以建設(shè)“海綿型城市”改善城市排水及生態(tài)環(huán)境的探索

近年來，我國北京、深圳、武漢、杭州、南昌等多個(gè)城市頻繁出現(xiàn)雨澇災(zāi)害、炎熱干旱、地下水補(bǔ)給不足等問題，對(duì)城鎮(zhèn)居民生活造成了極惡劣的影響。其主要原因是在我國城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展過程中，極大程度上改變了原有地區(qū)的自然生態(tài)調(diào)節(jié)能力。為降低暴雨內(nèi)澇對(duì)城市的影響，我國已逐步開展了雨污分流改造、雨水調(diào)蓄池建設(shè)等措施 ，但仍面臨地下水補(bǔ)給不足問題、城市熱島和霧霾污染等問題。因此，一種既能吸收雨水、儲(chǔ)存雨水，又能在炎熱干旱時(shí)釋放水蒸氣、調(diào)節(jié)城市溫度的“海綿型城市”日益成為國內(nèi)外管理者和學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。本文試對(duì)國內(nèi)外先進(jìn)排水防澇規(guī)劃理念和設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和分析，從建設(shè)“海綿型城市”的角度，探索適應(yīng)我國城市建設(shè)發(fā)展要求的途徑。

一、海綿型城市的概念形成與主旨

＞＞圖1 海綿型城市示意圖

海綿城市一詞首次出現(xiàn)于2012年4月中國北京大學(xué)在深圳召開的《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》，但它并非全新的概念，而是包含了自20世紀(jì)80年代以來的雨洪調(diào)蓄、雨水資源收集利用與地下水涵養(yǎng)、低碳城市和低影響開發(fā)（Low Impact Development）等多方面內(nèi)容，總體上從應(yīng)對(duì)城市雨洪問題出發(fā)，逐步演變?yōu)榻鉀Q城市水與生態(tài)問題的綜合性方法。

目前，海綿型城市的觀點(diǎn)主要是通過建設(shè)具有“吸”、“放”功能的城市，使城市成為吸存水、過濾空氣、過濾污染物質(zhì)的大海綿，能實(shí)現(xiàn)降溫、防洪、抗旱、捕碳等效益，從根本上解決原來由人為造成的城市對(duì)水和生態(tài)的阻絕問題。圖1為其示意圖。圖中左側(cè)代表強(qiáng)降雨時(shí)，雨水進(jìn)入儲(chǔ)水層，避免內(nèi)澇災(zāi)害；右側(cè)代表炎熱天氣時(shí)儲(chǔ)存的水供應(yīng)城市綠化，同時(shí)水汽蒸發(fā)降低城市氣溫?！昂＞d”表層下方，土壤、水、空氣同時(shí)存在，所以地下生態(tài)系統(tǒng)得以發(fā)展。

二、國內(nèi)外相關(guān)理念實(shí)踐情況

實(shí)踐方面，國外有諸多實(shí)例。美國注重收集雨水、儲(chǔ)存并凈化之，采用可提高天然滲透能力的措施，與綠地、水體植被等自然景觀生態(tài)設(shè)計(jì)相融合，將徑流控制在源頭。德國通過逐步建立和完善雨洪調(diào)蓄技術(shù)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與管理?xiàng)l例使雨水利用技術(shù)逐漸成熟。各州法規(guī)禁止除特定情況外降水直接排入公共管網(wǎng)，要求城市開發(fā)“排放量零增長(zhǎng)”。例如薩克森州首府德累斯頓，通過城市表面透水性及存水量核定、不透水路面改造、綠色屋頂及門前花園、雨水調(diào)蓄池和濕地調(diào)蓄等方法，以及對(duì)飲用水保護(hù)區(qū)、城市排水費(fèi)率、雨水調(diào)蓄與利用建造標(biāo)準(zhǔn)等方面的立法工作，全方位減少雨水對(duì)城市的不良影響。澳大利亞為應(yīng)對(duì)氣候長(zhǎng)期干旱，提出對(duì)傳統(tǒng)開發(fā)手段的改進(jìn)的水敏性城市設(shè)計(jì)（WSUD），強(qiáng)調(diào)以城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，通過整體分析的措施來減少對(duì)自然水循環(huán)的負(fù)面影響和保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)的健康，強(qiáng)調(diào)合理利用暴雨徑流及天然河道這一天然資源，而不是在暴雨來臨時(shí)只考慮如何以最快的速度將雨水排出。

相較而言，我國對(duì)海綿型城市的研究和實(shí)踐還剛剛起步，多限于城市對(duì)雨洪調(diào)蓄的小尺度應(yīng)用，以工程設(shè)施的探討為主，宏觀尺度雨洪管理規(guī)劃，缺乏雨洪管理、水質(zhì)保護(hù)和景觀綜合效應(yīng)的研究與應(yīng)用，對(duì)雨水的概念大多僅限于儲(chǔ)存、利用、導(dǎo)排等方面，尚未成體系的綜合考慮海綿型城市對(duì)水乃至生態(tài)環(huán)境的作用。但仍有部分城市和學(xué)者開展了相關(guān)嘗試，如北京首鋼工業(yè)改造區(qū)進(jìn)行的雨水利用綜合規(guī)劃、哈爾濱群力雨洪公園、常德市委托漢諾威水協(xié)開展的江北區(qū)內(nèi)環(huán)水系綜合治理工程等。

三、主要技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）透水鋪裝

近年來還出現(xiàn)了高承載高透水高透氣鋪裝。該路面強(qiáng)度即可達(dá)到高運(yùn)量道路標(biāo)準(zhǔn)，又可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)降雨時(shí)，表面徑流趨近于零，透水、儲(chǔ)水的效果，同時(shí)滿足鋪面下樹根與生態(tài)系統(tǒng)能夠呼吸，以及允許炎熱天氣時(shí)地下水蒸發(fā)而出，并滿足平價(jià)、耐用和易維護(hù)等條件。

高承載高透水高透氣鋪裝可在原來的土壤地面之上，先放置碎石，并參考國外規(guī)定，設(shè)置儲(chǔ)水碎石層厚度為100厘米，鋪面之下孔隙率約為0.3，每次大雨碎石層可儲(chǔ)水30厘米。碎石層分為兩層，并分別為“主水流空調(diào)層”和“副集水透水層”。在碎石層之上放置結(jié)構(gòu)性導(dǎo)水管，然后再倒入混凝土，使混凝土與導(dǎo)水管緊密結(jié)合。等混凝土層凝結(jié)結(jié)實(shí)后，就可掀起最上層的導(dǎo)水管蓋，露出透水、透氣孔。其導(dǎo)水管蓋的特殊設(shè)計(jì)使得透水、透氣孔的四周會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)水槽，引導(dǎo)雨水流入孔洞。構(gòu)造模型見下圖。

（二）初期雨水棄流

初期棄流旨在通過一定方法或裝置將存在初期沖刷效應(yīng)的降雨過程中的初期徑流予以棄除，減少徑流污染、提高雨水資源的利用效率。常見的初期棄流方法包括容積法棄流、小管棄流（水流切換法）等，棄流形式包括自控棄流、滲透棄流、棄流池、雨落管棄流等。是否采用初期棄流，采用何種棄流控制措施及如何合理確定初期棄流量應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)條件、匯水面特性、管渠系統(tǒng)大小、污染狀況、控制目的及設(shè)計(jì)的工藝系統(tǒng)等綜合分析而定。

（三）綠色屋頂

通常根據(jù)栽培基質(zhì)深度和景觀復(fù)雜程度將綠色屋頂分為：粗放型（extensive）、精細(xì)型（intensive）和半精細(xì)型（semiintensive）三種類型。綠色屋頂宜選擇新建建筑，需統(tǒng)籌考慮屋頂荷載、防水等要求。舊建筑多由于未考慮足夠的荷載而無法采用，但經(jīng)核定符合適用條件時(shí)，也可采取簡(jiǎn)單綠化的做法。綠色屋頂?shù)幕緲?gòu)造層由下至上依次是防水層、保護(hù)層、排水層、過濾層、種植土層和植物層。

＞＞圖2 高承載力的通氣管結(jié)構(gòu)型透水鋪裝構(gòu)造示意圖

（四）生物滯留

生物滯留指設(shè)置較淺的洼地并種植當(dāng)?shù)氐哪秃导岸虝r(shí)耐淹植物，通過植物、土壤及微生物作用滯蓄、凈化自身及屋面、路面等硬化下墊面的徑流雨水，通常分為簡(jiǎn)易型生物滯留設(shè)施和換土型生物滯留設(shè)施；生物滯留設(shè)施按應(yīng)用位置不同分為雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態(tài)樹池和下沉式綠地。生物滯留設(shè)施一般主要由蓄水層、覆蓋層、種植土壤層、砂濾層、排水層、溢流口等部分組成。

（五）其他措施

除上述列舉的常用措施外，還有許多措施可用于低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，如滲透溝渠、滲井、雨水過濾池、生態(tài)浮床、生態(tài)堤岸等。除工程性措施外，非工程性措施也是實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā)目標(biāo)的重要組成。

四、結(jié)論與建議

海綿型城市理念是在長(zhǎng)期城市建設(shè)和發(fā)展的過程中，通過不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題得來的經(jīng)驗(yàn)與理論結(jié)合的產(chǎn)物。建設(shè)海綿型城市是實(shí)現(xiàn)城市與自然生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要組成措施，能以源頭減量、生態(tài)還原、自然調(diào)蓄等方法，改變以往頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳的片面且盲目的做法，從根本上解決日趨嚴(yán)重的多種城市病。

為推進(jìn)我國海綿型城市建設(shè)，克服目前所面臨的公共認(rèn)知、政策及資金保障、技術(shù)支撐不足等困難，建議在短期內(nèi)，提出倡議、形成共識(shí)。推動(dòng)教育和研究、建設(shè)示范案例；中期階段，加快建立和修改相關(guān)法律、條例及標(biāo)準(zhǔn)，要求新建筑、綠地等設(shè)施要具有雨水調(diào)蓄功能，加強(qiáng)高承載高透水高透氣型道路建設(shè)，并引入多源資本，推行政府購買服務(wù)的方法，開放行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，提高建設(shè)和運(yùn)營水平；遠(yuǎn)期階段，促成全民參與監(jiān)督，全面建設(shè)并完善海綿型城市。