基于海绵城市理念的低影响开发措施研究

史建平 王金奎 武 欣

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

0 引 言

近些年来我国城市化进程不断加快，城市的人口与规模增长日益明显，随着城市化进程的发展，城市中出现了一系列空气污染、水污染等环境问题，人们的居住环境不断恶化，环境问题日益受到人们的关注与重视.我国属于水资源严重匮乏的国家，人均水资源量占有量为2240立方米，只有世界平均水平的1/4，而且水资源分布不均衡，华北地区缺水严重[1].我国在干旱缺水的同时，雨季内涝的城市数量却在不断增加.由于城市开发强度过高，硬质不透水铺装面积过大，造成雨后地表雨水无法快速下渗，大量地表雨水汇入城市雨水管网，使得市政排水压力增大，一旦管网老化或者流量超过管网承载极限，很容易形成积水和内涝.因此如何解决水资源短缺和逢雨必涝的问题是我国当下亟待解决的问题.

1 海绵城市及低影响开发概述

与传统城市粗放式的开发模式相比，海绵城市开发模式属于精细化开发，要求尽可能的减少对自然资源和周边环境的影响，因此海绵城市又可以称为低影响开发.海绵城市建设的目的是实现雨水排放从快排，及时就近排的工程排水时代跨入到“渗、滞、蓄、净、用、排”六位一体的综合排水，生态排水的目的[2].

低影响开发的核心是通过合理的开发建设，模拟自然地表水循环，使开发后的地块地表径流接近于开发之前，最大限度的减少城市开发建设对自然环境的影响与破坏.

2 低影响开发措施

低影响开发措施是海绵城市建设的核心技术，是实现海绵城市的主要途径和手段.低影响开发措施主要包括雨水渗透设施、传输设施、截污净化设施和储存与再利用设施.

2.1 渗透设施

2.1.1 绿色屋顶

绿色屋顶也称为种植屋面.绿色屋顶可以有效的降低夏季屋面屋顶温度，降雨时可以有效的减少屋面的洪峰流量和径流总量，同时还可以减少径流污染.绿色屋顶在一定程度上可以提高地区的绿化率，降低环境温度，缓解热岛效应，因此绿色屋顶常用在建筑密度高的城市环境当中.

种植屋面由于有覆土的要求，因此屋面的形式宜为平屋面，有利于雨水径流的吸收、截留与利用，当种植屋面形式为坡屋面时，屋面坡度不应大于15°，还应对屋面设施进行加固，同时过大的坡度对雨水径流的吸收和截留都会有较大的影响.种植屋面的防水层应具有防穿刺功能，防止植物根系破坏防水层.种植屋面应保证足够的覆土厚度来保证植物的正常生长，一般种植草本植物，土层厚度不小0.15米，种植乔木不小于0.60 m.种植屋面的构造如图1所示.

图1 种植屋面构造 图2 透水铺装构造

2.1.2 透水铺装

与传统硬质不透水铺装相比，透水铺装具有一定的透水、保水与蓄水能力.透水铺装可以减少地表的径流，消减地表雨水的峰值，净化雨水，补充地下水源.透水铺装的适用范围很广，可以用于公园、广场、道路、停车场等铺装当中，透水铺装使用时要考虑当地气候及地域条件，选择最合适当地的铺装形式.严寒和寒冷地区，要考虑铺装材料的冻融性能，防止透水铺装在反复冻融中破坏.透水铺装的构造如图2所示.

2.1.3 下凹式绿地

下凹式绿地是指低于周边地面的低洼绿地，目的主要是收集、下渗和净化周边汇水区的地表雨水径流.下凹式绿地选址时要考虑现状地表高程，选择地势低洼处，方便绿地自身及周边雨水的汇流.当硬质铺装与下凹式绿地衔接时，要考虑汇水方向，使铺装的地表径流汇入下凹式绿地，并加以收集和利用.下凹式绿地可以截留和收集周边汇水区地表径流，减少地表雨水外排，将雨水蓄存利用起来，然后通过下渗作用转化为地下水.另外下凹式绿地还兼有微型沉沙池和污水处理池的作用，通过土壤、植物及微生物的相互作用，使污染物净化，并转化为绿地肥料.下凹式绿地，构造简单、运行维护费用较低，控制地表径流、补充地下水效果明显，且具有良好的城市景观效果，因此广泛应用于城市公园、道路两侧及住宅区域.下凹式绿地的构造如图3所示.

图3 下凹式绿地构造 图4 雨水花园构造

2.1.4 雨水花园

雨水花园属于人工的或者天然形成的浅凹绿地，作用主要是汇集周边道路及场地的雨水，然后通过地被植物、树皮覆盖层、土壤和微生物的共同作用来净化雨水，储存雨水，并通过下渗的作用来补充地下水.雨水花园具有水文削峰、含蓄水源、调蓄雨洪、净化雨水、消除水中污染物的作用，且具有良好的景观效果，因此在海绵建设中为常用的技术措施.雨水花园由于面积较小，布局灵活多变，景观效果较好，一般多适用于居住区和公园.雨水花园应考虑当地的气候特征、土壤及湿度条件，尽量多种植本土植物，减少使用化肥、杀虫剂等化学制剂.雨水花园的位置选择上应尽量远离建筑，减少潮气对建筑物的影响，雨水花园应有充足的日照，满足植物的正常生长.雨水花园的构造如图4所示.

2.1.5 生态树池

生态树池属于下凹式绿地的一种，是指在铺装地面上种植树木，树木周围的地面低于铺装地面，可以收纳利用周边的雨水汇流.生态树池低于周边路面，降雨时，雨水汇流入树池的储水设施，然后通过集水管将雨水送入市政雨水管网.生态树池设置时常结合大面积的硬化铺装，为了增加行人的行走空间和减少安全隐患，生态树池要覆盖透水的格栅篦子.生态树池作为城市街道景观的构成要素，应用生态树池可以有效的减少铺装地面的地表径流，缓减市政排水管网的压力.与其它低影响开发措施相比，生态树池用地面积小，布置灵活，适用性强，常适用于用地紧张的场所.

2.2 雨水传输设施

2.2.1 植草沟

植草沟是一种建设成本低，构造简单，维护费用较低的植物型沟渠.当地面的雨水径流通过植草沟时，植草沟中的植物可以减缓雨水径流的流速，过滤和拦截雨水中的固态杂质，起到收集、过滤和净化的作用.植草沟的主要作用是传输雨水，在一定条件下，植草沟在一定范围内可以代替传统的雨水沟渠.植草沟的布置非常灵活，可以结合地形与景观，植草沟与传统雨水沟渠相比，占地面积较大，一般开发强度大、用地紧张的区域不宜设置.植草沟一般分布在公园、居住区等不透水区域的周边.沟内种植的植物宜选用有耐水性较好，耐雨水冲刷等植物.植草沟根据常态下的存水情况可分为干式与湿式植草沟.

(1)干式植草沟沟底采用了透水性强的土壤，通过地被植物、土壤的共同作用来对雨水进行收集净化和传输.干式植草沟主要作用是传输地表径流雨水，传输能力与沟内植被密度与植被高度有关.干式植草沟常态下没有雨水蓄存，可以有效的避免植物被雨水长期浸泡造成植物的根茎破坏，保证植草沟内的地被植物能够健康生长.干式植草沟的日常维护非常简单，只需对地被植物定期进行修剪，保证植草沟干燥即可.干式植草沟的构造如图5所示.

图5 干式植草沟构造 图6 湿式植草沟构造

(2)湿式植草沟与干式植草沟最大的区别就在于保水性方面.湿式植草沟常年有水，形成了类似湿地和沼泽的洼地.由于经常被雨水浸泡，因此湿式植草沟对植物的耐水性要求较高.湿式植草沟主要通过耐水植被和土壤来实现雨水的滞留和净化.湿式植草沟常年处于有水状态，容易滋生蚊虫，对环境要求的较高的城市当中不宜使用.湿式植草沟的构造如图6所示.

2.3 截污净化设施

2.3.1 植被缓冲带

植被缓冲带是指布置在河岸两边，连接不透水路面与水体的，用于控制地表径流、过滤杂物、净化雨水的带状缓坡绿地.植被缓冲带的作用主要是防止坡地地表径流混合地表的有机物、固态垃圾等污染物流入河流系统，造成河流的污染.植被缓冲带可以减缓坡地地表径流，拦截泥沙及固态垃圾，对汇入河流系统的雨水起到过滤和净化作用.路面的雨水径流通过植被缓冲带汇入河流系统，所以要求植被缓冲带有合适的坡度，坡度太小不利于雨水的排放，坡度太大会造成地表雨水流速不均匀，增大对地表的侵蚀，同时雨水通过植被缓冲带的时间太短，起不到过滤和净化的作用.植被缓冲带对水质的净化作用与缓冲带的宽度有关，赵警卫等研究表明，5 m宽河岸带对污染物的消减率超过46%，10 m宽河岸带达到66%，15米接近80%[4].植被缓冲带的构造如图7所示.

图7 植被缓冲带构造

2.3.2 生态护岸

生态护岸是指布置在自然水体、人工水体、沟渠周边的具有生态功能的河道护岸，其主要作用是将汇入水体中的雨水过滤和净化.传统的混凝土护岸主要是为了满足排涝、防洪、航运等基本要求，与传统的硬质混凝土驳岸相比，生态护岸除了满足驳岸的基本功能要求还更好的融合了生物、生态、环境、景观等元素，使护岸具有净化雨水，含蓄水源的生态功能.

2.4 储存与再利用设施

2.4.1 雨水湿地

雨水湿地是一种人为建造的类似于沼泽地的地表水体.雨水湿地的主要作用是调蓄雨洪、消减雨水径流量峰值、净化雨水、减少径流污染、含蓄水源、补充地下水、缓解热岛效应等.雨水湿地一般建造在地势低洼处，雨水湿地中的调蓄容积可以有效的解决地表的雨水汇流问题，同时湿地的生态系统可以对雨水进行过滤和净化.雨水湿地的构造如图8所示.

图8 雨水湿地构造示意图

3 结 语

相较于国外的先进雨水管理系统，我国在政策、法规、技术方法上都比较落后.因此，借鉴国外先进的雨洪管理经验是我们海绵城市建设的重点.但我们在学习和借鉴的同时，要因地制宜，考虑地域、气候、经济水平等条件的差异，不能盲目的直接照搬和抄袭国外的雨洪管理技术和方法.我国幅员辽阔，各地的气候特征和地域特征和水文环境差异很大，海绵城市建设的过程中，要具体问题具体分析，选择合适的海绵城市建设方案.结合国外的海绵建设经验，对我国海绵城市的建设提出以下建议：

(1)研究低影响开发措施对减少地表径流、控制洪峰流量、减少径流污染的效果.结合当地气候与地域条件，选择合适的低影响开发措施，开发出多种措施相结合的体系和模式.

(2)尽快加强海绵城市建设，扩大海绵城市试点城市数量，完善雨洪管理方面相关的法律和法规，建立完善的海绵城市的设计标准和评价体系.提高开发单位与公众的参与度，政府应给予适当的激励制度.

(3)建设智慧型海绵城市，利用网络实时监控地表径流及低影响开发措施在降雨时的运行情况，保证低影响开发措施高效运行.随着我国城市进程化加快，低影响开发在解决干旱、内涝、水资源短缺、水质污染等水环境问题方面具有良好的发展前景.