基于海綿城市設計的老城區(qū)面源污染控制體系

莊 景，劉敏娜，黃 超

(1.中國新型建材設計研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020)

基于海綿城市設計的老城區(qū)面源污染控制體系

莊 景1，劉敏娜1，黃 超2

(1.中國新型建材設計研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020)

在點源污染得到控制后，降雨徑流產(chǎn)生的面源污染將成為城市污染的主要來源，其中以老城區(qū)的面源污染問題尤為突出。為了解決老城區(qū)的面源污染問題，基于海綿城市，建立尊重自然、順應自然的低影響開發(fā)模式理念，以小區(qū)與建筑、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系4大區(qū)域為載體，以城市綠地與廣場為核心，構(gòu)建城市老城區(qū)面源污染控制體系。指出城市面源污染控制中存在的問題，并建議在未來城市面源污染控制研究中，要加強對后期管理與公眾參與方面的研究。

海綿城市； 低影響開發(fā)； 城市面源污染； 城市老城區(qū)

隨著城市規(guī)模的擴大，以及城市化進程的加快，城市不透水地面面積迅速增長。在點源污染得到控制以后，以降雨徑流為主的面源污染將成為城市水體污染的主要來源[1]。近年來，國外各種面源污染控制的設計理念相繼引入我國，例如暴雨最佳管理措施(best management practice，BMP)、低沖擊開發(fā)模式(low impact development，LID)、可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(sustainable urban drainage，SUDS)，以及水敏性城市設計(water sensitive urban design and development，WSUD)等[2-3]。我國為了有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負荷、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，在借鑒了國際上低影響開發(fā)建設模式成功經(jīng)驗的基礎上，根據(jù)國內(nèi)相關政策法規(guī)的要求和低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的工程經(jīng)驗，在國內(nèi)推廣進行海綿城市的建設。結(jié)合這些先進的理念，國內(nèi)研究者對城市面源的污染特征[4-6]、影響因素[7-8]、控制措施技術與思路[3,9-10]等進行了諸多的研究，同時在部分地區(qū)進行了應用[11-15]，取得了一定的成果。但是這些研究和推廣主要集中在新城區(qū)建設以及大規(guī)模舊城區(qū)改造建設中，對于不能進行大規(guī)模改造的城市老城區(qū)，僅有部分學者進行了研究，如段丙政[16]針對重慶老城區(qū)各種下墊面的面源污染及街塵清掃措施進行了研究，儲金宇等[17]對鎮(zhèn)江老城區(qū)降雨地表徑流污染特征進行分析，張顯忠等[18]對老城區(qū)初期雨水污染現(xiàn)狀與調(diào)蓄策略進行了研究；但這些研究未能從區(qū)域整體尺度上提出控制面源的方法。城市老城區(qū)土地利用價值高，人群相對密集，人類活動較為頻繁，對區(qū)域進行大規(guī)模的改造十分困難，可用于改造的空間較少，排水設施老舊，其面源污染問題更為突出。為了在老舊城區(qū)無法進行徹底改造的近期有效地控制老城區(qū)的面源污染，特結(jié)合海綿城市設計理念，構(gòu)建了基于海綿城市設計的老城區(qū)面源污染控制體系，旨在為城市老城區(qū)面源污染的控制提供科學參考與依據(jù)。

1 海綿城市介紹

1.1 海綿城市的概念

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，保護生態(tài)環(huán)境[19]。

1.2 海綿城市理論內(nèi)涵

海綿城市建設又稱為低影響設計或低影響開發(fā)(low impact design or development)，其內(nèi)涵是建立尊重自然、順應自然的低影響開發(fā)模式，系統(tǒng)地解決城市水安全、水資源、水環(huán)境問題，具有自然積存、自然滲透、自然凈化3大功能[19-20](圖1)。

1.3 海綿城市的構(gòu)建

海綿城市的構(gòu)建從生態(tài)系統(tǒng)服務出發(fā)，結(jié)合多類具體技術，跨尺度構(gòu)建水生態(tài)基礎設施(圖2)，其基礎與核心就是低影響開發(fā)技術的應用[21]。該技術須具有源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄其中一種或多種功能，能提高城市對徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，維持或恢復城市的“海綿”功能。

圖1 海綿城市3大自然功能

圖2 海綿城市的構(gòu)建

2 老城區(qū)的面源污染控制措施

2.1 老城區(qū)面源污染特征

城市面源污染的污染類型及負荷與降雨強度、降雨量、降雨歷時、城市土地利用類型、大氣污染狀況、地表清掃狀況等有關[8,22]。老城區(qū)相對于其他城市區(qū)域，其面源污染具有如下特征：一方面，中心城區(qū)人類活動頻繁，人口密度高，污染負荷高，亟須面源污染控制[23]；另一方面，老城區(qū)一般土地價值與利用率高，土地資源緊張，面源污染控制措施能利用的空間小，可選擇的技術措施少，面源污染控制制約因素多。

2.2 老城區(qū)的面源污染控制體系

根據(jù)土地利用類型將老城區(qū)劃分為建筑與小區(qū)、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系4類區(qū)域，將在其各自區(qū)域產(chǎn)生的徑流通過有組織地匯流與轉(zhuǎn)輸，經(jīng)截污等預處理后引入具有雨水滲透、儲存、調(diào)節(jié)等功能的低影響開發(fā)設施，通過對滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類低影響開發(fā)技術的組合應用，實現(xiàn)對面源污染的水量、水質(zhì)控制以及雨水資源化利用等目標。四類區(qū)域面源污染控制措施以城市綠地與廣場區(qū)域的面源污染控制措施為核心，既相互獨立又相互聯(lián)系，共同組成老城區(qū)面源污染控制體系：建筑與小區(qū)、城市道路、城市水系面源污染控制應因地制宜，以易于小規(guī)模改造的低影響開發(fā)設施為主；對于城市綠地與廣場，其管理口徑統(tǒng)一，空間體積大，滯蓄空間和凈化能力可提高的空間大，進行大規(guī)模改造，可作為面源污染控制體系的核心，接納周邊其他區(qū)域因條件所限無法設置低影響開發(fā)設施或者超過其滯蓄空間外的徑流，通過和綠地與廣場區(qū)域的聯(lián)通，借助其強大的滯蓄空間和凈化能力，從整個區(qū)域的層面來實現(xiàn)面源污染的全過程控制，解決老城區(qū)內(nèi)某些區(qū)域因條件有限無法進行面源污染的“源頭—轉(zhuǎn)輸—末端”全過程控制的問題。

城市老城區(qū)面源污染控制體系如圖3所示，各類用地面源污染控制宜采用的低影響開發(fā)設施見表1。

圖3 城市老城區(qū)面源污染控制的體系

用地類型單項設施建筑與小區(qū)透水鋪裝★、綠色屋頂★、下沉式綠地、生物滯留設施★、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、調(diào)節(jié)塘、植草溝、滲管/渠、初期雨水棄流設施城市道路透水鋪裝★、下沉式綠地★、生物滯留設施、雨水濕地、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶綠地與廣場透水鋪裝★、下沉式綠地★、生物滯留設施★、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地★、調(diào)節(jié)池、植草溝★、滲管/渠、植被緩沖帶城市水系植被緩沖帶★、濕塘、雨水濕地

注：★標表示宜選用。

2.2.1 建筑與小區(qū)

建筑小區(qū)面源污染可分為屋面和室外道路兩類，相應的面源污染控制措施以綠色屋頂、透水鋪裝為主，實行分散和集中相結(jié)合的方式控制面源污染。此外，對于老城區(qū)中具有公共場所的小區(qū)，應結(jié)合小區(qū)地形、地貌和雨水特點，在場地內(nèi)設置集中式雨水設施和末端處理設施，主要以雨水滯留設施為主，如生物滯留設施、下凹式綠地、雨水花園等[24]。收集雨水處理后可作為雜用水用于綠化、澆灑道路、洗車等用途，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益[25-26]，還能起到降低城市熱島效應、冬季保溫、夏季降溫等作用[13]。

熊赟等[14]在對比了不同強度降雨下小區(qū)的污染負荷后發(fā)現(xiàn)，由于低影響開發(fā)設施滯蓄空間有限，暴雨時期低影響開發(fā)小區(qū)對SS和COD負荷總量的削減率下降快速。因此，對于暴雨時期超過低影響開發(fā)設施滯蓄空間的徑流，需通過雨水管渠輸送至附近城市綠地與廣場，充分利用城市綠地與廣場的滯蓄空間和凈化能力，防止該部分的面源污染進入環(huán)境中。

2.2.2 城市道路

李春榮等[27]、歐陽威等[28]對城市中最為常見的屋面、路面和綠地3類下墊面下產(chǎn)生的降雨徑流水質(zhì)的研究結(jié)果表明，路面徑流產(chǎn)生的污染負荷高于硬質(zhì)屋面與綠地。在城市區(qū)域，交通道路面積廣、負荷重，道路暴雨徑流污染更為突出[29]，是一類非常重要的面源污染。

在滿足道路交通通行安全等基本功能的基礎上，充分利用道路自身空間及周邊綠化空間，在綠化帶下設置蓄水、滯水、凈化的措施，推行透水路面、下沉式綠地、LID樹池、雨水花園等低影響開發(fā)措施[30-31]，并將滯蓄空間外的徑流轉(zhuǎn)輸至附近的城市綠地與廣場進行儲存和凈化，解決暴雨時期超過低影響開發(fā)設施滯蓄空間的徑流污染問題。

2.2.3 城市綠地、廣場

在城市老城區(qū)各類用地類型中，公園和廣場綠地的單位蓄水能力相對于小區(qū)和道路的綠地要強，是海綿城市建設中最主要的海綿體[32]，亦是整個面源污染控制的核心，具備消納自身及周邊區(qū)域徑流雨水的功能。

老城區(qū)綠地與廣場由于建設年代相對久遠，采用的傳統(tǒng)“雨水快排”的設計理念，群落更新速度較慢、游憩密度過高等原因，導致其植物群落和土壤的雨水滯蓄空間少，凈化能力較低，限制了其對面源污染的控制能力。于冰沁等[13]通過對上海共康綠地優(yōu)化改造示范項目的實踐研究發(fā)現(xiàn)，城市綠地通過低影響開發(fā)技術實施應用后，植物群落冠層截留能力、土壤蓄水容量空間、顆粒物削減率都有大幅度提升，調(diào)整后綠地群落雨水蓄積調(diào)控能力、群落滯塵能力、降溫增濕效應、負離子效應及固碳效應等約提高了2倍，其景觀效果也有所提升。城市綠地與廣場低影響開發(fā)設施可通過喬灌草的立體搭配，自上而下逐級進行雨水植物截留，利用透水鋪裝、生態(tài)溝等形式進行徑流過濾與自然促滲，配套采用雨水花園、下沉式廣場對徑流進行收集利用與調(diào)蓄[33]，實現(xiàn)海綿城市的自然積存、自然滲透、自然凈化3大功能。

2.2.4 城市水系

城市水系是城市規(guī)劃內(nèi)各種水體構(gòu)成脈絡相同系統(tǒng)的總稱[34]，包含河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等城市自然水體，是城市的天然雨水儲存凈化場所[35]。老城區(qū)內(nèi)最主要的城市水系是河道，其兩岸通常為垂直的硬質(zhì)駁岸。在有條件的河段，恢復自然河岸，建設河濱植被緩沖帶、雨水滯留塘以及河濱濕地等影響較低的開發(fā)系統(tǒng)[35]。緩沖帶與河濱濕地的尺寸與植物篩選和配置決定了河道面源污染控制的有效性，其尺寸受場地空間所限；而植物篩選和配置涉及當?shù)氐臍夂驐l件、立地條件、水位條件、河道的功能定位等方面，其重要性不容忽視[36-37]。對于無法恢復自然河岸建設河岸緩沖帶的河段，采用具有可滲透性的生態(tài)駁岸替代原有不透水的硬質(zhì)駁岸，例如網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)護岸、格賓和雷諾護墊護岸、植被型生態(tài)混凝土護坡、自嵌植被式的擋土墻、多孔質(zhì)護岸等生態(tài)駁岸[38]，提高河道的滲透性。

3 城市面源污染控制存在的問題

3.1 重“前”輕“后”

現(xiàn)階段國內(nèi)對前期面源污染特征和控制技術的研究較多，而對后期的運行管理研究鮮見報道。而在面源污染控制實際應用過程中，大量面源污染控制措施由于管理不當，無法發(fā)揮其應有的作用，例如杭州市的某些綠色屋頂[38]、浙江喬司植物園雨水花園[39]等。

3.2 重“技”輕“眾”

在面源污染控制的設計與應用過程中，由于公眾參與方面的缺失，導致很多面源控制措施在設計、實施過程中無法得到公眾的認同，以致項目后期被擱置甚至是撤銷[40]，這也是導致面源污染控制措施無法大面積推廣，面源污染一直無法得到有效控制的原因之一。因此，本研究認為面源污染控制未來的研究方向，不僅要對原理及控制技術作進一步研究，更要重視后期運行管理以及公眾參與方面的研究。

4 小結(jié)

采用海綿城市設計的理念，以小區(qū)與建筑、城市道路、城市綠地與廣場、城市水系4大區(qū)域為載體，以城市綠地與廣場為核心，構(gòu)建城市老城區(qū)污染控制體系，以期提高和充分利用老城區(qū)內(nèi)城市綠地與廣場的滯蓄空間和凈化能力，填補其他區(qū)域滯蓄空間和凈化能力的不足，旨在為城市老城區(qū)的面源污染控制提供方法和建議。同時，建議在未來面源污染控制研究中，加強對后期管理與公眾參與方面的研究。

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(責任編輯：高 峻)

2016-10-05

莊 景(1985—)，女，土家族，湖南桑植人，工程師，碩士，主要研究方向為水環(huán)境治理，E-mail:zhuangjing_sz@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170235

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A

0528-9017(2017)02-0298-05

文獻著錄格式：莊景，劉敏娜，黃超. 基于海綿城市設計的老城區(qū)面源污染控制體系[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(2)：298-302.