浅析LID技术在海绵城市中的应用

马澜，辛玥，崔为强

(沈阳市规划设计研究院，沈阳 110013)

浅析LID技术在海绵城市中的应用

马澜，辛玥，崔为强

(沈阳市规划设计研究院，沈阳 110013)

海绵城市是利用低影响开发理念LID来缓解或排除城市内涝、缺水和水生态污染等问题，成为提升城市现代化的标志。论文通过国内外城市建设规划的相关报道，着重分析了利用LID技术建设海绵城市所带来的经济社会价值及实际重大意义，为发展海绵城市建设提供借鉴和启发。

雨水循环系统;低影响开发;海绵城市;应用案例

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.034

1 引言

随着我国城镇化发展和大城市人口迅速增长，在各个城市中的传统雨水排放问题对生态环境、人们出行带来严重威胁和破坏。当遇到暴雨季节许多城市不同程度频繁地出现内涝，造成路面大量积水，地铁站进水，相对洼地导致民宅及商业网点被淹现象。其原因可归纳为城市的雨水循环系统出现了严重的失效，包括：蒸发、凝结、降水、径流、市政管网排水、城市河道排水等环节，而起到关键作用的管网排水系统老化，很难发挥有效排水的作用。

早期国内城市规划设计是采用前苏联的模式，尚未考虑地域区间形成雨季的多发性及频繁性，地下排水管网的径流过小，过小管径清淤不便，进而导致老城区每年雨季都出现不同程度的水灾。本文通过分析城市地下空间地影响开发雨水系统规划设计的目标与目前国外城市雨水循环系统的应用，对发展我国海绵城市的规划设计提供一些可借鉴的思考。

2 水资源再利用的重要性

改革开放使中国城市规模在不断扩大，出现的特大城市、大城市、乡镇城市化都不同程度受到用地空间的局限，致使雨水、污水合流排放，对自然生态环境造成严重污染。其最明显的特征是城市缺水现象。目前我国的淡水资源总量是28000×108m3,全球排名第四，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，但由于人口数量大，人均水量只有2300m3，是全球人均水资源最贫乏国家之一。

国家水利部最近公开的2016年《地下水动态月报》报道，全国地下水普遍“水质较差”。在长江、黄河、淮河、海河和松辽等流域，污染和超采正在成为流域内地下水的主要威胁。监测范围基本涵盖了地下水开发利用程度较大、污染较严重的地区，监测对象以浅层地下水为主，易受地表或土壤水污染下渗影响，水质评价结果总体较差。在2103眼水井的水质评价结果显示：无I类水；II至III类水418个，占总数的19.9%；IV类水691个，占32.9%；V类水994个，占47.3%。

其中，主要污染指标除总硬度、锰、铁和氟化物可能由于水文地质化学背景而监测值偏高外，“三氮”污染情况较重，部分地区存在一定程度的重金属和有毒有机物污染。“IV类水已经不适合人类饮用，V类水污染就更加严重。实际上，这两类水都已经不适合人类接触。值得注意的是，浅层地下水的污染，与地表水的污染存在“相互影响”的关系。

国家住建部2014年提出，城市规划设计建设要遵循低影响开发理念 (lowimpactdevelopment,LID)，LID的新理念是指雨水系统的科学管理。与之对应的提出发展建设海绵城市的示范区域。其中明确指出，由于城市建设和扩建，道路采用沥青或水泥材质，使原本自然地面比例逐渐减少，雨水可以通过渗透、蒸发、沉淀等过程来补充的地下水流失，人为地破坏了自然水文循环。遇到降雨的时候，只单一地考虑让雨水迅速排出，没有考虑对其收集及利用，缺乏市政地下管线的雨水从源头到末端全过程监控的系统。

借鉴北欧城建管理经验，泛指源头大部分采用绿色屋顶、生物滞留带、透水道路、下沉式绿地等；中途采用植被缓冲带、调节池、人工土壤渗滤等；末端采用蓄水池、湿地、雨水罐等设施,可以缓解城市内涝、消减城市径流流量、节约水资源、保护和改善城市生态环境，是一种绿色可持续的排水模式，与传统雨水排水相比更注重“自然储存、自然入渗和自然净化”[1]。

当前，我国传统雨水排放模式的弊病是将雨水沿着路面的横纵坡度产生径流，通过市政排水井收集，泵站提升，快速地将雨水排放到江河流水系中。另外，初期降雨会伴随着生活垃圾及其他污染物等一起排放到城市河道，对地表层水环境生态造成了破坏侵蚀；大量雨水排放也是一种水资源的浪费。由于各种原因使水资源污染与短缺，存在全球性各国待解决的问题。因此，建立一个高效的生态城市排水系统，充分利用雨水在城市水循环系统和河流域水环境系统中起到可持续发展的重要作用。

3 LID理念与海绵城市的关联性

LID理念是1990年美国乔治省马里兰环境资源署首次提出，低影响开发（lowimpactdevelopment,LID）是从基于微观尺寸景观控制的BMPs措施（最佳管理措施）发展而来的[2]。其特点为以分散式小规模城市有效地面实施对雨水径流进行源头控制，具体方式是不需大面积的土地，能将大部分雨水截留，通过渗透、过滤等方法，确保补充地下水的水质、水量，以雨水作为可利用资源。

海绵城市是基于LID发展基础上，构想城市规划设计为地表像海绵一样收缩自如，当城市环境发生变化、产生自然灾害、防洪防涝的时候可以更加便利地应对。海绵城市遵循低影响开发理念的基本原则，就是短暂地将进入排水系统的雨水存储起来，缓慢渗透或汇集到生态水系系统，在减轻城市排水负担的同时又可以有效提高原有城市市政排水设施抵御暴雨的能力[3]。将海绵城市与城市生态环境相结合，摆脱了城市传统排水设计。海绵城市建设不是单一地从设计出发，要从最佳实质的规范、规划入手，最大限度地保护原有自然河流、湿地、湖泊、草地等水文环境；由于城市建设而遭到破坏的生态环境，采用LID技术和设施进行修复和恢复；对于新开发的项目要控制开发的强度，降低城市不透水面积，城市规划部门要严格遵循LID技术进行验收，尽可能减少开发对城市的原有生态环境的破坏[4]。

4 LID技术在海绵城市中的应用

目前,发达国家对海绵城市积累了一些成熟的经验，并把LID技术与海绵城市相结合建设作为城市治水的新方向大力推广。各个国家都制定相关的法规，如：德国、新西兰、丹麦等国家由于磷、氮两种元素过量排放到江河湖泊造成水域的富营养化，使得水生态系统发生变化。最优管理措施得到广泛应用，管理措施是在工程、非工程项目中减少或预防水资源污染成为有效途径，美国在BMPs措施的基础上提出了LID理念。同时，LID理念在澳大利亚称为水敏感性城市设计，在英国称为可持续排水系统，对治理雨水、水生态保护和利用起到了一定效果。

4.1 生物滞留带

LID技术首例应用在美国，20世纪90年代由马里兰州的乔治王子郡的萨默塞特居住区和波特兰NESiskiyou绿色街道采用道路系统与市政排水系统相结合。雨水通过路边石的标高大于周围地表，雨水集中流向雨水口使雨水快速进入种植池中，种植区域内最大积水高度15cm。在每一块路边石上都设计一个46cm的倒梯形断口，使得雨水通过断口流入种植区域中，种植区域被18cm高的河卵石砌成截水坝。依据降雨量的不同，雨水将从一个种植池流入到另一个种植池，这样能让植物和土壤吸收水分又能有效地缓解了市政排水量。当种植区域的水达到最大的蓄水量时，剩余的雨水就近排入市政管网中。

种植区域雨水被多品种植物减缓水径流，吸收净化有污染的物质和渗透到土壤，NESiskiyou每年只需要对植物进行简单地修剪或除污；沙层是对种植区域土壤提供通风和排放，协助土壤中污染物的冲洗；种植区域的土壤为植物提供雨水储存和养分吸收，土壤可以过滤和分解污染物如重金属、碳氢化合物和营养物，同时定期检测土壤里的重金属含量以确定是否需要换土。生物滞留带是雨水经过沉淀，水质自然分层，浑浊层在下部清澈的水质可以代替自来水进行的灌溉、冲洗路面等[4，5]。Debusk(2011)通过对该地区的研究发现，生物滞留可以减少地表径流量的97%～99%[6]；Reeves（2000）研究表明，干植草沟比湿植草沟去除径流污染物效果更好，但去除悬浮物效果最好的是湿植草沟[7]。

4.2 绿色屋顶

绿色屋顶就是在屋顶种植绿色的植物，世界上最早发展绿色屋顶是德国，通过国际屋顶绿化协会和专业人士的促进发展，德国的屋顶绿化率已达到10%以上。绿色屋顶是多种建筑材料植物层，由表皮层、土壤层和排水层组成。从LID角度看，绿色屋顶所表现的优点如下：

1)由于汽车尾气、建筑物材料等排放的热量，导致城市中的温度不断上升，在城市和乡村之间产生的温差就是城市热岛效应。建设绿地和公园可以吸收80%的排放热量，这也是现在全世界都在提倡保留原生态系统打造文明生态城市的原因。绿色屋顶可以通过吸收和湿化干燥的空气，减少城市的热岛效应。

2)绿色屋顶可以过滤空气中的灰尘、部分金属颗粒以及吸附在大气中和雨水中的有害物质，吸收二氧化碳释放氧气。

3）延缓城市雨水排放，减少城市排水系统在降雨高峰期的压力。也可以收集部分雨水冲洗道路、浇洒绿地等。

德国对低影响开发理念非常重视，不管新建、改建还是扩建的项目，都细致地考虑到雨水的开发和利用。提出地面水景观设计理念将适宜建筑设计为“绿色屋顶”，利用“绿色屋顶”来滞留雨水，一方面可以减少雨水径流流量，也可通过植物增加雨水的蒸发量，改善生态环境。

对于不适宜建设绿色屋顶的建筑，经带有过滤性能的雨漏管道将雨水直接接入5个地下蓄水池，可存储水量达到2600m3，其中预留900m3地下蓄水池应对强降雨量的补充，雨水在地下蓄水池中沉淀之后经过生态净化设施，水质得到生物性和化学性的净化，再由水泵与地面的水景观相连接，形成雨水循环系统，另一部分雨水用于日常冲洗厕所、浇洒绿地、清洗道路和消防用水[4]。

4.3 透水地面道路

城市道路在城市中占有重要的地位，城市道路不仅要排放自身的雨水径流，还要排放建筑与园区内雨水同时进入市政排水管网系统，增加了城市道路的雨水流量，可见城市雨水系统设计在海绵城市LID理念下具有重要社会效益。Dreelin (2006)等人发现普通道路路面产生的径流要比透水路面多93%[7]。

上海世界博览园其雨水控制与利用是根据上海市水资源实际情况设计，采取控制为主，利用为辅的原则[6]。设计理念是建造后不增加雨水排放量；不减少渗透雨水量；缓解减少暴雨季节雨径流流量，减少对市政管网的压力。停车场均采用透水混凝土材质铺设，保证水文特征与开发前一致[4]。由于大部分地表采用透水地面，所以不再设置雨水排放系统及雨水收入口，雨水以渗透到土壤为主。对于建筑的雨水排放系统设计了两条雨水管，一条为雨水收集管，一条为雨水排放管。收集管线负责收集屋面雨水流入到蓄水池，蓄水池之后是排放管至市政雨水管线接口。排水管线还负责沿线上电力电信井、阀门井等的排水。运用LID设计理念起到了局域地区的示范作用。

5 结语

建设生态城市推进海绵城市建设并采用低影响开发技术设施,从保护原有生态系统、恢复生态系统和修复生态系统提出对城市雨水面源污染的控制是当今可持续发展的趋势。值得强调的是，我国城镇化建设的规划设计必须转变传统设计理念，采用LID技术对海绵城市的建设发展具有借鉴和启发意义，因此，需尽快修改制定出相关的国家城市建设规划标准。

【1】王国荣,李正兆,张文中.海绵城市理论及其在城市规划中的实践构想[J].山西建筑，2014,40(36):51-53.

【2】林川,侯丹卉,房志勇.城市地下空间低影响开发雨水系统设计[J].施工技术，2010,39(12):468-471.

【3】邹宁，许乙青，邱灿红.南方多雨地区海绵城市建设研究——以湖南省宁乡县为例[J].经济地理，2015,35(9)；35-38.

【4】弓亚栋.建设海绵城市的研究与实践探索——以西安市某小区为例[D].西安：长安大学，2015.

【5】孙芳.基于海绵城市的城市道理系统化设计研究[J].2015（5）：89-95.

【6】张亚峰,冯旭东,张伯仑,陈立宏,梁超,赵雷.世博中心雨水控制与综合利用系统[J].给水排水，2010,36(9):12-20.

【7】United statesEnvironmental Protection Agency;Low impact developmentaliteraturereview;October2006.

The Application of LID in the Sponge City

MA Lan,XIN Yue,CUI Wei-qiang
(ShenyangUrbanPlanningDesign&ResearchInstitute,Shenyang 110013,China)

The sponge city is to relieve or eliminate citywater logging, water shortage and water environment pollution etc. By using lowimpact development concept LID. It is the sign of urban modernization. This article analysis the social value and great significance bring byspongecityconstructionusedLIDtechnology,toprovidesomereferenceandinspirationforthedevelopmentofthespongecityconstruction.

rainwatercirculatingsystem;LID;spongecity;case

TU823.6;TU984

A

1007-9467（2016）09-0123-04

2016-06-01

马澜（1984～），女，辽宁沈阳人，工程师，从事节能减排研究，（电子信箱）183654112@qq.com。

【Keywords】rainwatercirculatingsystem;LID;spongecity;case