低平原區(qū)海綿城市建設(shè)探討

陳冬青

(河北省滄州水文水資源勘測(cè)局，河北 滄州 061000)

1 海綿城市定義

海綿城市是指，具備像海綿一樣在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好“彈性”功能的城市，遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”這六字方針，下雨時(shí)能夠吸水、蓄水、滲水、凈水，并在需要時(shí)將蓄存的水,釋放并加以利用。近年來(lái)，海綿城市建設(shè)在全國(guó)各地得到了推廣和實(shí)施。

2 滄州市主城區(qū)現(xiàn)狀分析及對(duì)策

滄州市位于河北省東南部。東臨渤海，北靠京、津與廊坊，西臨衡水、保定，南接山東省。滄州市主城區(qū)多年平均降雨量571.7mm(系列1970—2015年)，降水年內(nèi)分布不均，主要分布在汛期(6—9月)，汛期降水占全年降水量的八成左右。主城區(qū)暴雨內(nèi)澇問(wèn)題也較為突出，每遇強(qiáng)暴雨時(shí)，可致市區(qū)內(nèi)多條主要交通路段積水。

滄州市主城區(qū)多年地下水平均埋深為0.8～4.0m。其中主汛期埋深1.5～2.0m。滄州市淺層地下水大部分是苦咸水和微咸水，其中淡水區(qū)面積占總面積的6.5%；其余為咸水區(qū)，占據(jù)了總面積的93.5%。

根據(jù)滄州特殊地理環(huán)境和滄州水文局多年的主城區(qū)觀(guān)測(cè)資料(降雨、河道水位和流量、地下水、路面積水、泵站外排水量等系列資料)，對(duì)海綿城市建設(shè)各項(xiàng)措施進(jìn)行分析。

2.1 滄州海綿城市建設(shè)雨洪資源下滲分析

2.1.1淺層地下水資源

淺層地下水的埋深直接影響雨洪資源下滲總量和速率，制約著海綿城市的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。滄州市淺層地下水埋深隨區(qū)域和時(shí)間不同而不同，根據(jù)滄州水文水資源勘測(cè)局多年觀(guān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，滄州市主城區(qū)淺層地下水埋深為0.8～4.0m。以2016年滄州市區(qū)地下水為例進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1，如圖1所示。

2016年滄州市主城區(qū)淺層地下水平均埋深在1.84～3.05m之間，6月地下水埋深最大，8、9月地下水埋深最小，說(shuō)明通過(guò)汛期降雨地下水已得到很好的補(bǔ)給。8、9月降雨下滲處于一個(gè)飽和狀態(tài)，淺層地下水開(kāi)發(fā)利用率很低，使得地下水循環(huán)停留在靜止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有轉(zhuǎn)換過(guò)程發(fā)生。由于1—4月和10—12月埋深變化較小，在2.20～2.40m之間，說(shuō)明淺層地下水開(kāi)采量很小且降雨補(bǔ)給較少，主要是淺層蒸發(fā)和地表水互相補(bǔ)給。

圖1 2016年滄州市主城區(qū)淺層地下水平均埋深

2.1.2建設(shè)海綿型城市地下水管理措施

要解決好海綿城市“滲”的問(wèn)題，首先要解決好淺層地下水利用的問(wèn)題，只有利用淺層地下水才能使得地下水處于一個(gè)循環(huán)狀態(tài)，避免出現(xiàn)一次暴雨過(guò)后，所建設(shè)工程措施(截滲溝、透水綠地和透水路面)失去下滲的作用。主要可以采取以下措施建立地下水循環(huán)機(jī)制。

表1 2016年滄州市主城區(qū)地下水平均埋深統(tǒng)計(jì) 單位：m

(1)市政噴灑路面噴灑用水可以利用淺層地下水(現(xiàn)狀噴灑道路用的是自來(lái)水)，按照現(xiàn)階段的城市噴灑生態(tài)水方案，全市一年可以消耗淺層地下水190萬(wàn)m3。

(2)鼓勵(lì)個(gè)體洗車(chē)場(chǎng)用淺層地下水。

(3)企事業(yè)單位、學(xué)校、賓館廁所用水，可以推廣用淺層地下水。

(4)地下水適時(shí)補(bǔ)充景觀(guān)用水，非汛期可利用淺層地下水補(bǔ)充景觀(guān)用水。

以上對(duì)于淺層地下水利用可增加市區(qū)的開(kāi)采量，汛期降低淺層地下水位，暴雨來(lái)臨可增加地下水蓄水量。

2.2 建設(shè)海綿型城市暴雨洪水滯緩措施

海綿城市建設(shè)中，削減暴雨強(qiáng)度、延緩匯流時(shí)間、增加暴雨積水的截滯空間，建設(shè)蓄滯工程，目的主要是削減排水設(shè)施的洪峰和增加雨水的利用率。

(1)在新建項(xiàng)目或擴(kuò)建項(xiàng)目中增加雨水收集裝置，收集雨水可以供綠化、小區(qū)消防用水。

(2)在小區(qū)或路邊通過(guò)建設(shè)凹式綠地、綠色屋頂?shù)龋梢赃_(dá)到“滯”的目的。

(3)可以改建或新建小區(qū)回流管道和明渠長(zhǎng)度，延緩主排水管網(wǎng)的匯流時(shí)間。

(4)加大排水管道直徑和新建地下蓄水工程，以削減匯流水量。

2.3 建設(shè)海綿型城市蓄水措施

2.3.1滄州市主城區(qū)蓄水坑塘現(xiàn)狀

隨著城市的快速發(fā)展，城市擴(kuò)張使得市區(qū)部分綠地、坑塘填埋變成了不透水建筑用地(2008年滄州市區(qū)坑塘數(shù)量是28個(gè)，到2015年減少至21個(gè))。現(xiàn)階段滄州市主城區(qū)所有坑塘總蓄水庫(kù)容為262萬(wàn)m3。市區(qū)較大坑塘有南湖、荷花池、南運(yùn)河、人民公園、阿爾卡迪亞、頤和莊園等。現(xiàn)階段為防止景觀(guān)水污染，雨洪資源不直接進(jìn)入坑塘。

2.3.2利用景觀(guān)坑塘，解決市區(qū)暴雨內(nèi)澇調(diào)蓄建議

(1)建設(shè)雨污分流管網(wǎng)，使得暴雨積水通過(guò)下沉綠地和管網(wǎng)流入景觀(guān)坑塘，充分利用現(xiàn)有景觀(guān)坑塘的調(diào)蓄能力，讓徑流還原到以前的坑塘排蓄狀態(tài)，從而減少主管網(wǎng)的匯流，減小排水主管網(wǎng)的壓力。

(2)通過(guò)溝渠、涵洞連通地勢(shì)相近的坑塘，使得景觀(guān)水處于流動(dòng)的循環(huán)狀態(tài)，增加景觀(guān)水的活力，提升坑塘自?xún)裟芰Α?/p>

(3)通過(guò)天氣預(yù)警、預(yù)報(bào)采取調(diào)蓄措施，有效控制各坑塘水位，增加調(diào)蓄功能。

2.4 建立水生態(tài)修復(fù)設(shè)施，完善景觀(guān)用水自?xún)裟芰?/h3>

(1)通過(guò)溝渠、涵洞連通主城區(qū)地勢(shì)相近的坑塘，利用泵站等設(shè)施使坑塘水流動(dòng)起來(lái)。在景觀(guān)坑塘利用浮島式水質(zhì)凈化植物，進(jìn)行水體凈化。

(2)在城區(qū)外運(yùn)東、運(yùn)西建立2個(gè)較大濕地，引入市區(qū)連通景觀(guān)坑塘水體，利用水質(zhì)凈化植物凈化水體，景觀(guān)蓄水通過(guò)自身坑塘和濕地2次生物凈化使水質(zhì)達(dá)標(biāo)。在非汛期，濕地水和市區(qū)景觀(guān)坑塘用水進(jìn)行交換、回引，使市區(qū)水體處于循環(huán)狀態(tài)，達(dá)到緩解城市排水管網(wǎng)壓力和水體自?xún)舻男Ч?/p>

根據(jù)城市暴雨積水軟件模擬30a一遇市區(qū)積水量，根據(jù)濕地凈水置換周期確定濕地庫(kù)容。根據(jù)國(guó)內(nèi)人工濕地凈化水質(zhì)研究成果，當(dāng)水溫>25℃時(shí)，水體置換周期為5～10d，水溫<25℃時(shí)，可以延長(zhǎng)水體置換周期。選取夏季水體置換周期為7d，進(jìn)行濕地規(guī)模設(shè)計(jì)。

根據(jù)景觀(guān)水體的置換周期設(shè)計(jì)每天需要處理的水量，計(jì)算公式如下：

Qx=V/T

(1)

式中，Qx—循環(huán)處理水量，m/d；V—景觀(guān)水體中的水量，m3；T—置換周期，d。

濕地面積確定公式：

Ax=Qx/HL

(2)

式中，HL—水利負(fù)荷，可取0.8～1.2m3/(m2·d)。

經(jīng)計(jì)算：30a一遇降雨量設(shè)計(jì)濕地凈化面積為39.4萬(wàn)m2。

2.5 滄州市排水措施分析

2.5.1排水現(xiàn)狀

滄州市的特殊地理位置是超量開(kāi)采深層地下水導(dǎo)致地面沉降的原因，導(dǎo)致主城區(qū)外排水需要靠泵站外排，運(yùn)東區(qū)域由小代莊、津德路和鞠官屯泵站最后外排至滄浪渠。運(yùn)西區(qū)域由大楊莊和新華路泵站最后外排小流津河。滄州市主城區(qū)排水管道總長(zhǎng)度為332km，外排水能力為45.93m3/s。

2.5.2滄州泵站外部排水渠道

(1)南運(yùn)河設(shè)計(jì)流量為300m3/s。由于地面下沉和淤積等原因，南運(yùn)河現(xiàn)階段過(guò)水能力為60～70m3/s。

(2)滄浪渠：滄浪渠全長(zhǎng)68.0km，設(shè)計(jì)流量100m3/s，現(xiàn)階段滄浪渠污水處理廠(chǎng)下游淤積嚴(yán)重，但是部分?jǐn)嗝孢^(guò)于狹窄不足6m2，經(jīng)測(cè)算此處渠道排水能力為6～8m3/s。

(3)小流津排水渠：小流津排水渠設(shè)計(jì)流量32m3/s。現(xiàn)階段市區(qū)上游段排水能力10～12m3/s。無(wú)法滿(mǎn)足泵站排水。

2.5.3排水設(shè)施面臨問(wèn)題及處理方法

(1)外排河道現(xiàn)狀滿(mǎn)足不了泵站排水能力，對(duì)泵站下游河道進(jìn)行清淤，結(jié)合現(xiàn)階段“河長(zhǎng)制”實(shí)施管理。

(2)城市擴(kuò)建導(dǎo)致排水泵站外遷，增大了匯流面積、延長(zhǎng)了積水持續(xù)時(shí)間。泵站不宜外遷，可建設(shè)壓力式排水管道，增大排水能力，達(dá)到減少積水縮短匯流時(shí)間的目的。

(3)滄州市加快建設(shè)雨污分流排水管道建設(shè)，雨污分流建成后將大大減少污水處理廠(chǎng)的工作壓力，適時(shí)補(bǔ)充景觀(guān)用水，緩解滄州排水壓力。

3 結(jié)論

各地海綿城市建設(shè)要因地制宜、合理論證，制定適合城市發(fā)展的建設(shè)方案。結(jié)合上述分析滄州市海綿城市建設(shè)需注意的事項(xiàng)如下。

(1)海綿城市建設(shè)對(duì)低平原區(qū)淺層地下水合理開(kāi)發(fā)與利用提出規(guī)劃方向。開(kāi)發(fā)利用好淺層地下水，建設(shè)淺層地下水循環(huán)措施，為海綿城市建設(shè)創(chuàng)造下滲環(huán)境。

(2)海綿城市建設(shè)對(duì)泵站、排水管網(wǎng)及外排河道的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理對(duì)提出可行性意見(jiàn)。

(3)海綿城市建設(shè)對(duì)主城區(qū)雨洪資源凈化及利用、景觀(guān)坑塘調(diào)蓄能力，提出合理的規(guī)劃意見(jiàn)。

(4)城市建設(shè)是一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物，城市建設(shè)始終處于一個(gè)變化發(fā)展的狀態(tài)，在海綿城市建設(shè)中以及建成后均應(yīng)加大資金投入進(jìn)行研究和分析，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和建設(shè)方案，確保海綿城市建設(shè)工程投資的高效性。