严寒地区海绵城市LID低影响开发的技术应用分析

战美秋 白立敏 齐柠

【摘  要】 本文从北方严寒地区城市气候特征及城市建设特点出发，分析LID低影响开发技术气候地域特点，提出了适用于严寒地區海绵城市建设的LID低影响开发的技术应用建议，为北方严寒地区海绵城市建设提供参考。

【关键词】 严寒地区;海绵城市;技术应用

引言

我国城市化发展飞快，大量土地开发利用，地面硬化率高，城市雨水蓄滞能力严重不足，排涝设置不健全，地下管廊系统等基础设施建设严重滞后于城市的发展速度，城市内涝、水资源短缺及污染等问题严重。海绵城市是一种更生态、安全、可持续的城市建设模式，随着海绵城市建设的发展，进行深入的地域性、独特性、需求性分析，形成具有针对性和系统性的解决方案已成为迫切需求。

1.海绵城市的概念及发展

1.1概念

海绵城市（Eco-sponge City）是指城市能够像海绵一样对雨（雪）水进行吸收、贮蓄、下渗及净化，并适时“释放”利用，是未来城市基础设施建设的重要基础。

1.2 LID低影响开发发展

我国从2013年海绵城市理念的提出开始，出台一系列政策和规范，2014年颁布了《海绵城市建设技术指南》，明确了 LID（Low Impact Development）低影响开发雨水系统构建的内容、要求和方法，《海绵城市建设技术指南》在具体的实践操作上，需要各地建设者根据城市所属区域的不同气候特点和自然特点进行分析、规划和建设，不同侧重的进行“渗、滞、蓄、净、用、排。”

2015年进行海绵城市试点建设，16个城市成为首批“海绵城市”建设试点，2016年，14 个城市成为第二批“海绵城市” 建设试点。2019年出台了《海绵城市建设评价标准》，海绵城市建设从基础的定性阶段，进入定量建设阶段。

2.海绵城市建设LID 主要技术途径与严寒地区亟需解决的问题

2.1严寒地区海绵城市建设LID 技术途径

低影响开发 LID（Low Impact Development）技术通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术，以原有生态系统的保护、恢修复、低影响开发为工作重心，南方地区普遍采用生物滞留系统（Bio-retention）、可渗透路面（Permeable  pavements）等措施。物滞留系统在低洼的地区种植灌木、花草以及树木等植物，通过植物-土壤-填料的过滤作用对径流雨水进行净化后，补充地下水或通过底部的穿孔管输送到市政排水系统进行后续的处理;可渗透路面采用透水性较好的材料铺设的路面，使雨（雪）水很快地入渗到地基土壤中，降低城市排水压力、控制城市水体污染、改善道路行驶环境。

2.2严寒地区 LID 技术亟需解决的问题

我国现有30个海绵试点城市，试点城市地理气候有很大差异，南方城市中的海绵城市LID技术的措施和方法在北方地区应用往往出现各种问题。北方严寒地区一年四季分明，水系资源有较明显的丰、枯水期及稳定封冻期，丰水期主要集中在6～8月，北方多数城市处于地理气候下的暴雨典型区域，植被以落叶型乔灌木为主，蓄水能力较差、天然海绵体较少，同时封冻期对地下水的补充较弱，封冻期过后出现大量融化雪水。北方严寒地区关于LID 技术在夏雨冬雪的水资源利用问题的处理、本地植被利用，以及丰水期枯水期海绵体存活问题成为问题关键。

3.严寒地区 LID 技术应用建议

LID 低影响开发的技术应用须考虑气候影响因素、能源开发因素、城镇发展现状及未来城镇发展趋势等因素，北方严寒地区的LID技术应用应着重在丰水期雨洪管理与雪水再生资源化利用方面，建议从以下几个方面入手：

3.1构建城区与周边海绵城市体系

最大可能性的恢复已经破坏的水系、绿地，扩大包括城区内及周边原有河流、湖泊、湿地建设，保证河流、湖泊、湿地、林地等大型海绵体的规模体量，并扩充发展城区与周边的的绿地，包括居住区、公园、道路周边绿地等，提高中型绿色海绵空间的比例，加强城区内部基础设施与房屋建筑之间的湿塘、生物滞留设施，加强基础设施、房屋建筑等的绿地穿插设计与维护，构成系统的从源头到末端的、层层递进的城市海绵体建设，为严寒地区城市改造 LID 技术应用与良好运行奠定基础。

3.2附加城市基础设施以及房屋建筑对水资源的回收与净化功能

北方严寒地区的LID 低影响开发受季节影响较大，基础设施及房屋建筑本身对水资源的迅速感应与处理能力能显著提高技术应用经济效益。将LID 技术应用融入城镇基础设施建设与房屋建筑建设，两者有机结合，重点从基础设施与房屋建筑功能，及功能材料应用设计方面入手。例如增强城市基础设施建筑对雨水、雪水的渗透、导流、净化属性，在基础设施表面或外部结构增加太阳能熔融设备设计、水流引导构造设计，能快速的溶解雪水，并将渗透至地下或屋面的雨（雪）水集中，并汇聚至净化设施，进行后续的雨（雪）水处理工作。

在控制雨（雪）水的渗透速度方面，可在基础设施水流引导之前，采用针对设计的专用透水混凝土代替普通混凝土硬化道路或铺装路面材料，降雨强度较大的地区宜选择孔隙率较大的排水型材料。雨（雪）水经透水材料初步过滤后再经过导流入净化系统，净化之后补给地下水或重新导入基础设施、房屋建筑本身重新利用，形成良性的水资源循环（利用）机制。

北方寒冷地区的水资源净化设施、透水材料设计与应用，要考虑材料本身的抗冻融性能设计，增加材料使用寿命，并在有腐蚀性介质的（如硫酸盐、氯盐）的土壤、水域区域考虑材料防腐蚀设计技术，提升耐久年限。

3.3提升北方严寒地区路面雪水资源利用能力

目前北方严寒地区快速处理冬季降雪主要有机械除雪、化学除雪及机械除雪与化学除雪相结合的方式。单纯机械除雪效率较低，化学除雪对道路路面产生化学损伤，没有考虑水资源回收利用问题，对于水资源比较缺乏的北方城市是一种宝贵资源的浪费。对于考虑机械除雪的北方严寒城市，在城市道路设计中需要考虑预留堆雪空间及蓄存冰雪空间，可将雪水导入市政水净化系统。

从可持续发展角度应考虑开发应用可融雪路面材料，利用相变材料储能放热原理，及时将路面降雪融化，经路面坡度导流至路面两侧绿地，渗透到地下导流装置，流入市政净化系统，污染物质通过渗透、过滤等机制得到去除，不但雪水资源得到利用，而且清雪环节去除，并能有效防止路面雪水冰冻引发的道路交通事故发生。路面两侧绿地可采用带有孔的防冻滤水模块，植被可透过模块生长。

另外，也可采用渗透路面材料，雨（雪）水由表面材料渗入底基层，最终下渗到地下水水层或经暗管排入市政管网。但目前采用的透水路面技术寿命受环境影响大，在北方夏秋季节应用较适合，但在春冬季节受采暖期空气不良影响较大，易受污染造成路面透水孔堵塞，使用效果降低，在这一方面的技术更新研究还需深入。

3.4 LID 技术应用节能增效机制

为增效城市基础设施以及房屋建筑雨（雪）水回收、净化功能，可将既有或新建基础设施及房屋建筑进行节能改造，将雨（雪）水回收、净化等功能结合到节电、节水改造中，统筹至能源控制系统。例如在房屋建筑屋顶设置小规模的生物滞留系统，将雨（雪）水回收至自有净化系统，统一分配使用至自有用户的生活清洁用水，如卫生间冲水、供暖用水、房屋饰面清洁用水等等。这种增效LID 技术应用节能机制可促进人们对于节能系统的关注，增加设施维护热情，技术应用节能效果可明显增加，更有助于实现城市水资源的良性循环，实现城市的可持续发展。LID 技术应用节能增效机制饿广泛应用在新建建筑与既有建筑节能改造中，尤其在我国北方缺水的城市具有广阔的应用前景。

4.结语

严寒地区的海绵城市的建设需要根据其地域特点和需求，综合规划，有机协调基础设施、房屋建筑与LID技术之间的关系，为获得最优的适宜严寒地区的LID低影响开发措施还需要长时间大量的相关技术研究实践与经济投入。新技术、新材料的研发是未来LID低影响开发技术的突破性发展的重点。

参考文献

[1]《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》发布实施[J]. 城市规划通讯. 2014（21）： 7～9.

[2] 胡宏. 绿色基础设施视角下的城市雨洪管治策略——以费城为例[J]. 国际城市规划.2018， 33（03）： 18-22.

[3]王秋菲，石丹，王盛楠.沈阳市海绵城市的建设思路与对策研究[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2016 （6）：604～608.

[4]孙 烨， 黄 屹， 冯林林， 钟翌晨， 柳永华.基于海绵城市背景下的城市道路设计优化.给排水[J].2020第46卷 第6期 96～97.

[5]财政部办公厅，住房和城乡建设部办公厅，水利部辦公厅 . 关于组织申报2015 年海绵城市建设试点城市的通知[Z]. 财办建〔2015〕4号 .

基金项目：吉林省教育厅”十三五”《寒地海绵城市LID绿色基础设施的环境控制技术研究》编号：2016（162号）。

吉林省科技发展计划项目2019《严寒地区海绵城市建设中既有滨水空间改造关键技术研究》编号：20190303049SF。