基于“海綿城市”理念的重慶南山雨水管理方法研究

蔣真

（重慶大學(xué) 建 筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030）

0 引言

近年來(lái)，水資源短缺、水環(huán)境污染嚴(yán)重、洪水、城市內(nèi)澇、地下水位下降、水生物棲息地喪失等各種各樣的水危機(jī)頻發(fā)，問(wèn)題非常嚴(yán)重，引發(fā)我們對(duì)水危機(jī)問(wèn)題的深刻思考。究其根本的，導(dǎo)致這一系列水問(wèn)題的原因是城市建設(shè)破壞了穩(wěn)定的流域水循環(huán)。

流域水循環(huán)分兩部分：一是由降雨、蒸發(fā)、入滲、匯流、補(bǔ)給、排泄這些基本環(huán)節(jié)組成的自然水循環(huán)；二是在自然水循環(huán)的主框架內(nèi)由給水、供水、排水、用水、治污側(cè)支循環(huán)形成的社會(huì)水循環(huán)[1]。自然水循環(huán)和社會(huì)水循環(huán)相互依存、相互制約、相互作用，自然水循環(huán)——社會(huì)水循環(huán)失衡導(dǎo)致了流域水問(wèn)題的發(fā)生。因此解決水問(wèn)題的出路在于保持流域水循環(huán)的生態(tài)平衡。

“海綿城市”理論的提出正是基于對(duì)保持流域水循環(huán)生態(tài)平衡，解決各種水問(wèn)題的有效應(yīng)對(duì)策略。最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水滯留、積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)循環(huán)，是其核心思想。筆者將結(jié)合重慶市南山的實(shí)際情況，詳細(xì)闡述基于“海綿城市”理念的雨水管理方法。

1 海綿城市

1.1 海綿城市的概念解析

2014年2月《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部城市建設(shè)司2014年工作要點(diǎn)》中明確：“督促各地加快雨污分流改造，提高城市排水防澇水平，大力推行低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)模式，加快研究建設(shè)海綿型城市的政策措施”。2014年11月，《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》發(fā)布，2014年底至2015年初，海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作全面鋪開(kāi)，并產(chǎn)生第一批16個(gè)試點(diǎn)城市[2]。“海綿城市”這一概念開(kāi)始頻繁進(jìn)入人們的視野。

“海綿城市”概念的產(chǎn)生源于針對(duì)“海綿”所特有的吸附及釋放能力特征，行業(yè)內(nèi)和學(xué)術(shù)界普遍用于比喻城市或者土地的雨洪調(diào)蓄能力。顧名思義，“海綿城市”是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用[3]。因此，海綿城市的建設(shè)目標(biāo)是讓城市“彈性”適應(yīng)環(huán)境變化和自然災(zāi)害。

1.2 海綿城市的理論內(nèi)涵

海綿城市要求在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。其建設(shè)途徑主要有以下三方面：一是對(duì)城市原有生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。最大限度地保護(hù)原有的河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等水生態(tài)敏感區(qū)，留有足夠涵養(yǎng)水源、應(yīng)對(duì)較大強(qiáng)度降雨的林地、草地、湖泊、濕地，維持城市開(kāi)發(fā)前的自然水文特征；二是生態(tài)恢復(fù)和修復(fù)，對(duì)已經(jīng)受到破壞的水體和其他自然環(huán)境，運(yùn)用生態(tài)的手段進(jìn)行恢復(fù)和修復(fù)；三是低影響開(kāi)發(fā)。按照對(duì)城市生態(tài)環(huán)境影響最低的開(kāi)發(fā)建設(shè)理念，合理控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，在城市中保留足夠的生態(tài)用地，控制城市不透水面積比例，最大限度地減少對(duì)城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞[4]。

2 低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)

2.1 低影響開(kāi)發(fā)的含義

低影響開(kāi)發(fā)（Low Impact Development，LID）指在場(chǎng)地開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用源頭、分散式措施維持場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前的水文特征，也稱(chēng)為低影響設(shè)計(jì)。其核心是維持場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前后水文特征不變，包括徑流總量、峰值流量、峰現(xiàn)時(shí)間等[3]（圖1）。從水循環(huán)的角度，要維持水文特征不變，需通過(guò)滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)良性水循環(huán)，提高對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力。

圖1 低影響開(kāi)發(fā)水文原理示意圖

2.2 低影響開(kāi)發(fā)的雨水系統(tǒng)構(gòu)建

在完整的水循環(huán)過(guò)程中，水通過(guò)降雨、積存、滲透、蒸發(fā)等作用在雨水、地表水、地下水不同存在形式之間轉(zhuǎn)換（圖2）。低影響開(kāi)發(fā)的雨水系統(tǒng)要求采用與自然相近的雨水管理方法，盡可能不讓雨水外排，而是分散地蓄留和初步進(jìn)化，使整個(gè)規(guī)劃區(qū)像海綿一樣，將進(jìn)入的雨水儲(chǔ)存起來(lái)，再利用或緩慢下滲，把排水量零增長(zhǎng)的概念形象表達(dá)出來(lái)[5]。

圖2 雨水循環(huán)示意圖

從水循環(huán)的角度來(lái)看，低影響開(kāi)發(fā)的雨水系統(tǒng)構(gòu)建，應(yīng)從雨水滲透、調(diào)蓄、凈化、利用的過(guò)程來(lái)體現(xiàn)。在此過(guò)程中，綠地、河流、湖泊、濕地等生態(tài)斑塊對(duì)于滲透和調(diào)蓄、凈化起決定性作用。如何促進(jìn)雨水滲透、改善雨水調(diào)蓄、加強(qiáng)雨水凈化、循環(huán)雨水利用是低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的核心。

促進(jìn)雨水滲透的低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建即雨水收集系統(tǒng)構(gòu)建，包括下沉式綠地設(shè)計(jì)、透水地面設(shè)計(jì)、屋頂綠化設(shè)計(jì)等；改善雨水調(diào)蓄即雨水調(diào)蓄系統(tǒng)構(gòu)建，包括自然式、人工式蓄水池設(shè)計(jì)以及各蓄水池之間的聯(lián)系水道設(shè)計(jì)；加強(qiáng)雨水凈化即雨水凈化系統(tǒng)構(gòu)建，包括分層級(jí)的雨水花園設(shè)計(jì)、人工濕地設(shè)計(jì)等；雨水循環(huán)利用即雨水利用系統(tǒng)構(gòu)建，包括雨水智能?chē)姽嘞到y(tǒng)設(shè)計(jì)、景觀水體設(shè)計(jì)、雨水經(jīng)進(jìn)一步凈化補(bǔ)充生活用水等。

3 重慶南山雨水管理方法

3.1 重慶南山面臨的主要問(wèn)題

南山片區(qū)位于重慶主城區(qū)中心地帶，長(zhǎng)江與嘉陵江兩江交匯處，山上林木繁茂，文物古跡眾多，依山就勢(shì)的建筑形態(tài)與巴渝特色的村落系統(tǒng)形成獨(dú)特的山地景觀和人文景觀。南山風(fēng)景區(qū)平均海拔400余m，是重慶城區(qū)重要的生態(tài)涵養(yǎng)地、氧源基地。

3.1.1 水資源短缺

隨著近年來(lái)南山地區(qū)建設(shè)量逐漸增大，南山自然生態(tài)環(huán)境遭到一定的破壞，綠量減少，綠地與建設(shè)量呈現(xiàn)一種此消彼長(zhǎng)的關(guān)系（圖3）。南山地區(qū)因開(kāi)發(fā)建設(shè)速度加快，常住人口迅速增多，導(dǎo)致自來(lái)水供不應(yīng)求。整個(gè)南山地區(qū)只有一組供水管網(wǎng)，建于上世紀(jì)60年代，日供水量為1.3萬(wàn)t。尤其黃桷埡片區(qū)地勢(shì)較高，現(xiàn)有水廠供水能力有限，從2006年開(kāi)始，這一片區(qū)每年5-10月，都會(huì)出現(xiàn)一定程度的用水緊缺。每天自來(lái)水的實(shí)際需求量高達(dá)1.6萬(wàn)t，每天供水能力是1.2萬(wàn)t左右，涉及的人口約有1萬(wàn)人[6]。另外，南山風(fēng)景區(qū)內(nèi)的南山植物園為保證景區(qū)植被生長(zhǎng)，景觀用水需求量較大。

圖3 南山地區(qū)城市建設(shè)增長(zhǎng)示意圖

圖4 重慶市年降雨總量及月降雨量

3.1.2 暴雨引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害

南山片區(qū)地形陡峭，每年夏季汛期，重慶降水量最高可達(dá)1508mm[7]（圖4），暴雨頻發(fā)容易造成山洪、泥石流、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。在暴雨季節(jié)，南山出現(xiàn)多處泥石流與滑坡，兩條上南山的必經(jīng)道路被大量石塊封閉，致使所有車(chē)輛無(wú)法上下南山，市民只能步行上下山，整個(gè)南山成為一座“孤島”。

3.1.3 匯水設(shè)施不完善

南山現(xiàn)有部分當(dāng)?shù)鼐用褡越▍R水設(shè)施，但由于缺乏系統(tǒng)規(guī)劃且技術(shù)限制，對(duì)林地有所破壞，無(wú)法達(dá)到泄洪目的，且破壞了南山風(fēng)景區(qū)自然景觀。

3.1.4 小結(jié)

南山雨季暴雨洪澇災(zāi)害和旱季干旱缺水問(wèn)題并存 （圖5-圖6），在這同一片地區(qū)，如何有效利用雨水資源，將雨季大量的雨水滯留、儲(chǔ)存下來(lái)，凈化后用于解決旱季缺水問(wèn)題，同時(shí)防止暴雨季節(jié)大量由暴雨引起的泥石流等地質(zhì)災(zāi)害是南山雨水管理問(wèn)題的核心。

圖5 南山地區(qū)洪澇、干旱缺水問(wèn)題并存

圖6 南山地區(qū)洪澇、干旱災(zāi)害情況示意

3.2 低影響開(kāi)發(fā)雨水管理

3.2.1 雨水滲透

低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)要求最大限度地促進(jìn)雨水滲透。自然的土壤層類(lèi)似一個(gè)天然的海綿，暴雨來(lái)臨時(shí)，雨水能夠快速的滲透土壤，匯入地下水。植物生長(zhǎng)繁茂的土壤具有良好的涵養(yǎng)水分的能力，可減少水分蒸發(fā)。然而建造活動(dòng)使自然土壤層上方覆蓋一層密不透風(fēng)的混凝土，喪失了土壤層吸收雨水涵養(yǎng)水分的能力。短時(shí)間內(nèi)，暴雨形成的大量徑流造成泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。旱季，建設(shè)區(qū)內(nèi)蒸發(fā)量急劇加大，流域水循環(huán)平衡遭到破壞。借鑒海綿吸放水機(jī)制，在混凝土層增加孔隙，即根據(jù)需求在建設(shè)區(qū)適當(dāng)開(kāi)挖河湖溝渠，增加水域面積（圖7-圖8），作為雨水匯集、儲(chǔ)存并滲入地下的媒介，在雨季防治泥石流等災(zāi)害，旱季涵養(yǎng)水分，維持水循環(huán)的平衡。為增加系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，在各個(gè)孔隙即河湖之間，用溝渠聯(lián)系，可調(diào)節(jié)蓄水量。

圖7 “海綿”構(gòu)建示意

圖8 城市建設(shè)與山體、水域關(guān)系示意

3.2.2 雨水調(diào)蓄

低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)要求改善雨水調(diào)蓄功能。自然狀態(tài)下，暴雨時(shí)節(jié)，雨水沿著匯水線，有秩序地均勻從高處往低處匯集。人類(lèi)的建設(shè)干擾阻斷了自然匯水線，局部地區(qū)在暴雨時(shí)節(jié)帶來(lái)水量猛增，引發(fā)災(zāi)害。通過(guò)建立自然蓄水池、梯田池塘、雨水凈化池和生態(tài)水廊，改善南山雨水儲(chǔ)蓄和調(diào)節(jié)功能。南山現(xiàn)存部分自建但已經(jīng)廢棄的人工蓄水池，水池容量小，散點(diǎn)分布，人工化的池渠阻斷了水往地下滲透的可能。將現(xiàn)有的水池適當(dāng)增加面積，改造成自然蓄水池。結(jié)合地形自然形成的洼地以及現(xiàn)有的梯田，形成梯田池塘，增加流域蓄水面積。根據(jù)高程變化，分臺(tái)階逐級(jí)形成多級(jí)雨水凈化池，修復(fù)流域被建設(shè)阻斷的匯水線，構(gòu)建生態(tài)水廊，將暴雨時(shí)節(jié)的大量雨水引導(dǎo)入特定的蓄水池儲(chǔ)存、滲透，增加流域內(nèi)的雨水調(diào)蓄功能（圖9-圖10）。

3.2.3 雨水凈化

圖9 蓄水量對(duì)比示意

圖10 雨水調(diào)蓄系統(tǒng)示意

低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)要求加強(qiáng)雨水凈化。雨水流經(jīng)多級(jí)階梯狀自然蓄水池匯集，在重力作用下，水中的污染沉淀物自然沉積，雨水則經(jīng)初步凈化儲(chǔ)存在各層自然蓄水池中。自然界中，濕地是污水自我凈化的場(chǎng)所。當(dāng)污水匯入濕地，污水中的顆粒等雜質(zhì)可以被土壤、卵石等吸附，每一層級(jí)的自然蓄水池就相當(dāng)于一個(gè)人工濕地，完成第二步凈化。另外，在濕地中生長(zhǎng)的多種水生植物可以吸收各種有害的污染物，完成第三步進(jìn)化[8]。雨水流經(jīng)多級(jí)蓄水池，經(jīng)過(guò)重力沉積、自然吸附、植物吸收等人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行自然生態(tài)凈化處理，最終變?yōu)榭梢允褂玫膬羲?/p>

3.2.4 雨水利用

低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)要求促進(jìn)雨水循環(huán)利用。凈化后儲(chǔ)存于自然蓄水池、梯田池塘、雨水凈化池的雨水可以直接用于景觀水體補(bǔ)水、綠化灌溉、道路噴灑和管理用水。儲(chǔ)存的雨水經(jīng)過(guò)進(jìn)一步人工凈化、水質(zhì)監(jiān)測(cè)合格后可用作飲用水，解決南山民居用水的危機(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)暴雨洪澇災(zāi)害和干旱缺水并存的問(wèn)題，從雨水滲透、調(diào)蓄、凈化和利用四個(gè)方面采取措施改善雨水管理方法，可以有效地把暴雨短時(shí)間帶來(lái)的大量雨水儲(chǔ)存起來(lái)，用于解決干旱缺水問(wèn)題。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，面對(duì)越來(lái)越多的城市水問(wèn)題，未來(lái)的城市雨水管理應(yīng)充分考慮水循環(huán)過(guò)程，借鑒自然水循環(huán)的方式，實(shí)現(xiàn)雨水的可持續(xù)循環(huán)利用。

[1]王浩.中國(guó)水資源問(wèn)題及其科學(xué)應(yīng)對(duì) [R].[EB/OL].2011-09-21.http：//zt.cast.org.cn/n435777/n435799/n13215955/n13216711/13324916.html.

[2]俞孔堅(jiān)，李迪華，袁弘，等.“海綿城市”理論與實(shí)踐[J].城市規(guī)劃，2015，（06）：26-36.

[3]住建部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南[S].2014：6.

[4]仇保興.海綿城市(LID)的內(nèi)涵、途徑與展望[J].建設(shè)科技，2015（1）：11-18.

[5]董淑秋，韓志剛.基于“生態(tài)海綿城市”構(gòu)建的雨水利用規(guī)劃研究[J].城市發(fā)展研究，2011（12）：37-41.

[6]文峰.南山供水缺口大[N].重慶日?qǐng)?bào)，2009-09-10(7).

[7]蔣智，況明生.重慶地區(qū)近57年降水量變化特征及其影響分析[J].亞熱帶水土保持，2009（2）：9-13.

[8]曾忠忠.城市濕地的設(shè)計(jì)與分析——以波特蘭雨水花園與成都活水公園為例[J].城市環(huán)境設(shè)計(jì)，2008（1）：83-85.

注：圖1來(lái)源于《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，其余圖片均為作者自繪。