海綿城市理論的城市水環(huán)境修復(fù)研究★

吳 瀅 劉慶廣 王永興

(合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601)

1 海綿城市提出的背景及發(fā)展情況

1.1 海綿城市提出的背景

近年來，我們經(jīng)濟(jì)得到了快速地發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的水平都得到了顯著提高，受氣候變化和人類活動的雙重影響，城市面臨著水資源短缺、水環(huán)境污染、水生態(tài)破壞三大主要水問題[1],另外有關(guān)各大城市暴雨內(nèi)澇的新聞我們也經(jīng)?？梢钥匆?。城市化進(jìn)程的加快，生活污水、工業(yè)廢水的隨意排出，城市河道的生態(tài)功能喪失等，在這些嚴(yán)峻的背景下，不采取一個有效的治理模式，不解決這些問題，城市水環(huán)境治理就不可能徹底改善，抵抗惡劣天氣的承載力必然脆弱，于是海綿城市理念應(yīng)運(yùn)而生。海綿城市為解決城市水環(huán)境問題、發(fā)揮水環(huán)境的生態(tài)功能、引導(dǎo)城市可持續(xù)發(fā)展提供了一種新的思路與途徑，受到了專業(yè)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注與推廣，并成為國家和地方政府解決城市雨洪綜合管理的指導(dǎo)方針和戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.2 海綿城市的發(fā)展情況

海綿城市顧名思義就是指城市具有海綿一樣的特質(zhì)，具有良好的蓄水、排水、涵水的功能，能夠彈性的適應(yīng)環(huán)境變化和自然災(zāi)害?！昂＞d”一詞最早被澳大利亞研究學(xué)者Budge用來描述城市對人口的吸附能力[2,3],而這些年來，越來越多的專家學(xué)者開始認(rèn)同用“海綿城市”這個詞來描述一個城市的雨澇調(diào)蓄能力。當(dāng)降水豐沛時(shí)，可以將雨水吸納、儲存、凈化等方式利用雨水。而當(dāng)干旱時(shí)又可以將自己儲存吸納的雨水釋放進(jìn)行補(bǔ)枯、供給到城市水循環(huán)系統(tǒng)，對城市進(jìn)行彈性調(diào)控，讓城市更加有彈性[4]，能夠從容的面對復(fù)雜變化環(huán)境，有效地進(jìn)行生態(tài)水環(huán)境修復(fù)。海綿城市最大的本質(zhì)是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，由傳統(tǒng)的粗放式、高強(qiáng)度建設(shè)轉(zhuǎn)變成低影響設(shè)計(jì)開發(fā)(low impact design or development),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資源與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展[5]。遵循著順應(yīng)自然，和諧共生的原則對周邊水生態(tài)進(jìn)行低影響的建設(shè)，共同營造協(xié)調(diào)的水利環(huán)境。海綿城市作為一種新型的生態(tài)水環(huán)境修復(fù)的途徑、一種新理念的城鎮(zhèn)水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的模式逐漸受到了專家學(xué)者的關(guān)注,也為我們治理城市水環(huán)境提供了新思路。

2 研究區(qū)概況

五大淡水湖之一的巢湖是合肥市、巢湖市等環(huán)湖城鄉(xiāng)重要的生態(tài)水源地。派河作為巢湖的一級入湖支流，是控制巢湖水質(zhì)的一道防線，承擔(dān)著重要的職責(zé)。派河流域發(fā)源于肥西縣紫蓬山脈北麓周公山,流域面積約586 km2、河道平均坡降0.2%、流域年降水量800 mm～1 200 mm、年均入湖水量1.75億m3[6]。派河屬于雨源型河流，上游位于江淮分水嶺南側(cè)低山區(qū)，河流坡度較大，河槽調(diào)蓄能力小，降雨匯流迅速，下游常受巢湖洪水頂托倒灌影響。同時(shí)派河也是“引江濟(jì)淮”工程穿越江淮分水嶺前必經(jīng)通道，其水質(zhì)狀況也影響“引江濟(jì)淮”工程輸水水質(zhì)安全。由表1可知：派河干流及主要支流水質(zhì)基本為Ⅴ類～劣Ⅴ類，指標(biāo)多數(shù)超標(biāo)，呈重污染河道特征。海綿城市治理水環(huán)境思路下對我們派河流域的河流斷面生態(tài)補(bǔ)償，達(dá)到期望水質(zhì)目標(biāo)將會是一個突破傳統(tǒng)思維的良方。面對污染嚴(yán)重的河流狀況，亟需我們改變傳統(tǒng)工程依賴性治水思路[7]，告別灰色基礎(chǔ)設(shè)施的水環(huán)境治理與保護(hù)、生態(tài)化、可持續(xù)化的解決水環(huán)境問題、營造一個干凈的、和諧的生態(tài)水利環(huán)境。

表1 派河流域地表水?dāng)嗝嫔鷳B(tài)補(bǔ)償斷面表

3 派河流域水環(huán)境污染現(xiàn)狀

3.1 污水處理廠尾水的影響

派河流域?qū)儆谟暝葱院恿?，自然產(chǎn)流不足，上游無水，枯水期時(shí)污水處理廠尾水就作為了派河的主要水源，然而很多污水處理廠尾水本身為劣Ⅴ類，由表2可知：污水處理廠尾水水量大，水質(zhì)差，是派河嚴(yán)重的污染源。如經(jīng)開區(qū)污水廠現(xiàn)狀處理出水為一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)為劣Ⅴ類，由于污水處理廠尾水水質(zhì)差、水量大，對下游水體造成嚴(yán)重污染，派河水質(zhì)目標(biāo)難以保證。部分工業(yè)廢水未經(jīng)處理排入河道，對河流水質(zhì)影響較大。

3.2 農(nóng)村面源污染的影響

流域內(nèi)村莊未建設(shè)生活污水處理系統(tǒng)，污水直接排入河道，農(nóng)村居民生活垃圾未做統(tǒng)一處理流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖較為普遍，絕大多數(shù)未建設(shè)污水處理設(shè)施，養(yǎng)殖污水進(jìn)入河道污染水體，畜禽養(yǎng)殖污染嚴(yán)重，農(nóng)村生活貢獻(xiàn)較大。流域內(nèi)“一縣四區(qū)”農(nóng)村生活污水和生活垃圾污染也加重派河的污染。

3.3 城市面源污染的影響

城市面源污染嚴(yán)重，初期雨水污染物濃度高。初期雨水部分污染指標(biāo)明顯高于旱流污水濃度，有些污染物(如BOD)的濃度與城市污水廠的進(jìn)水水質(zhì)相近[8]。隨著城市點(diǎn)源污染治理水平的提高，初期雨水污染已成為制約合肥水環(huán)境質(zhì)量的主要因素。另外由于排污管網(wǎng)不完善、錯接漏接問題導(dǎo)致污水直接入河；再者施工廢水未嚴(yán)格處理排放，工業(yè)園區(qū)污水簡單處理，未達(dá)標(biāo)排放等，導(dǎo)致大量污水直接入河。

表2 派河流域排污口情況表

4 基于海綿城市理念的水環(huán)境修復(fù)模式

4.1 生態(tài)濕地修復(fù)模式

生態(tài)濕地作為“城市之腎”，保護(hù)自然濕地、營建人工生態(tài)濕地都會對改善水環(huán)境、發(fā)揮城市水生態(tài)功能有著積極意義。在海綿城市理論視角下，派河以現(xiàn)有湖灘岸線為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)有坑塘、濕地、園林等水生態(tài)區(qū)域開挖聯(lián)通水道，營建人工生態(tài)濕地綠色海綿體。針對派河河口現(xiàn)狀水質(zhì)，通過沉水植物、挺水植物、浮葉植物、喬灌木植物種群的構(gòu)建，對水體進(jìn)行立體綠化式凈化，改善巢湖水質(zhì)。同時(shí)結(jié)合派河北部濕地建設(shè)，構(gòu)建沿湖防汛道路，在濕地中修建木質(zhì)棧道與其連通，使游人能夠親臨巢湖，感受濱湖自然濕地美景。對派河故道進(jìn)行清淤，并與巢湖打通，補(bǔ)償生態(tài)需水，多方位改善水質(zhì)。對南部漁村和分流島四周進(jìn)行拋石防護(hù)、生態(tài)型護(hù)岸，增強(qiáng)水體自凈能力。濕地末端建設(shè)一座10 m寬跌水堰，控制濕地內(nèi)部水位，曝氣增加水中溶解氧，水體凈化后通過涵管排出。并布設(shè)沉水、挺水、浮葉、喬灌等各類植物群落，結(jié)合濕地泡、氧化塘、生態(tài)植草溝等多方位、立體式的營建生態(tài)濕地的節(jié)點(diǎn)，發(fā)揮濱水帶生態(tài)調(diào)蓄功能，為水體水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供保障。

4.2 雨水生態(tài)調(diào)蓄工程模式

雨水調(diào)蓄模式相當(dāng)于一個大型的超級蓄水池，它會增強(qiáng)鎖水能力，減小地表徑流、增大雨水下滲。雨水調(diào)蓄模式就是增強(qiáng)蘊(yùn)含和彈性吸收雨水的能力。派河兩岸打造重要的雨水調(diào)蓄體，同時(shí)兼顧生態(tài)景觀功能，根據(jù)不同時(shí)期的需求而體現(xiàn)出不同的功能。調(diào)蓄體部分駁岸設(shè)計(jì)以自然緩坡入水，能根據(jù)雨季洪峰預(yù)警，提前啟動泵站，留出相應(yīng)的調(diào)蓄空間。駁岸邊種植水生植物鳶尾、千屈菜、睡蓮等水生植物，既過濾水質(zhì)，又體現(xiàn)生態(tài)濕地特色。同時(shí)建設(shè)下沉式綠地，采用生物滯留、滲透塘、濕地、調(diào)節(jié)塘等措施調(diào)蓄凈化徑流；建設(shè)初期雨水收集設(shè)施，控制城市面源污染，初期雨水的收集處理通過設(shè)置初期雨水截流管收集至調(diào)蓄池，經(jīng)過調(diào)蓄處理后，采用管道輸送至污水處理廠處理。通過將雨水蓄存起來，運(yùn)用生態(tài)手段增加儲水空間，避免雨水積存、調(diào)蓄、錯峰，盡可能為雨水利用創(chuàng)造條件[10]。

4.3 綠色生態(tài)廊道、生態(tài)浮島修復(fù)模式

營建生態(tài)廊道，通過各個生態(tài)斑塊的聯(lián)通成為更具規(guī)模，空間尺度更大的生物棲息地與水資源生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，為生物的遷徙、水資源的調(diào)節(jié)提供必要的通道與網(wǎng)格。牛角大圩建設(shè)的總長度460 km的多層次綠色生態(tài)路網(wǎng)，與方興湖公園、金斗公園等城市公園構(gòu)建成綠色生態(tài)長廊，親水平臺道路兩側(cè)建設(shè)綠化帶以及雨水花園，對流域內(nèi)水庫、湖泊進(jìn)行綜合治理，進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水、截污管網(wǎng)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。對派河支流河道配置載體固化微生物曝氣設(shè)施，建設(shè)生態(tài)浮床修復(fù)系統(tǒng)，對污染進(jìn)行削減同時(shí)提升河道水質(zhì)。同時(shí)實(shí)施的“森林增長工程”、開展水源生態(tài)林建設(shè)和巢湖岸邊林建設(shè)、建設(shè)增植水源涵養(yǎng)林。通過涵養(yǎng)水源、減少水土流失，同時(shí)以巢湖沿湖濕地，以派河36座小型水庫及水庫涵養(yǎng)地為重要生態(tài)節(jié)點(diǎn)、市區(qū)、周邊的山嶺綠地、農(nóng)田生態(tài)緩沖帶構(gòu)成環(huán)城生態(tài)綠色海綿體來調(diào)節(jié)局部氣候、改善水質(zhì)、豐富城市景觀、增強(qiáng)城市生態(tài)功能。

5 結(jié)論與展望

海綿城市發(fā)揮著滲、蓄、滯、凈、用、排的巨大優(yōu)勢，為解決城市水環(huán)境問題、發(fā)揮水環(huán)境生態(tài)功能、引導(dǎo)城市可持續(xù)發(fā)展提供了一種新的思路與途徑，強(qiáng)調(diào)保護(hù)自然生態(tài)，修復(fù)受損的生態(tài)，并實(shí)施低影響開發(fā)，所以它最重要的意義是生態(tài)保護(hù)，是向生態(tài)城市邁進(jìn)的重要步伐。海綿城市作為一種新型的生態(tài)水環(huán)境修復(fù)的途徑、一種新理念的城鎮(zhèn)水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的模式、一種營造和諧的生態(tài)水利環(huán)境的重要措施，為我們解決城市水問題、治理水生態(tài)環(huán)境提供了新的思路。在市政施工設(shè)計(jì)、城市建設(shè)、水利開發(fā)中都有著自己獨(dú)特作用。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市化的加速推進(jìn)的今天，低影響開發(fā)設(shè)計(jì)的海綿城市建設(shè)一定有著一個光明的未來。