基于海绵城市建设理念下的雨洪资源利用模式探究

2022-04-01房恩哲安徽建筑大学经济与管理学院安徽合肥230000

安徽建筑 2022年3期

房恩哲（安徽建筑大学经济与管理学院，安徽合肥 230000）

1 海绵城市基本概念

1.1 海绵城市基本理念

海绵城市正如水环境系统中蓄水海绵，通过对降雨时雨水资源的存蓄，在未来雨水储备不足或者干旱的情景下得以弹性释放利用，有效削减雨水径流量和径流速率，提高城市应对灾害的灵活能力。通过调查不同地区的自然地理概况，在新型海绵城市建设前期，搜集该环境下水文水质等资源现状，分析该地区雨洪问题成因及降雨特点，对源头、过程和末端三大板块选用一系列入渗吸收、收集存储、调蓄净化等技术集成设施，降低城市峰值径流，减少污水污染。使雨水资源可持续循环发展，提升城市的呼吸透气性及水资源综合承载能力。

1.2 海绵城市研究目的与意义

积极推进海绵城市建设，不仅仅为了削减城市暴雨径流带来的压力，减少出水水质的污染物含量，缓解我国水资源分配不均衡的现状，缓解国内外水资源短缺现象，更是为了长远地将雨水资源能够发挥最大的利用，使雨水代替自来水回用比率大大提升，提升自然水循环功能，改善水资源、水环境、水生态、水安全问题。

2 海绵城市国内外研究现状

2.1 国外雨洪资源管理理论发展背景

欧美地区最早对海绵城市进行探索：美国资源环境局在20世纪90年代提出低影响开发理念（Low Impact De⁃velopment，LID），指通过缩小城市调蓄体积，有效降低降雨径流峰值，削减径流流速，核心在于源头掌控渗透、存蓄、排放、利用等雨水管理措施对污染物进行截留阻断[1]。1987年《清洁水法》修改案后，因雨水监测及排放遇到困难，美国提出最佳管理模式BMps（Best Manage⁃ment Pratice，BMPs）理念，从结构性措施和非结构性措施两个角度将城市面源污染问题逐渐引申到提升水质、掌控径流流量等雨水管理技术系统问题上，实现雨洪资源综合管理等控制目标[2]。澳洲同期提出的水敏感城市设计（Water Sensitive Urban Drainage，WSUD），则是将雨水收集排放和居民生活、工业用水与城市绿色景观设计相结合，将可持续发展理念引用到城市水文系统中，降低内涝发生频率[3]。英国（Sustainable Urban Drainage Systems，SUSD）将洪涝影响、水污染问题与城市景观设计进行综合控制，从雨水出水水质、水量及雨水回用功能三个方面，通过人工湿地对污染物进行净化，有效改善径流水质，保护城市景观与生态多样性[4]。享有“花园城市”美誉的新加坡率先创立ABC（Active Beautiful Clean，ABC）水计划，将城市环境、水体流域和社区环节综合钮扣，将洪涝灾害转换为雨洪资源利用模式，打造景观河岸，恢复城市水系统的生态多样性。

2.2 国内雨洪资源发展概况

我国从21世纪初首次提出海绵城市理念，发展至今已初具成果：俞孔坚、李迪华教授在2003年将海绵城市理念巧妙地比喻为城市旱涝灾害的调蓄池，并在2004年率先将低影响开发理念应用在深圳光明新区建设实例中，对景观道路和雨水花园突出设计，将湿塘和景观水体区域相结合，合理运用降雨资源，给予我国海绵城市开发建设的全面实践支撑[5]。重庆悦来新城地区通过将植被嵌入干涸的河床，将旱溪与当地特有的山地景观相结合，降雨时能够有效减缓地面雨水流速[6]。青岛、厦门等沿海城市，通过对非常规水资源的规划及海水淡化利用，建设生态海岸及护坡，利用反渗透和多效蒸馏海水淡化技术，将海水直接利用于沿海工业行业，高效节省了自来水资源。

3 海绵城市建设技术模式探究——以汕尾地区为实例

3.1 海绵城市地区建设概述

汕尾市位处广东省东南部，气候温和、降雨充沛、水系众多，属亚热带季风气候。本研究区域内现有水质状况总体良好，目前局部建设为雨污分流管道，管网覆盖建设已具备基本规模。

3.2 海绵城市建设目标及下垫面分析

见表1、表2。

海绵城市建设规划表1

区内近期海绵城市建设指标目标值统计表表2

3.3 雨洪建筑利用模式设计思路规划

3.3.1 建筑屋面类

建筑屋面类通常占比较大，其径流排放主要以实现中小型降雨径流的自我消纳为主，主要通过透水铺装、传统屋面以及新型种植屋面的利用模式进行控制，设计时需要对建筑类型和雨水排放形式进行分区考虑。本研究区域目前可根据不同场地处理老旧建筑的雨污合流、地面硬化严重等问题，新型建筑屋面在控制径流方面具有一定改造优势，经调蓄池等设施调蓄净化后可直接在建筑区域内回用，如绿化浇洒、居民冲厕、道路冲洗等用途。径流排放流程图如图1所示。

图1 建筑小区类径流排放系统流程图

3.3.2 市政道路类

市政道路一般按车流量大小及路面荷载力来应用不同的海绵设施。该地区国道等主干道路正在扩建提升中。降雨经雨水管渠、渗管等设施的传输，通过初期雨水弃流设施来降低初期雨水污染物浓度，连接海绵滞留、调蓄设施将雨水转存进行再次循环利用，降低地表产流，削减径流污染。市政道路建设项目径流排放流程图如图2所示。

图2 市政道路类径流排放系统流程图

3.3.3 绿地广场类

公园绿地及广场、停车场等汇水面积较大区域，应该为周边地块预留滞蓄空间和调蓄容积，本研究区域内不仅大面积铺设了透水地砖，在未来规划中可嵌入下凹式绿地广场，或采用植草沟、生物滞留设施、渗井、雨水湿地等雨水收集回用设施，针对不同强度降雨，弹性消纳径流峰值，增强雨洪空间弹性。绿地广场类建设项目径流排放流程图如图3所示。

图3 绿地公园类径流排放系统流程图

3.3.4 水体流域

本研究区域中，主要水系流域作为雨水排放的末端去向，可在其外围设置植物缓冲带，形成生态护岸，在防止水土流失的同时，起到净化水质，维持城市水体景观的功能。湿地或排水口末端处理等利用模式[7]将雨水存积和调节功能提升并存，恢复水体本身循环治理能力。水体流域类建设项目径流排放流程图如图4所示。

图4 水体流域类径流排放系统流程图

3.4 海绵城市技术设施选择

3.4.1 入渗设施

使雨水快速入渗、增强城市透气性是改造海绵系统技术措施的首要环节。相比传统的雨水入渗模式，透水铺装、绿色屋顶、雨水花园、渗透塘等技术设施能够让雨水加速渗透地表，减小径流带来的影响。该地区未来可在广场、停车场等汇水面积大、车流量小的市政道路项目中铺设孔隙率大，透气保湿的透水砖，在车流量较大的市政主干道路可采用高强度、防滑性好、耐风化、重量轻的透水沥青、混凝土，以透水材料铺设的地面取代传统材料的路面[8]，增加地表透水面积，减轻地面硬化现象，削减降雨给城市带来的排水压力。本研究区域内，建筑楼房多采用平面屋顶或坡度小于15°的坡面屋顶，故新型植被覆盖技术也同样适用于当地海绵城市建设之中。绿色屋顶表层选用的植物从根本上决定了雨水的截留能力，根据屋顶荷载强度选取强保水性、易存活、抗旱涝能力强的植物，对暴雨径流污染进行控制，削减峰值流量[9]。雨水花园意为以植物、土壤、微生物的滞留净化功能为特点的一种建设及维护成本较低的浅凹绿色景观空间，能够有效地存积雨水，净化水质污染，是一种可与其他绿地景观相结合多功能海绵设施[10]。

3.4.2 存蓄设施

建设工程中较为常见的雨水存蓄技术有湿塘、雨水湿地、雨水罐等。此环节中可对雨水口进行改造，将传统雨水口改为具有集蓄功能的雨水口，使雨水集蓄功能发挥至最大效益。雨水罐可大量运用在当地居民小区中，储存容积小且净化功能有限，构造简单且成本较低。未来可将湿塘、雨水湿地类海绵设施与公园绿化景观相结合规划建设，积存雨水的同时，又可以净化径流污染，加快雨水传输。常用的调蓄塘与调节池做为末端清淤单元，可与其他低影响开发设施并用，形成多功能的雨水调蓄体系。

3.4.3 滞留设施

在本研究范围内，可根据地形坡度和地表的粗糙程度因地制宜选择雨水滞留技术。生物滞留带、雨水花园、高位花坛、生态树池等常见的生物滞留设施，以及植草沟、下凹式绿地等技术设施的利用，可有效地提高雨水渗透率。未来可在主干路路肩设置植草沟，通过植被覆盖方式来削减地表径流[11]，利用植物吸附特性、土壤修复以及微生物功能的多样性来对水质进行氨氮、总磷及重金属去除，从而更好地调节输送净化雨水。

3.4.4 排放与净化设施

传统雨水净化模式中一般使用的是初级污染物截留设施，只能起到过滤大直径的颗粒污染物的初级效果，不具备良好的净化功能。该地区自然水资源丰富，但在污水管网方面建设仍在开发阶段，经初期雨水弃流设施后，可规划降雨通过雨水管渠进水管流入沉淀池，再通过弃流管排出，降低初期雨水污染物浓度。减轻后续人工湿地、生态滤池、植被缓冲带等新型雨洪管理措施的控制压力。

该城区目前已采用雨污分流排放制度，雨水排放时，可通过增强水泵的抽强能力，优化雨水口设计和布置形式等手段，对地下管廊进行设计规划，保证暴雨时期不会产生内涝现象，减轻城区面源污染，对雨水资源物尽其用。