論海綿城市在市政工程設(shè)計中的應(yīng)用

王巖

（上海市政交通設(shè)計研究院有限公司，上海市 200030）

論海綿城市在市政工程設(shè)計中的應(yīng)用

王巖

（上海市政交通設(shè)計研究院有限公司，上海市 200030）

近年來，隨著水資源短缺、城市內(nèi)澇頻發(fā)和初雨污染等問題日益突出，雨水利用和排放技術(shù)工程得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，特別是海綿城市、低影響開發(fā)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。我國的室外排水設(shè)計規(guī)范也越來越多地關(guān)注雨水的排放和低影響開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用。在市政排水設(shè)計中應(yīng)用的LID技術(shù)融合了海綿城市與國內(nèi)外最新雨洪管理理念，實現(xiàn)了防治內(nèi)澇、水資源利用、減少城市面源污染、景觀美化的多重效益。

海綿城市；低影響開發(fā)；市政排水；雨洪管理；面源污染

0　引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，城市發(fā)展過程中面臨的雨水徑流污染、洪澇災(zāi)害、水資源匱乏等突出共性問題日益嚴(yán)重。城市內(nèi)澇防治以及雨洪控制利用已成為目前城市市政建設(shè)的熱點(diǎn)問題，當(dāng)點(diǎn)源污染被有效控制后，面源污染就成為影響城市水體水質(zhì)的主要原因之一。屋面、路面和綠地是城市主要的下墊面類型，當(dāng)暴雨產(chǎn)生時，下墊面（主要是屋面和路面）上大量污染物在雨水的沖刷下隨徑流一起進(jìn)入受納水體，對城市生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。另外隨著城市化進(jìn)程加快，城市不透水下墊面面積逐漸增大，這就使得降雨時的徑流量大大增加。加之隨著近年來罕見暴雨發(fā)生的頻率越來越高，我國城鎮(zhèn)開始通過提高市政排水系統(tǒng)設(shè)施的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)防洪澇災(zāi)害的發(fā)生。市政實施標(biāo)準(zhǔn)的提高，意味著需要加大市政實施的建設(shè)規(guī)模，這極大的增加了排水管道工程建設(shè)的造價及后期的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，不僅效果有限且不能消除下墊面初期降雨對城市受納水體的污染。盡管近年來，我國加大了對雨水利用的研究和應(yīng)用，但是現(xiàn)有的雨水利用設(shè)施多屬于末端控制，如調(diào)蓄池、人工濕地等等，這些也會加大市政排水設(shè)施的建設(shè)成本和后期維護(hù)成本，同時受場地等其他因素影響，實施的規(guī)模也有一定限制［1］。國內(nèi)外許多城市開始進(jìn)行新型雨洪管理理念的實踐，將雨洪蓄滲工程技術(shù)與城市綠地景觀相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計，構(gòu)建以自然積存、自然滲透、自然凈化為目標(biāo)的海綿城市，并取得了顯著地效果。但是我國的LID技術(shù)處于初步探索階段，并未受到充分的重視，沒有相應(yīng)專門的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及法規(guī)［2］。因此，為從源頭解決城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，國家提出了建設(shè)海綿城市的新構(gòu)想，提倡構(gòu)建低影響開發(fā)（Low Impact Development）雨水系統(tǒng)。

1　海綿城市概念

2014年11月，《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》（以下簡稱《指南》）發(fā)布試行，意在解決我國城鎮(zhèn)面臨的嚴(yán)峻雨水問題，保護(hù)和改善城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。《指南》的發(fā)布引起了行業(yè)內(nèi)的巨大反響。然而，現(xiàn)代雨洪管理不同于傳統(tǒng)給排水系統(tǒng)，且當(dāng)前各級的執(zhí)行壓力大、時間緊，如何全面理解海綿城市的真正內(nèi)涵，并運(yùn)用到實際工程建設(shè)中，是規(guī)劃設(shè)計人員、城市建設(shè)者、管理者等共同的困惑，這也直接影響了海綿城市的建設(shè)成果。

建設(shè)海綿城市，即構(gòu)建低影響開發(fā)的雨洪管理系統(tǒng)，主要指通過“滲、滯、蓄、凈、排”等多種技術(shù)途徑實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放，恢復(fù)城市的“海綿”功能。低影響開發(fā)體系包含結(jié)構(gòu)性措施和非結(jié)構(gòu)性措施兩種策略，結(jié)構(gòu)性措施主要包括：建設(shè)生物滯留池或雨水花園、植被過濾帶、植被淺溝、洼地、綠色屋頂、種植器、透水鋪裝、蓄水池、滲透溝、干井等；非結(jié)構(gòu)性措施，包括建筑和道路的合理布局、增加植被面積和可透水路面的面積等。相對于傳統(tǒng)的雨洪管理措施（管道、塘濕地），低影響開發(fā)技術(shù)具有適用性強(qiáng)、造價與維護(hù)費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)簡單、多功能景觀等優(yōu)點(diǎn)，并且可以減少集中式設(shè)施的使用，已經(jīng)被美國、加拿大、日本等一些國家應(yīng)用于城市基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計與建設(shè)領(lǐng)域［3］。

低影響開發(fā)技術(shù)在使用過程中需要環(huán)境、市政與園林綠化部門相互配合。景觀綠化工程建設(shè)中應(yīng)充分考慮園林綠地對雨洪調(diào)蓄的作用，在滿足綠化和美觀要求的同時應(yīng)盡量改善一定區(qū)域的水文和徑流狀況，市政設(shè)施的改建擴(kuò)建項目也應(yīng)首先考慮是否能通過低影響開發(fā)技術(shù)提高排水系統(tǒng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行能力。低影響開發(fā)技術(shù)相比于終端處理技術(shù)是一種較新的理念與方法，它能削減地表徑流總量、洪峰量和提高水質(zhì)，補(bǔ)充地下水，緩解城市管道和污水處理廠的壓力。它充分體現(xiàn)了綠色建筑的生態(tài)性、可持續(xù)性、低能耗和低投資等理念，合理利用低影響開發(fā)技術(shù)能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)境效益的整體優(yōu)化［4］。

2　傳統(tǒng)市政道路面臨的問題

近年來，我國城市排水管網(wǎng)有了一定的基礎(chǔ)，但是當(dāng)遇到超過排水設(shè)施設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的降雨時，城市排水問題便顯現(xiàn)出來。城市道路雨水徑流量大，水質(zhì)差，是城市面源污染的主要來源之一。傳統(tǒng)城市建設(shè)模式主要依靠管渠、泵站等“灰色”設(shè)施來組織排放徑流雨水，以快速排除和末端集中控制為主要設(shè)計理念，這使得市政雨水管網(wǎng)及收納水體、排澇設(shè)施壓力劇增，初期降雨產(chǎn)生的大量污染物也隨徑流雨水流入受納水體影響水環(huán)境質(zhì)量，而且大量外排雨水也是對水資源的一種嚴(yán)重浪費(fèi)。

市政道路斷面形式主要有單幅路、雙幅路、三幅路和四幅路。本文以四幅路為例進(jìn)行討論。四幅路是由三條綠化帶將車行道分隔成四個部分，中間為單向機(jī)動車道，機(jī)動車道兩側(cè)為單向非機(jī)動車道（見圖1）。

圖1　傳統(tǒng)市政道路橫斷面

中央綠化帶及兩側(cè)綠化帶高程均高于道路路面，綠化帶兩側(cè)設(shè)置高出路邊緣10～20 cm的路緣石，其作用是將機(jī)動車與非機(jī)動車及行人分隔開來，以保證道路具有較高的通行能力。同時也起到疏導(dǎo)雨水沿縱斷方向流入雨水口，防止雨水進(jìn)入綠化帶而影響路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。傳統(tǒng)市政道路的綠化帶只能接收自身面積內(nèi)的雨水徑流，路面雨水徑流需經(jīng)過雨水口全部流入雨水管道進(jìn)行排除。這種方式是以雨水的盡快排除為基本理念，導(dǎo)致路緣石處必然產(chǎn)生積水，易發(fā)生洪澇災(zāi)害，且污染較重路面初期降雨排入河道后污染城市水體，同時，道路綠化帶需要經(jīng)常性進(jìn)行灌溉，對道路雨水資源沒有進(jìn)行有效的利用，大量雨水白白流走。

3　低影響開發(fā)市政建設(shè)模式

低影響開發(fā)對不透水地面及源頭雨洪控制設(shè)施的要求來源于水文中性（hydrological neutrality）這個概念。所謂水文中性，是指同一地區(qū)開發(fā)前后其水文特性盡量保持不變。除峰值流量保持不變外，其徑流總量亦應(yīng)保持不變。這就要求除采取調(diào)蓄措施來削減增加的峰值流量外，還要采用雨水回用或滯留系統(tǒng)來控制徑流總量的增加。只有同時控制峰值流量及徑流總量，才能盡量減少由于不透水地面的增加對環(huán)境的不利影響。

在滿足道路交通通行安全等基本功能的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分利用道路自身空間及周邊綠化空間推行下凹式綠地、透水路面、LID樹池等低影響開發(fā)措施，以削減徑流水量、改善徑流水質(zhì)。低影響開發(fā)市政道路模式充分利用了道路綠化帶在收集、儲存、入滲、凈化雨水徑流方面的功能，將道路綠化帶設(shè)計成植生滯留槽形式，路面雨水徑流通過孔口道牙自流入綠化帶經(jīng)過儲存、入滲、凈化后排放［5］。道路斷面形式見圖2。

圖2　低影響開發(fā)市政道路橫斷面

綠化帶高程低于道路路面高程約10～20 cm，雨水口置于綠化帶內(nèi)，其高程高于綠化帶且低于路面（見圖3）。路面雨水流入綠化帶后，首先下凹式綠地對雨水進(jìn)行儲存和入滲，同時又有一定的凈化作用，而超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的降水將通過溢流的方式直接進(jìn)入雨水口，經(jīng)雨水管渠進(jìn)行排放。雨水管道可以采用穿孔管道設(shè)計，雨水在流行過程中可以繼續(xù)進(jìn)行入滲（見圖4）。道路人行道采用透水鋪裝地面，盡可能多的減少雨水徑流。行道樹可采用LID樹池形式，見圖5。

圖3　孔口道牙及雨水口

圖5　LID樹池

傳統(tǒng)市政道路排水模式與低影響開發(fā)道路排水模式的對比見表1。

4　結(jié)語

低影響開發(fā)模式市政道路建設(shè)將以雨水盡快排除為目的的傳統(tǒng)市政設(shè)計，轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皾B、滯、蓄、凈、排”為設(shè)計理念的新型市政設(shè)計，對減少城市洪澇災(zāi)害、控制城市面源污染、改善城市水體等具有重要意義。

但是海綿城市建設(shè)是一項極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，低影響開發(fā)模式市政道路建設(shè)只是海綿城市建設(shè)的一部分，只有綜合考慮這些問題涉及的各個方面及相互影響和制約關(guān)系，特別是需要建立、完善相應(yīng)的法律法規(guī)，基于一個城市的海綿城市戰(zhàn)略和規(guī)劃，全面推行低影響開發(fā)、綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施及必要、合理的灰色基礎(chǔ)設(shè)施，才能從根本上解決城市內(nèi)澇、徑流污染、雨水資源利用、水環(huán)境生態(tài)等重大問題，保護(hù)和恢復(fù)城市的良性水文循環(huán)。

表1　傳統(tǒng)市政道路排水模式與低影響開發(fā)模式的

［1］車伍，馬震，王思思，等.中國城市規(guī)劃體系中的雨洪控制利用專項規(guī)劃［J］.中國給水排水，2013，29（2）:8-12.

［2］Ignacio F.Bunster-Ossa.Sponge City［M］.S.T.A.Pickett，M.L.Cadenasso，Brian McGrath.Resilience in Ecology and Urban Design:Linking Theory andPractice forSustainable Cities.NewYork:Springer，2013，301-306.

［3］Michelle E.Newcomer，Jason J.Gurdak，Leonard S.Sklar，etc.Urban recharge beneath low impact development and effects of climate variability and change［J］.Water Resources Research0043-1397，2014，50（2）:1716-1734.

［4］徐振強(qiáng).我國海綿城市試點(diǎn)示范申報策略研究與能力建設(shè)建議［J］.建設(shè)科技術(shù)，2015（3）:58-63.

［5］胡愛兵，張書函，陳建剛.生物滯留池改善城市雨水徑流水質(zhì)的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境污染與防治，2011，33（1）:74-77.

TU992

B

1009-7716（2016）01-0100-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.028

2015-09-30

王巖（1987-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，從事給排水設(shè)計工作。