海绵城市措施在滨海高盐地区的应用

尤 爱 刚

(天津滨海新区投资控股有限公司，天津 300451)

1 概述

我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4，属于严重缺水国家。天津是资源型严重缺水城市，滨海新区位于天津市区与海滨之间，由于自身地理环境特点，其水环境与水生态现状更是不容乐观，不仅水资源短缺，而且土壤及地下水含盐量高、水生态急剧退化，且一旦发生暴雨或持续降雨等极端天气，城市内涝问题也会随之凸显。在此背景下，建设海绵城市的意义显而易见。顾名思义，海绵城市就是通过雨水渗透、收集、存储、净化、再利用等措施达到涵养城市水源、解决城市水资源危机的可持续发展城市模式。

滨海新区一直秉承着“绿水青山就是金山银山”的科学发展理念，致力于使生态系统得到修复，生态格局进一步优化，从而使人与自然和谐，因此，建设海绵城市是滨海新区实现可持续发展的重要手段。

2 部分海绵城市工程措施简介

市政工程中常常通过分散的，小规模的源头控制措施来控制暴雨所产生的径流和污染物，并综合采用入渗、过滤、蒸发、蓄流、净化等多种方式来减少径流排水量，改善水环境，使开发后城市的水文功能尽可能地接近开发之前的状况。常用工程措施如下。

2.1 生物滞留池

生物滞留池的功能是模仿土壤和植物的过滤作用，通过一系列的物理、生物、化学处理过程过滤水中的污染物。

2.2 屋顶绿化

屋顶绿化由多层功能不同材料构成的系统，可以缓和城市热岛效应，过滤、吸收、滞留降水。

2.3 透水铺装材料

透水的铺装材料可以用来渗透雨水以减少向场地外的径流以及雨水管道发生溢流的频率。使用透水铺装材料还可以提供地下水的补给，控制对河床及河堤的冲蚀，促进污染物的消除。

2.4 雨水收集箱

雨水收集箱是一种低成本的、有效的、维护简单的雨水收集装置，适用于住宅、商业建筑、工业建筑等，用来管理屋顶径流。

2.5 过滤树池

过滤树池是一种迷你的生物滞留池，可以有效地控制径流。径流被引导至过滤树池，在进入集水井之前通过种植和土壤进行清洁。收集在树池中的径流为树木提供灌溉。

2.6 生态护岸

生态护岸是指能在防止河岸坍方之外,还具备使河水与土壤相互渗透,增强河道自净能力,恢复河流部分或者全部因外界活动的干扰而退化甚至丧失的自然功能，同时具有一定自然景观效果的河道护坡形式。

2.7 人工湿地

人工湿地是一种合理利用生态系统的净化功能设施。其基本原理是：按一定的技术参数建成植物床，通过光合作用使植物根区形成富氧区，促使床体内微生物大量繁殖，通过微生物活动的分解和植物的吸收吸附及分泌物的杀菌等作用，使水体得到净化。

影响湿地净水能力的关键因素之一是湿地植物的选择[1]，首先，原则上为避免引发生物安全性问题，应首选本地植物，慎选外来物种。其次，应选用根系较为发达、净化效果好的植物，以满足对水中氨氮以及有机物等污染物指标的去除要求。再次，应选择抗逆性较强的植物，即耐盐能力、耐污能力、抗病虫害能力、抗热能力、抗冻能力等各方面均较强的物种，以维持湿地系统的长久稳定。最后，还要考虑经济成本以及景观价值因素，通过多种植物的搭配选择，在保持水质的同时能够在视觉上形成错落有致的景观效果。

3 工程案例

3.1 项目基本情况

北塘片区03单元地处塘沽区东北部，四至范围为：北起永定新河大堤，南至北塘大街，西起塘汉快速路，东至渤海海岸线。用地总面积为 429 hm2。水域面积共 34 hm2，其中河道面积11 hm2，湖面面积23 hm2。项目区水系范围示意图如图1所示。

根据气象资料，项目区多年平均降水量为565 mm。区内降水年分布不均，6月～9月降雨较为集中，约占全年降雨量的70%～80%。项目区域的地表水资源要素主要由水库、河流等构成。地下水的水体矿化度较高，属于咸水区。

3.2 水系设计

水系由项目区域北侧的河道以及景观湖连接组成，河道及湖泊水面宽度设计综合考虑地形条件因素以及蓄水量的要求。最终确定为河道上口宽为16 m～23 m，河底宽3 m，河底高程0.0 m。湖面宽为20 m～230 m，湖底高程-1.45 m。

水体自净能力得到充分保障的前提是水体可以充分的循环流动。河道与中心区湖泊共同构成了项目区的循环流动系统，通过设置在西北部雨水泵站内的一座循环水泵，以及建造在河道尾端的一座节制闸和一条回水管道，使整个水系能够达到水体循环的目的。主要工程布置见图2。

项目区土壤盐碱化严重，受水体底泥盐分释放、地下水交换、水系水面蒸发浓缩等因素的影响，区内湖泊与河道的水体长期存放后，水体易形成咸化污染[2]。为减缓水体的咸化，需定期对水系内的水体进行换水。

项目区水系补水主要考虑平常补水、换水两方面。经计算，区内水系年耗水量总计为98万m3，对于缺水的滨海新区可考虑加强雨水利用来缓解换水、补水压力。城市雨水利用措施主要包括初期弃流、雨水渗透、雨水存蓄、雨水滞留、雨水净化、雨水回用六个方面[3]。经分析，通过周边雨水泵站收集的雨水每年可为水系提供68.4万m3，剩余部分可从周边水库补水。利用收集的雨水补水、换水时，考虑到降雨初期的雨水面源污染较重，因此，在实际应用过程中将15 min的初期雨水排入过境河道，不进入项目区水系。即通过采取初期雨水弃流的措施，达到了控制区内水系受到非点源污染的目的。

3.3 海绵城市措施应用

项目区为充分利用雨水，体现“渗、滞、蓄、净、用、排”的理念，建设了一系列的海绵措施。例如：透水铺装、植被浅沟、过滤树池、低洼绿地、人工湿地等措施。下面重点介绍生态护岸、人工湿地的应用。

1)生态护岸应用。本次设计综合考虑河道宽度、水深等因素，最终确定在河道宽度大于20 m时采用生态袋护岸。生态袋护岸不仅耐腐蚀性高、稳固性好、强度高、使用寿命长，而且具有透水不透土的过滤功能，使得植物根系可在其中自由生长，并进入岩土基层，达到锚固作用，增强抗剪强度。实践证明，生态袋护岸可将生态思想融入工程运用中，不仅克服了传统护岸形式亲水性较差的缺点，而且形成了良好的景观效果。

2)人工湿地应用。人工湿地处理系统位于项目区的西北角，由表流湿地单元、波式潜流人工湿地单元、出水池及回水管道构成了湿地系统。湿地布置紧凑，系统由绿化带与外界隔离，内部设置循环路以及主路、小步行路进行连通，用于工作人员的管理和巡视。图3为人工湿地总体平面布置图。

植物是人工湿地的核心，通过植物不但可以去除水体中的污染物，还可以促进水体中营养物质的循环和再利用，促进生态环境的良性循环。本工程结合气候、净水效果等因素，最终采用的具体植物如下：

1)浮叶植物。是指根附着在底泥或其他基质上、叶片漂浮在水面的植物，如睡莲(如图4所示)、芡实等。浮叶植物吸收养分能力较强、生长速度较快且耐污能力较强，可以在吸收氮磷物质的同时达到抵制藻类生长、改善水体透明度的目的。

2)挺水植物。即植物的根、根茎生长在水的底泥之中，茎、叶挺出水面，其根系发达，可存活生物量大，还可以在减缓水流速度的同时过滤和沉淀颗粒物质。本项目采用的挺水植物有芦苇(如图5所示)、黄菖蒲(如图6所示)等。

3)沉水植物。是指由根、根须或叶状体固着在水下基质上，其叶片也在水面下生长的大型植物，如苦草。沉水植物作为湿地生态系统的生产者之一，可以为微生物提供代谢场所，从而去除氮、磷营养物质，净化水体。同时，增加了水体的生物多样性，维护了生态平衡。

4)湿生乔木。本项目在河岸边种植一定数量的垂柳，垂柳为落叶乔木，性喜温暖湿润的环境，耐寒能力强，耐水湿，适宜生长于湿地边缘，有一定的耐污染能力。

水华污染是人工湿地在运行过程中易于遇到的难题之一，本工程采取了有效的控藻措施。通过采用在景观水系中放养鲢鱼和鳙鱼的非经典生物操纵法来控制水体中的藻类，防止水体发生水华。鲢鱼和鳙鱼属于滤食性鱼类，以浮游植物为主要食物，且生长速度快。在景观水系中放养鲢、鳙等鱼类，不仅具有观赏性，而且能够有效控制藻类，具有一定的生态价值。

运行过程中，对人工湿地出水进行检测，结果发现COD，TN，TP等指标均满足Ⅴ类水的指标要求，取得了良好的水质净化效果。而且通过多种植物的选择搭配，构建了良好的景观体系，丰富了城市生态景观。

3.4 工程意义

1)经济效益。项目区采用雨水的生态化综合利用方式使雨水用于补充景观水，每年可节省不少的中水费用。同时，由于减少市政供水负荷，也可减少市政供水系统设施投资。因此，雨水利用可以产生相当可观的经济效益。

2)社会效益。项目区通过对雨水的收集和充分利用，可以有效减少暴雨期间雨水的地表径流量，降低项目区的洪涝灾害危害程度，减缓降雨洪峰期对城市排水的压力，降低城市内涝风险。同时，通过水系的建设、雨水资源的有效利用以及水质的保持，可以向周边居民传达环保理念，存在着不可忽视的社会效益。

3)生态效益。通过采取一系列海绵措施，有利于减轻地表径流的非点源污染，及时回补地下水，保持水土及涵养水源，同时有利于加强对生物多样性的保护及促进水体景观娱乐等生态功能的发挥，将人的发展需求、生物生存环境建设及自然生态系统的良性发展和谐统一起来。

4 结语

海绵城市建设是缓解城市水资源短缺、实现排涝蓄洪、修复水环境以及改善水生态的有效手段，对于推动城市的可持续发展具有深远的意义。本文在正确领会海绵城市内涵的基础上，针对天津滨海地区水资源尤为匮乏、土壤及地下水含盐量高、水生态急剧退化的区域特性，以北塘水系的构建为例，详细介绍了部分海绵措施的应用，不仅达到了节约用水、降低城市内涝风险的目的，且通过人工湿地的运用，在保持水质的同时，构建了优美的景观效果。从应用效果可以看到，采用海绵城市建设，在获得经济效益的同时，还可获得深远的社会效益和生态效益。