有助于城市防洪的新型儲蓄回用樹池的研究

徐冉云

（浙江工業(yè)大學環(huán)境學院，浙江 杭州 310014）

有助于城市防洪的新型儲蓄回用樹池的研究

徐冉云

（浙江工業(yè)大學環(huán)境學院，浙江 杭州 310014）

針對浙江省內澇問題，分析了內澇的成因與危害，提出利用樹池排雨減緩內澇的措施。針對傳統(tǒng)樹池土壤易板結、雨水滲透性差、滲濾樹池調蓄力弱等缺陷，提出一種新型可儲存雨水且無能耗灌溉回用的城市防洪儲蓄回用樹池。該樹池儲蓄的雨水在短期干旱時，可滲透到泥土中，還具備反沖洗初期棄流裝置，減輕了人工清理的負擔。

城市防洪；樹池；蓄水

隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，城市擴張迅速，人口增長快，隨之而來的水環(huán)境問題日益突出。旱季缺水，雨季漫溢，“城市看?！笔录l發(fā)，城市面源污染和洪澇災害嚴重。近幾年來，全球變暖影響熱帶氣旋活動，浙江省內澇災害受災、成災面積都呈明顯的上升趨勢。城市大街小巷的行道樹樹池，就是一種可以提高道路表面排水設施綜合排水能力的構筑物。改進道路旁綠化帶內的樹池，通過土壤滲濾過濾，利用樹池將徑流集聚的雨水凈化，同時發(fā)揮其積蓄調節(jié)能力，成為解決降雨引發(fā)的污染及內澇問題的一種有效途徑。

1 城市道路現(xiàn)狀與內澇的成因分析[1]

1.1 城市盲目擴張,水面率下降

近幾年來，浙江有些城市快速擴張，原有水系被嚴重破壞，自然蓄水調洪和錯峰功能的水庫、湖泊和低洼地帶等被人為填筑破壞，城市內澇災害頻發(fā)，甚至出現(xiàn)余姚整個城市受淹的嚴重內澇。

1.2 城市地面硬化率較大

目前，大規(guī)模的建造活動都采用瀝青和水泥等面積巨大的不透水面，這種城市規(guī)劃格局和土地利用形態(tài)的變化對流域的水文過程帶來了非常不利的影響。數(shù)量龐大無法下滲的雨水增量打破了自然狀態(tài)下原有的水平衡，由此產(chǎn)生的地表徑流導致形成洪峰的時間提前、洪峰流量加大，甚至在時長與強度均較小的降雨中也會如此[2]。

1.3 城市排水管網(wǎng)和道路設置存在缺陷

當前城市道路的雨水排放，普遍采用“偏溝—雨水口—連接管—市政管線”的傳統(tǒng)型排水方式，道路排水的設計，僅僅以迅速排水為目的，這種設計思路已經(jīng)不再適合城市健康發(fā)展的要求。降暴雨時，道路徑流量激增，大量道路表面污染物沒有經(jīng)過任何攔截措施，直接隨著道路徑流沖刷到市政管網(wǎng)，帶進雨水口，加劇了市政管網(wǎng)排水的壓力和處理負擔，對水環(huán)境造成極大危害。

2 內澇的危害

內澇污染城市水環(huán)境，增大排水壓力。在降雨過程中，雨水流經(jīng)城市的下墊面，在空氣污染和面源污染等多種因素影響下，大規(guī)模來自于地表、城市污水及排水管道積沉的污染物被初期雨水攜帶，形成隨機性強、地域范圍大、成因復雜的典型非點源污染。同時，因雨水裝置和蓄水體積、滲透系數(shù)等限制，匯水面上的大量雨水直接向外排出，增大了雨水管網(wǎng)的壓力，導致降雨間隔時期裝置補水量的浪費[3-5]。

3 內澇的防治對策

《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》明確要求：推進海綿城市建設，預計到2020年，部分土地能將70%的降雨就地消納和利用，其面積達到城市建成區(qū)面積的20%以上。

防治內澇急需轉變城市規(guī)劃建設理念，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，加強海綿型道路與海綿型公園、廣場以及綠地、雨水調蓄與排水防澇等設施建設，恢復和保護城市生態(tài)。采用多種形式的雨水滲透和調蓄措施，盡量減少雨水徑流產(chǎn)生量，同時，通過延緩雨水出流時間，起到錯峰排水效果，從而有效防治內澇。

利用樹池將徑流集聚的雨水凈化，同時發(fā)揮其積蓄調節(jié)能力，成為解決降雨引發(fā)的污染及內澇問題的一種有效途徑。

3.1 不同樹池的結構與應用

3.1.1 傳統(tǒng)樹池[6]

傳統(tǒng)樹池是構成城鎮(zhèn)和街道景觀的重要環(huán)節(jié)，設計人行道或者分隔帶上的樹池時，大多只考慮其綠化作用，有下沉式、平地式、高臺式3類，結構較為簡單（見圖1）。

圖1 傳統(tǒng)樹池結構形式圖

由于傳統(tǒng)樹池表面大多以裸露的泥土形式存在，樹池土壤容易板結，導致土壤孔隙率下降，不利于雨水的調蓄和下滲。

3.1.2 滲濾樹池[7]

滲濾樹池一般由種植土層、砂濾層、排水系統(tǒng)以及灌喬木組成，雨水流入滲濾樹池的集水口，通過土壤內含的微生物降解、沉淀和吸附重金屬及有機污染物，達到過濾效果。過濾后的雨水收集到底部后排出，雨量大時，來不及蓄滲的雨水可經(jīng)溢流管直接匯入雨水排水系統(tǒng)。除道路綠化外，滲濾樹池還具有雨水凈化功能，短期暴雨時，可增加雨水的滲入量，減輕市政排水管道負荷。

滲濾樹池所需占地面積比雨水花園、植被淺溝、下凹綠地等小，影響開發(fā)措施所需的面積小，布置靈活，適合于廣場公園、停車場、城市人行步道和道路分隔帶等用地比較緊張的場地建設。滲濾樹池可在已有的傳統(tǒng)樹池基礎上改造[8]，不用另外鋪設雨水管線或者排水管徑，就可以實現(xiàn)就地消納雨水徑流、資源化利用雨水，無需另外規(guī)劃用地，所以，適合應用于我國“海綿城市”建設中。

3.1.3 新型儲蓄回用樹池的設計

目前，樹池的雨水儲存裝置能夠解決徑流外排量大的問題，但不能在無能耗的條件下將儲存雨水灌溉回用；目前已經(jīng)應用的初期棄流裝置，雖然能控制初期徑流也能處理初期雨水，但無法清洗初期棄流裝置。

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，設計出了一種凈化存儲雨水的樹池，既能在不外加能量的條件下將儲存雨水灌溉回用，又能清洗初期棄流裝置（見圖2）。地下池體分隔為卵石區(qū)（1）、儲水區(qū)（2）和植物生長區(qū)（3）；卵石區(qū)內由下至上填滿卵石，卵石區(qū)底部設有連通儲水區(qū)的卵石區(qū)出水口（11），儲水區(qū)頂部設有與地面齊平的頂蓋（21），儲水區(qū)的頂蓋下方靠植物生長區(qū)一邊留有溢流口（22），溢流口連通植物生長區(qū)的頂部，植物生長區(qū)由下至上設有填料層（35）、細砂層（34）和改良土壤層（33），植物種植在改良土壤層上，在填料層底部開設有出水口。

圖2 新型儲蓄回用樹池示意圖

降雨時，匯水面積上的徑流雨水先進入卵石區(qū)，經(jīng)凈化處理后由卵石區(qū)底部進入儲水區(qū)，待水面上升后，儲水區(qū)的雨水溢流進入植物生長區(qū)，經(jīng)卵石消能及植物、改良土壤層、細砂層、填料層截留過濾后，多余的雨水通過植物生長區(qū)的出水口流出，直接排放或進行后續(xù)處理。

降雨間隔期，儲水區(qū)的水位下降至溢流口下部，雨水經(jīng)慢滲透性墻體進入植物生長區(qū)，減少了人工澆灑用水，節(jié)約灌溉用水，又降低了綠化工人的工作量，且不需外加能源。反沖洗時，利用儲水區(qū)的上部溢流口作為進水口，卵石區(qū)的上部進水區(qū)作為出水口，清除了卵石區(qū)和儲水區(qū)底部殘留的大顆粒污染物。

新型儲蓄回用樹池可以利用儲存雨水無能耗地灌溉回用，在短期干旱時，可經(jīng)滲透回到泥土中，實現(xiàn)生態(tài)動態(tài)調節(jié)平衡的作用，還能反沖洗初期棄流裝置，大大減少清理樹池所需的人、財、物耗費。

3.2 不同樹池對內澇的防治效果對比

不同樹池對內澇的防治效果對比見表1。

表1 不同樹池對內澇的防治效果對比表

4 改進型儲蓄回用樹池的推廣應用前景

杭州市年降雨日130 ～ 160 d，年平均降雨1 420 mm，降雨量不均勻，主要集中在5 — 8月[10]，地屬平原，河網(wǎng)眾多，但是河道水系高差小，部分河道流向多變且水流流速緩慢，環(huán)境容量較小，雨水在排入環(huán)境過程中流程大多較短，自凈能力差。

杭州市種植行道樹5萬多株[11]。如果將改進型樹池推廣使用到各主支干道中，以單位樹池占地1.00 m2計，將有4.11萬m2可就地消納雨水的土地，將極大地減少城市土地硬化率。在發(fā)揮樹池調節(jié)儲蓄雨水作用的基礎上，結合行道樹吸收水分、調節(jié)濕度的功能，可實現(xiàn)雨水過濾及資源化利用，大大提高道路對雨水的調蓄能力，減輕排水管網(wǎng)處理壓力，減緩內澇危害，保護生態(tài)環(huán)境。

5 結 語

隨著海綿城市理念的推行和浙江“五水共治”的實施，對雨水徑流的源頭處理必然成為減緩內澇的重要舉措。樹池占地面積小，適應性靈活，可在原有傳統(tǒng)綠化基礎上進行改造，分散設置，因此樹池不論在我國舊城還是新區(qū)的開發(fā)建設中，都具有很大的應用前景。恰當?shù)男械罉錁涑卦O置有助于提升城市形象，但不當?shù)臉涑靥幚頃斐芍参锷L不良，反而不利于城市的管理。因此，在樹池的實際運用過程中，還需考慮樹池材料的透氣滲水性能、土壤空隙及水分含量等因素對植被生長的影響[12]。相信通過更深入的研究和設計，改進型樹池終將應用于實際道路中，實現(xiàn)雨水流量與水質控制，減緩城市內澇問題，提升居民生活品質。

[1] 葉斌，盛代，林門小瑜.城市內澇的成因及其對策[J].水利經(jīng)濟，2010(7)：62 - 65.

[2] 張一平.城市化與城市水環(huán)境[J].城市環(huán)境與城市生態(tài), 1998，11(2)：20 - 22.

[3] 相展，盧劍波，李偉東.杭州市雨水徑流污染控制及利用對策[J]．環(huán)境科學導刊，2016，35(增)：90 - 94.

[4] Kayhanian M，Singh A，Suverkropp C，et al．Impact of annual average daily traff i con highwayrunoff pollutant concentration[J]．Journal of environmental engineering，2003，129 (11)：975 - 990．

[5]王寶山．城市雨水徑流污染物輸移規(guī)律研究[D]．西安：西安建筑科技大學，2011.

[6] 顏雙桑.樹池在現(xiàn)代景觀中的設計研究[D].湖南：中南林業(yè)科技大學，2014.

[7]王淇.雨水口與滲濾樹池的優(yōu)化設計及聯(lián)合應用研究[D].北京：北京建筑大學，2013.

[8] 向璐璐.雨水生物滯留技術設計方法與應用研究[D].北京：北京建筑工程學院，2009：6 - 10.

[9]任雪麗.簡議海綿城市建設的排水措施與生態(tài)樹池對路面排水影響[J].建設與發(fā)展，2016(10)：1647.

[10]陸小明，陸寶宏，鄧山.近63年杭州市降水特征分析及趨勢預測[J].水利發(fā)電，2015，4(11)：17 - 20.

[11] 郭春梅.杭州市行道樹應用現(xiàn)狀分析及建議[J].科技信息，2010(35)：406 - 407.

[12] 徐興根.城市園林綠地中的雨洪控制利用研究[D].杭州：浙江農(nóng)林大學，2013.

（責任編輯 郎忘憂）

TU99

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1008 - 701X(2017)05 - 0017 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.05.005

2017-03-16

徐冉云(1995 - )，女，浙江工業(yè)大學環(huán)境學院2014級環(huán)境工程專業(yè)在讀本科生。E - mail：xvranyun2014@126.com