透水设施和雨水花园在海绵城市建设中的应用探究

徐海洲

（北京禹冰水利勘测规划设计有限公司，北京 100080）

海绵城市作为我国近年来城市建设的新理念，与传统城市相比，具有绿色、环保的功能。传统城市虽然能够保证道路的整洁和城市的美观，但排水系统不完善，城市街区、道路硬化等问题极易造成雨季时降雨累积于路面，引发城市内涝现象[1,2]。海绵城市，即水弹性城市，是指城市能够像海绵一样在遭遇降雨时进行“吸水”，在城市用水时将这些雨水进行释放。与传统城市相比，海绵城市通过宏观与微观相结合的方式，统筹规划建设，不仅能够在城市遭遇降雨时将雨水“吸收”，降低地表径流，缓解城市内涝；而且“吸收”的雨水可以进行再次利用，解决城市缺水问题和城市热岛效应[3,4]。海绵城市建设的方针遵照“渗、滞、蓄、净、用、排”，而“渗水”和“净水”又是雨水能否收集和再次利用的关键因素。因此，“渗水”和“净水”技术在海绵城市建设中起到重要作用。

1 透水设施

海绵城市建设过程中虽然围绕“渗、滞、蓄、净、用、排”，但渗水在海绵城市建设中发挥着重要作用，如果雨水无法下渗便无法进行后续净化、收集以及再利用的过程；而雨水下渗过程中，由于路面占据城市面积的比例较大，道路的雨水下渗功能将直接影响雨水径流以及后续处理过程。

1.1 透水混凝土

透水混凝土即多孔性混凝土，由骨料、水泥、外加剂和少量水混合搅拌合成，与传统混凝土相比，透水混凝土能够更为迅速的使雨水下渗。透水混凝土由于其多孔透气性能，能够快速的下渗雨水，降低雨水径流流量，延缓地面雨水径流形成时间，甚至保证路面不积水，进而解决城市内涝问题[5]。与此同时，下渗的雨水经净化后，一方面可以储存，然后将收集的雨水用于城市绿化灌溉等方面，实现雨水循环利用，从而节省水资源；另一方面透水混凝土表面也可以根据设计理念进行颜色喷洒，并与周边的景观设施相结合，形成特有的搭配风格，间接的提高市民生活水平[6]。

1.2 透水铺装

透水铺装格作为透水铺装中最为常见的设施之一，采用塑料框架与石块相结合的方式，既可以保证雨水的快速下渗，也可以保证路面的承载负荷。透水铺装格以开孔率较大的塑料为骨架，内部装填密实度较高的石块，进行填埋和路面铺设。由于透水铺装格塑料骨架的开孔率高达95%，因此，能够使得雨水快速通过孔隙进行下渗，延缓地表径流时间[7]。此外，塑料骨架内装填的石块等材料密度和质量较大，具有较高的承载负荷能力，能够有效地支撑较大的人员流量和密度，甚至是较多的车辆数量，因此，透水铺装格通常被应用于广场、居住区等区域。杨迪轩[8]也认为透水铺装在海绵城市建设中能够加快雨水下渗，缓解地表径流。他们以陕西省西咸新区沣西新城作为海绵城市的试点，在沣西新城海绵城市建筑园区等示范点设置了透水铺装，透水铺装铺设后能够保证雨水的快速下渗，并且降低雨水与路面的撞击声音。

综上所述，透水设施在海绵城市建设过程中能够有效缓解城市内涝现象，降低城市雨水径流，并且收集雨水，对地下水进行补充。另外，道路占据城市面积较大，当铺设透水设施时，由于透水设施具有较好的透水性能，可以通过水分自然蒸发和蒸腾作用调节路面温度，缓解城市热岛效应[9]。此外，当城市遭遇降雨尤其是暴雨时，雨水密集度较大，降落的雨水与路面产生的撞击声音会影响甚至干扰市民生活，而当采用透水设施时雨水撞击路面产生的声音可以在透水设施的孔隙中运动，并通过摩擦、撞击等过程转化成热能，进而降低雨水产生的噪声[10]。但透水设施也存在相应的问题。例如，承载强度和使用时间。一方面，与传统路面相比，透水设施虽然具有较好的透水性能，能够缓解雨水径流现象，但由于透水设施的多孔性能使得其承载负荷能力降低，而道路作为城市建设中的关键因素将直接影响城市的安全性和稳定性。当透水设施与道路大面积结合时极易造成道路承载性能降低，较高的车流量的密集度、楼宇建造的范围和大小甚至可能会使得路面出现凹陷、崩塌，严重干扰市民日常生活水平和城市的安全性[11]。因此，如何合理化、规范化构造透水设施和道路，既保证路面的安全性和稳定性，同时兼顾透水性能、快速下渗雨水是实现海绵城市道路建设的关键问题。另一方面，透水设施与道路结合后在一定时间内可以利用其较高的孔隙性能下渗雨水，但随着降雨次数、降雨密度以及降雨量的不断累积，降雨过程中携带的颗粒污染物和地表径流包含的污染物会不断填塞透水设施的孔隙，进而降低透水设施的透水性能[12]。此外，由于透水设施与路面结合的特殊性及经济，无法进行再次翻新、重复使用。因此，如何有效提高透水设施的使用效率和时间是透水设施能否广泛应用的关键之一。

2 雨水花园

海绵城市建设的核心是实现雨洪资源化，即雨水循环利用，因此下渗、收集后的雨水只有经过净化作用才能被用于绿化灌溉、洗车冲刷以及缓解城市热岛效应。雨水花园作为海绵城市建设中常见的功能设施，不仅具有净化雨水功能，而且能够作为自然景观和城市绿地美化周边环境，丰富、提高人们生活水平。

雨水花园的净化功能主要植物和微生物协同完成。植物可以通过根系对地表径流携带的污染物和土壤中的污染物进行吸附和降解，吸附后的污染物可以通过植物内部输送组织被输送至植物顶端，植物顶端被收割后对污染物进行后续处理，而植物则可以在春季时继续生长，通过收割—生长—收割的方式循环处理污染物[13]。而雨水花园中的微生物是海绵城市中降解地表径流污染物的主体。土壤或植物根系通常作为微生物的载体，不仅能够为微生物提供生存空间、防止微生物流失，并且较大的比表面积能够增加微生物与污染物的接触，进而提高污染物降解效率。闫丹丹等[14]认为雨水花园是海绵城市净化污染物的重要设施之一，能够高效的去除地表及土壤中的污染物。以陕西省西安市某高校内土壤为研究对象，土壤中重金属污染十分严重，其中Cu、Zn 和Cd 的点超率已经高达75%～87.5%、14.29%～62.5%和85.71%～87.5%。建设雨水花园后，其汇流面积可以达到604.7m2，汇流比约为20:1，通过微生物与植物的协同作用能够高效的去除土壤中的重金属元素，经检测仅在土壤表层有微量Cu 和Zn 元素存在且未达到污染标准。然而，雨水花园也存在相应的问题。例如，植物的选择、地理环境。雨水花园中的植物通常选用本地的植物，一方面本地植物土植物能够更好地适应生存环境，植物成活率较高，数量也较多，种植的成本也较低；另一方面，栽种本土植物可以更好地维持城市自身生态系统的稳定性；此外，选择植物时也需要考虑植物的多样性和耐涝耐旱性能，多样化的植物不仅能够保证生态系统的稳定性和功能，而且通过景观设计可以作为景点设施；植物的耐涝耐旱性能则能够保证植物适应极端环境，并高效的发挥其净化功能[15]。此外，地理环境也是影响雨水花园建设的关键因素。不同地区地形和地势的差异会引起路面坡度不同，进而影响雨水径流流速。因此，坡度较大的路面需要设置缓冲带等设施，控制雨水径流流速，保证雨水下渗的时间，延长雨水与土壤中微生物接触净化的时间并充分收集净化后的雨水。地质和地貌则会影响植物栽种的种类、密度以及附属设施等，当所在地区地质较为松软时，植物的密度和蓄水池等附属设施的选择和埋深需要考虑土地的承载负荷。

综上所述，雨水花园建设过程中应充分了解、熟悉雨水花园的模式，并结合当地地区气候、地质以及环境等条件，因地制宜综合规划，合理选择栽种植物的种类和密度，实现雨水花园净化雨水功能的同时兼顾景观效应，并保证当地的生态系统稳定性。

3 结语

海绵城市作为绿色、环保工程能够缓解城市内涝和热岛效应，实现雨洪资源化，其中“渗水”和“净水”技术在海绵城市建设过程中起到重要作用，是实现雨水是否能够收集及再次利用的关键。因此，在城市整体规划建设的基础之上，如何因地制宜并根据所在地区的气候、环境等条件有效的将“渗水”和“净水”设施“融入”城市建设，并保证城市的稳定性和安全性是实现海绵城市建设的重要因素。