美麗村莊規(guī)劃中雨水集蓄利用與低影響設(shè)計(jì)

張文中 宋 姣

(常州市規(guī)劃設(shè)計(jì)院市政所，江蘇 常州 213003)

近年來，我國絕大多數(shù)地區(qū)暴雨逐年增多，城市“看?，F(xiàn)象”頻有發(fā)生，城市內(nèi)澇問題日益突出，嚴(yán)重危害到城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，百姓的呼聲、形式的嚴(yán)峻、政府的責(zé)任，使得城市內(nèi)澇成為我們目前需要迫切解決的城市問題。由于城市化的快速發(fā)展，城市不透水面積不斷增加，給城市帶來的非點(diǎn)源污染也在不斷加大，導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，城市水文情勢的改變，造成了十分嚴(yán)重的危害[1,2]。在20世紀(jì)，有關(guān)部門就雨洪的控制和利用展開了相關(guān)的調(diào)查和研究，并取得了一些成果[3-6]，最近幾年，很多學(xué)者也開始關(guān)注“海綿城市”理念，并在技術(shù)和應(yīng)用上進(jìn)行了一系列探索，所謂海綿城市類似于美國的LID理念。經(jīng)過數(shù)十年的研究，現(xiàn)在國內(nèi)的海綿設(shè)計(jì)在某些單項(xiàng)技術(shù)上和國外發(fā)達(dá)國家差距不大，甚至在實(shí)施方面可以做到同步運(yùn)行。但還是有很多的設(shè)計(jì)存在諸多的限制，比如綠色屋頂，透水鋪裝等，存在技術(shù)上的缺陷，還需要更進(jìn)一步的深入研究，在一定程度上也限制了海綿城市的推廣和后續(xù)建設(shè)工作，針對目前阻礙我國落實(shí)和推廣LID理念因素進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 對阻礙LID理念在我國落實(shí)和推廣的因素分析

在城市推行海綿設(shè)施建設(shè)的同時(shí)，村莊因其特有的區(qū)位、人口規(guī)模、聚集程度、地形地貌、排水特點(diǎn)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等具體情況，所產(chǎn)生的污染各異，農(nóng)村污染源主要來自工業(yè)污染、村落生活污水、村落生活垃圾、農(nóng)業(yè)面源污染、畜禽養(yǎng)殖污染等五個(gè)方面。其中，日常的生活污水，生活垃圾，農(nóng)田垃圾和禽畜垃圾是造成農(nóng)村水環(huán)境污染的普遍和重要因素，村莊生活污水分散、量小、水質(zhì)水量不穩(wěn)定，污水的收集點(diǎn)密集，生活污水的處理并不是很完備，無秩序的污水排放仍然是農(nóng)村污染嚴(yán)重的主要原因之一。受區(qū)位、經(jīng)濟(jì)等多種因素的影響，農(nóng)村的污水處理設(shè)備非常落后，缺少配套的污水處理設(shè)施，并且有很多的設(shè)備處于閑置狀態(tài)，形同虛設(shè)，給農(nóng)村的污水處理帶來了很大的難度。農(nóng)村的人口分散，污水不能夠集中處理，大部分都是直接排入河流之中，嚴(yán)重影響了村莊的水環(huán)境質(zhì)量，因此在農(nóng)村地區(qū)推行海綿城市建設(shè)迫在眉睫。

本文以金壇市薛埠鎮(zhèn)上阮赤崗村莊規(guī)劃為例，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，借鑒LID理念對村莊的雨水收集進(jìn)行設(shè)計(jì)，推動(dòng)新型的雨水處理系統(tǒng)的建設(shè)。

1 工程概況

赤崗村位于金壇市薛埠鎮(zhèn)南部，總規(guī)劃用地面積約8.3 ha，現(xiàn)狀有居民213戶，現(xiàn)有人口477人。村莊內(nèi)多數(shù)為建成已久的私房，生活污水靠分散的化糞池處理，就近排入水體，雨水由少數(shù)的排水溝，多數(shù)為明溝就近排入水體，垃圾淤塞，排水不暢，暴雨天滯澇現(xiàn)象突出，需進(jìn)行雨污水系統(tǒng)全面改造。

2 雨水集蓄利用與低影響設(shè)計(jì)

為充分利用雨水資源，盡可能減少雨水徑流量和初期雨水污染負(fù)荷，改善美麗村莊的水環(huán)境質(zhì)量及村民的居住舒適度，結(jié)合村落實(shí)際情況，植入LID設(shè)計(jì)理念，村莊雨水集蓄綜合利用系統(tǒng)采用雨水花園蓄滲、建設(shè)綠色屋頂、滲透性鋪裝、滲透溝渠/井等LID技術(shù)措施，從源頭、過程、末端全過程處理雨水，綜合布局如圖1所示。

2.1 雨水花園蓄滲

雨水花園是一種自然和人工相結(jié)合的綜合治理系統(tǒng)，通過雨水花園可以使雨水被吸收，并被存儲在地下水層，通過土壤的自然滲透作用，對雨水進(jìn)行過濾，去除污染物。雨水花園的應(yīng)用在全世界都很普及[7]。各種優(yōu)勢決定了其在全世界很受歡迎，有很強(qiáng)的觀賞價(jià)值，推廣LID技術(shù)，從而達(dá)到可持續(xù)雨水管理的目標(biāo)[8]。削減雨水的徑流峰值，雨水總量以及污染量，實(shí)現(xiàn)對地下水的管理。Skonovd,Brown,Brown等研究表明通過雨水花園對雨水的滯留能力，針對中、小降雨事件的流量和徑流峰值能起到有效的削減作用；Passeport,Davis等研究表明雨水花園通過削減徑流污染濃度能有效地去除SS、鉛、鋅。通常情況下，對一些主要的污染物，雨水花園出水表現(xiàn)出較好的水質(zhì)，對于氮、銅及磷等污染物質(zhì)，出水中含量可能較高。

在赤崗村南部選取一片集中綠化面積約0.25 ha作為雨水花園蓄滲示范點(diǎn)，雨水花園的蓄滲能力受到土壤和地下水的影響，所以提高蓄水能力的重點(diǎn)就是對原本的土壤進(jìn)行改造，增強(qiáng)下滲能力。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對原綠地土壤層置換增強(qiáng)下滲儲蓄能力的改造或者修復(fù)性的改造，從而優(yōu)化該綠地對規(guī)劃村莊地面雨水徑流的蓄集和處理能力。工藝構(gòu)造：周邊場地和道路等硬質(zhì)路面較高，雨水花園需處于最低位置，比周邊場地至少低50 mm，雨水口設(shè)置于綠地內(nèi)，村莊內(nèi)硬質(zhì)路面產(chǎn)生的降雨徑流以及屋面雨水均匯入雨水花園，經(jīng)綠地內(nèi)植物的凈化、截留、蓄集以及滲透作用，達(dá)到雨水口標(biāo)高時(shí)，經(jīng)雨水口排入赤崗河。構(gòu)造示意圖如圖2所示。

2.2 綠色屋頂設(shè)計(jì)

綠色屋頂是以綠色植物為主要載體，配置植物生長所需的土壤，水分以及在房屋上所鋪設(shè)的保護(hù)層，排水層和防水層，構(gòu)成整個(gè)屋頂系統(tǒng)的基本部件。有利于改善城市的生態(tài)環(huán)境和削減徑流量、減少徑流污染、凈化空氣、降低室溫，增強(qiáng)鄉(xiāng)村整體景觀效果。

通過一系列的文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)資料的分析，綠色屋頂對于雨水的徑流有一定的減少作用，但是作用的大小和屋頂?shù)耐寥冷佋O(shè)，降雨量的大小，雨期的分布，還有屋頂?shù)氖褂脿顩r，使用年限，窗口的朝向，降雨的時(shí)間長短等因素有關(guān)。Carter,Rasmussen等研究表明綠色屋頂對雨水徑流截留能力大小在一定程度上取決于降雨大小及強(qiáng)度，強(qiáng)度越低，截留作用越明顯；Getter,Mentens的研究表明由于綠色屋頂?shù)氖褂?，屋頂會產(chǎn)生很多的變化，土壤減少，可溶性減少，有機(jī)含量增加，因?yàn)槭苤参锔档挠绊?，會影響到雨水徑流的截流能力，但是因?yàn)橄嚓P(guān)方面的資料研究比較少，所以會產(chǎn)生什么未知的影響還尚且不知，有些研究稱，綠色屋頂植被不是影響綠色屋頂雨水截留能力的主要因素，土壤基質(zhì)深度或類型才是主要影響，也有研究者持相反的觀點(diǎn)；Villarreal,Mentens等研究表明綠色屋頂對雨水的截留能力依賴于季節(jié)。夏季溫度高，植物蒸騰作用強(qiáng)，截留能力更新快。

村莊村民建筑基本為單層或雙層單體，屋頂表面材料多為磚瓦或者琉璃瓦，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際調(diào)研，我們對建筑質(zhì)量較好的雙層單體進(jìn)行綠色屋頂改造。綠色屋頂?shù)幕緲?gòu)造：植被層、土壤層、土工布過濾層、排水層、防水層、屋頂層，構(gòu)造示意圖如圖3所示。

2.3 滲透性鋪裝

作為低影響開發(fā)措施基本設(shè)施之一的滲透性鋪設(shè)是減少地表雨水徑流的重要手段之一，主要應(yīng)用范圍是人行道，停車場和廣場等[9]。目前徑流水污染問題是整個(gè)世界面臨的一個(gè)共性問題，所以透水層設(shè)計(jì)建設(shè)受到了全世界的關(guān)注。國內(nèi)外的專家學(xué)者都對透水層進(jìn)行了研究，而且有一部分的研究應(yīng)用到了實(shí)際中。Yates,Melton,Bean等研究表明當(dāng)雨水徑流透過透水鋪裝并通過其土壤基質(zhì)下滲時(shí)，由于土壤基質(zhì)對徑流污染物如重金屬、氮、磷、SS、病原體等進(jìn)行物理吸附吸收或化學(xué)轉(zhuǎn)化，從而提高出水徑流水質(zhì)，減少對下游接受水體的負(fù)面影響；Rowe,Herb等研究表明透水鋪裝表面溫度與鋪裝表面的太陽光線的反射、太陽光線的釋放及透水性強(qiáng)弱有關(guān)，其他因素如導(dǎo)熱性、熱容量、厚度及城市建筑物分布狀況均會影響其吸熱、放熱作用。

本設(shè)計(jì)主要對村莊內(nèi)新規(guī)劃的步行道路及停車場進(jìn)行透水性鋪裝建設(shè)，在確保村莊內(nèi)道路正常通行的情況下，盡可能的增強(qiáng)雨水土壤滲透能力、減少降雨徑流量、減輕徑流污染，構(gòu)造示意圖如圖4所示。

2.4 滲透溝渠/井

滲透井是目前應(yīng)用較廣泛的滲透設(shè)備，墻壁和井底都具有滲透功能，并且周邊可以設(shè)置一些相匹配的基礎(chǔ)性設(shè)施，可以作為檢測水質(zhì)的卡口。將滲透渠道和井相結(jié)合使用，最大程度的減少雨水的徑流排量，來補(bǔ)充地下水，效果的好壞一般受規(guī)模的大小影響。

針對村莊內(nèi)部分規(guī)劃雨水溝渠采用滲透性溝渠，盡可能多的從雨水整個(gè)收集過程中增加雨水的滲透，降低徑流的流量，緩減排水系統(tǒng)的壓力。

3 結(jié)語

美麗鄉(xiāng)村規(guī)劃中采用雨水徑流收集系統(tǒng)和LID的設(shè)計(jì)理念可以實(shí)現(xiàn)村莊對雨洪資源的內(nèi)部消耗，恢復(fù)村莊水體自然循環(huán)。采用雨水花園蓄滲、建設(shè)綠色屋頂、滲透性鋪裝、滲透溝渠/井等LID技術(shù)措施能夠降低區(qū)域內(nèi)的徑流總量，可以利用雨水滲透來補(bǔ)充地下水，有效的緩解雨水峰流量，對于雨洪的控制以及防止侵蝕地下河道等方面起到了很大的作用，各種不透水層經(jīng)過改造之后基本都可以滿足減少源頭污染的要求，對于緩解村莊地下水和河道污染，改善城市的生態(tài)環(huán)境有很大的作用。