海綿城市的理念與技術(shù)

吳勇

摘要：指出了“海綿城市”理念的提出意味著我國一直以來完全依靠管道排放雨水的理念轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水。從“海綿城市”提出的背景出發(fā)，介紹了城市排水理念的發(fā)展和演變，探討了植草溝、下沉式綠地、綠色屋頂、雨水濕地四種“海綿體”技術(shù)。

關(guān)鍵詞：海綿城市;內(nèi)澇;排水理念：“海綿體”技術(shù)

中圖分類號：TU992

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0109-02

1 引言

近年來各地頻繁出現(xiàn)“城市看?！爆F(xiàn)象，不僅僅是排水系統(tǒng)建設(shè)未能跟上攤大餅式的城市建設(shè)，更深層的原因是城市中大量灰色建筑和基礎(chǔ)設(shè)施導(dǎo)致不透水面增加、河湖水體破碎化、地表水與地下水連通中斷，極大改變了降雨時的地表徑流量，增加了排水管網(wǎng)負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致城市逢暴雨必內(nèi)澇。同時，不合理的排水工程規(guī)劃和薄弱的雨水資源利用意識造成了城市水生態(tài)問題和水資源短缺問題日益嚴(yán)重[1]。城市而臨的水資源短缺、內(nèi)澇、水質(zhì)惡化等問題是一個系統(tǒng)性、綜合性的問題，需要更為綜合全面的解決方案，“海綿城市”的提出正是針對這一狀況。

2 城市排水理念的轉(zhuǎn)變

雨水是通過下墊面下滲的，城市發(fā)展導(dǎo)致下墊面的改變，進(jìn)而改變雨水下滲率[2]。相關(guān)研究表明，自然狀態(tài)雨水能夠下滲50%，農(nóng)村地區(qū)下滲42%，城鎮(zhèn)化下滲35%，而城市化下滲率只有15%;城區(qū)徑流量則從自然狀態(tài)下徑流只有20%、村鎮(zhèn)徑流35%，上升到城市徑流達(dá)到65%，城市地下空間開發(fā)使得徑流加劇。依照過去“以排為主”的排水理念，隨著城市面積的擴增，勢必要增加雨水管道的管徑和鋪設(shè)面積，但是對于許多城市來說，一年內(nèi)降雨比較集中，雨水管道大部分時間處于閑置狀態(tài)，既造成資源浪費，又不能解決城市內(nèi)澇問題。

現(xiàn)在應(yīng)打破傳統(tǒng)的城市雨水管理理念，在城市水環(huán)境系統(tǒng)之中考慮雨水管理，由“水適應(yīng)人”轉(zhuǎn)向“人適應(yīng)水”[3]。將雨水徑流引起的內(nèi)澇頻發(fā)和地表污染物在降雨徑流的沖刷作用下導(dǎo)致而源污染問題，與雨水資源利用、城市水環(huán)境保護(hù)、城市生態(tài)景觀布置等問題綜合考慮。將雨水就地資源化、徑流調(diào)控等工程設(shè)施與城市中排水管網(wǎng)、濕地系統(tǒng)等統(tǒng)一規(guī)劃、管理，并與城市中河流、湖泊等水體形成統(tǒng)一的“海綿式”雨水系統(tǒng)，讓城市彈性適應(yīng)環(huán)境變化。

3 海綿城市與城市海綿體

海綿型城市也可以稱為城市低影響開發(fā)（ Low Im-pact Development，簡稱LID），是指城市能夠像“海綿”一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用，從而讓水在城市中的遷移活動更加自然[4]?！俺鞘泻＞d體”則是實現(xiàn)海綿城市彈性功能的基礎(chǔ)設(shè)施，是海綿城市的重要組成部分。綠色屋頂、透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園、植草溝等設(shè)施，可以使建筑與小區(qū)、道路與廣場、公園和綠地等具備對雨水的吸納、蓄滯和緩釋作用，均是構(gòu)成“海綿城市”這一個“大海綿”的海綿體。雨水通過這些“海綿體”下滲、滯蓄、凈化、回用，部分徑流通過管網(wǎng)和泵站排至天然水體小，從而實現(xiàn)緩減城市內(nèi)澇的壓力、充分利用雨水資源的功能。

4 “海綿體”技術(shù)

傳統(tǒng)的“以排為主”雨水排放理念認(rèn)為，雨水排得越多越快越好，這種“快排式”的傳統(tǒng)模式?jīng)]有考慮水的循環(huán)利用，而海綿城市的雨水管理模式遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”的六字方針[5]，通過下沉式綠地、植草溝;雨水花園、雨水濕地;綠色屋頂;透水鋪裝、透水路面;滲透塘、調(diào)節(jié)塘等一列“海綿體”具體設(shè)施單元的組合應(yīng)用，實現(xiàn)雨水的排放與利用。

植草溝是指種有植被的地表溝渠，可收集、輸送和排放徑流雨水，并具有一定的雨水凈化作用。植草溝下墊面有基質(zhì)層、過濾層和排水層，雨水徑流在植草溝內(nèi)匯集、輸送時，一部分雨水能夠被土壤蓄存，而另一部分通過植物攔截、土壤的滲透、過濾，有效去除雨水徑流中的多數(shù)懸浮顆粒污染物和部分溶解態(tài)污染物后，被植草溝底部設(shè)置的管渠匯集至排水管網(wǎng)中。合理設(shè)計的植草溝，可以做為傳統(tǒng)排水管網(wǎng)前端的一部分，又可以有效控制進(jìn)入受納水體前的污染物，植草溝內(nèi)徑流速度越慢，植草溝的雨水凈化效越好。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

下沉式綠地可匯集周圍硬化地表產(chǎn)生的降雨徑流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和凈化小流量雨水徑流，超過綠地蓄滲容量的雨水經(jīng)雨水口排入雨水管網(wǎng)[6]。下沉式綠地可用來處理小面積和頻繁積水問題，使用植被和土壤過濾和留住雨水，植物和七壤中的微生物群落將雨水有機污染分解利用，凈化后的雨水通過土壤下滲;水量較多時，通過溢流管渠排入排水管網(wǎng)中。常見的下沉式綠地有滲透花池和生態(tài)樹池，一般設(shè)置在人行道和車行道區(qū)域。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

綠色屋頂電稱為生態(tài)屋頂、植被屋頂，是指建筑屋頂?shù)牟糠只蛉坑删G色植物、植物生長基質(zhì)及屋頂防水結(jié)構(gòu)覆蓋的一種景觀屋頂形式[7]，其結(jié)構(gòu)從上至下分別是：植被層、基質(zhì)層、過濾層和排水層、防水層和防護(hù)層。過濾層是為了防止基質(zhì)層的土壤流失，防水層和保護(hù)層可以保障屋頂結(jié)構(gòu)不被破壞。綠色屋頂對雨水的水質(zhì)水量有著良好的控制，在夏季可以滯留降雨量的70%～ 90%，冬季可以滯留降雨量的25%～40%.而對雨水中 NH3 -N、TP去除率分別達(dá)到75.35%、65.16%。此外，綠色屋頂還可以有效地調(diào)控建筑物內(nèi)的溫度，夏季采用綠化屋頂?shù)慕ㄖ确蔷G化屋頂建筑平均低4.5℃，冬季會平均高2.4℃，起到冬暖夏涼的效果。綠色屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

雨水濕地也稱人工濕地，是一種由人工建造和調(diào)控的濕地系統(tǒng)[8]。它可以起到調(diào)節(jié)、儲存徑流水量，凈化雨水水質(zhì)，補充地下水源，提供城市景觀和野生動物棲息地等作用，能夠有效降低暴雨地表徑流的洪峰、控制面源污染、保護(hù)生物多樣性。雨水濕地一般由進(jìn)水幾、前置塘、沼澤區(qū)、沉淀池、溢流出水口、護(hù)坡及駁岸、維護(hù)通道等構(gòu)成。進(jìn)水口和溢流出水口設(shè)置碎石、消能坎等消能設(shè)施，防止水流沖刷和侵蝕。利用前置塘、沼澤區(qū)、沉淀池的物理、水生植物及微生物代謝等作用調(diào)蓄和凈化雨水。雨水濕地是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設(shè)施，合理的規(guī)模與布局可以有效改善城市水生態(tài)環(huán)境。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

5 結(jié)語

海綿城市的建設(shè)對于解決目前城市內(nèi)澇頻發(fā)、城市水環(huán)境污染、水資源短缺等一系列問題具有重要意義，不僅可以有效管理城市雨水徑流，還能修復(fù)城市水生態(tài)環(huán)境。而建設(shè)海綿城市，關(guān)鍵在于不斷提高“海綿體”的規(guī)模和質(zhì)量，應(yīng)該因地制宜，選擇合適的海綿體協(xié)同組合運用，使海綿體單元之間、海綿體與城市設(shè)施單元之間、海綿體與排水系統(tǒng)之間、水系之間的搭配發(fā)揮出最大作用。

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