质的确定是控制性详细规划编制中的重要内容，规划用地类型是地块的基础属性之一，不同用地性质地块的降雨产流情况差异显著，且在低影响开发实施途径、绿色基础设施选型等方面均存在明显的区别。同时，地块的用地性质也在一定程度上区分了地块的责任主体与管理部门，例如建筑小区型地块属住房与建设管理部门负责，道路属交通管理部门负责，绿地属绿化管理部门负责等，因此，以主要地类对单元控制目标进行二次分解，能够充分体现规划的统筹作用。本次研究按照建筑小区、绿地、道路广场、水系与市政雨水系统四大类降雨径流削减主体进行径流总量控制目标的拆分。控制目标按地类拆分时应考虑各用地类型的占比，实施低影响开发的政策性、公平性与经济性等因素。本文以“源头治理”优先、“过程滞留”与“末端调蓄”作为保底的原则，提出如表 3 所示的年径流总量削减占比的取值建议。其中，建筑小区（以公共设施用地 C、居住用地 R、工业用地 M、仓储物流用地 W 等不同种类用地为主）因用地占比大，将承担主要的径流削减任务；绿地因削减潜力大，削减占比应高出其用地所占比例；各水体与市政雨水系统作为以过程滞蓄与末端滞蓄为主的系统，将是规划单元实现年径流总量控制目标的保障，在规划中建议合理控制其削减量任务，以突出源头治理的理念。
表3 不同地类年径流总量削减占比建议取值表
在详规层面的海绵城市规划编制过程中，地类削减占比与单元总量控制目标一样，应在各地块的削减量规划方案制定后进行校核，在非特殊情况下，如某类系统削减占比超出相应取值范围时，应对地块的削减量规划方案取值进行合理调整。
4.2 地块控制指标取值方法
研究建议将地块的单日径流削减量指标作为详规层面海绵城市规划的核心控制指标，其意义为：以年径流总量控制率对应的设计降雨量（mm/day）为计算基础，地块内部通过自然渗透或人工强化的降雨径流控制设施，以下渗、滞留或储存调蓄为主要途径实现对快排式径流的削减量。
地块径流削减量指标的制定应在单元控制目标的基础上，以主要地类系统削减量占比为重要参考，根据地块的规划用地属性（居住用地 R、公共设施用地 C、工业用地 M、仓储物流用地 W、道路广场用地 S、绿地 G等）、单元内地类比例结构、单元类型、地块规划建设动态等因素来制定。地块径流削减量指标的规划取值按下式计算：
由公式（1）可见，除与地块的面积、单元控制目标所对应的设计降雨量指标相关外，特征调整因子是决定其差异性的重要参数。 的取值与地块的规划用地性质、单元类型、规划开发动态、开发强度、绿地率、水面率、建筑方案等均存在密切的关系。表 4 中给出的 的参考取值范围是从单元类型、地块的规划用地性质和规划开发动态三方面综合考虑后确定的。的取值方法考虑了规划编制的可操作性，其具体值域既参考了用地性质与径流系数关系的相关研究，也体现了一定的规划导向性。在实际的规划编制过程中，地块单日径流削减量的规划方案制定，除依据公式（1）及参考表 4 外，还应符合以下规划原则：（1）绿地是各类地块中地表径流削减能力最大的地块， 取值一般应大于 1，即在设计降雨量情境下，绿地除完全消纳自身的降雨径流外，还需对周边地块的径流削减做出一定贡献；（2）在建筑小区系统中（包括 R、C、M、W、D、U、T 等类型用地），公共设施用地应选取相对较高的削减量系数，工业、仓储用地系数相对较低，而市政设施用地、对外交通用地与特殊用地及部分特殊的公共设施用地（如 C7、C9 等）因难以普遍保证低影响开发与用地功能的兼容性，不对其进行地块控制指标的设定；（3）新、改建地块相对于保留地块应选取较高的系数，承担较高的径流削减任务。
表4 地块削减量计算特征调整因子取值参考表
4.3 指标的验证与校核方法
对单元控制目标校核是详规层面海绵城市规划编制的必要环节，用以保障在实行地块削减量方案的基础上，单元能够整体上实现径流总量控制的目标，并且保障各主要地类的削减量占比符合前述指标的约束。对规划控制指标（目标）的验证是规划实施过程中的必要环节，用以对地块的低影响开发设计方案进行评估，保证地块开发建设后能够达到单日径流削减量指标。
4.3.1 单元控制目标校核方法
控规单元内各地块径流削减量的总和应满足单元年径流总量控制目标，计算方法见公式（2），各主要地类系统的径流削减占比按公式（3）计算，其结果应符合表 3 中的相关要求。
4.3.2 地块单日径流削减量指标验证方法
地块单日径流削减量的验证应基于地块的低影响开发设计方案来进行，可通过近似方法将其拆分为径流蓄存量、下渗量、滞留量三部分，三部分之和应大于规划中确定的地块单日径流削减量，如公式（4）：
5 结语
本研究所提出的上海市海绵城市规划体系是基于现有的城乡规划编制和实施管理体系，分层级地将海绵城市的建设理念与控制目标自上而下逐步落实的、较为完整的规划方法体系。
在规划管控方法中，采用两级控制的方式实现海绵城市规划指标的量化控制，第一级以控制性详细规划编制单元为控制范围，对单元的年径流总量控制率进行规划控制；第二级以控制性详细规划中的单个规划地块为控制范围，对地块的单日径流削减量指标进行规划控制。通过规划控制指标及其验证校核方法的制定，为海绵城市规划对后续建设的量化、强制性控制提供了实施途径。
作者信息
郭羽 上海市城市规划设计研究院市政分院高级工程师
*本文原载于中国城市规划协会会刊《城乡规划》杂志2019年第2期。
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