海綿城市措施在濱海高鹽地區(qū)的應(yīng)用

尤 愛 剛

(天津?yàn)I海新區(qū)投資控股有限公司，天津 300451)

1 概述

我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，屬于嚴(yán)重缺水國家。天津是資源型嚴(yán)重缺水城市，濱海新區(qū)位于天津市區(qū)與海濱之間，由于自身地理環(huán)境特點(diǎn)，其水環(huán)境與水生態(tài)現(xiàn)狀更是不容樂觀，不僅水資源短缺，而且土壤及地下水含鹽量高、水生態(tài)急劇退化，且一旦發(fā)生暴雨或持續(xù)降雨等極端天氣，城市內(nèi)澇問題也會(huì)隨之凸顯。在此背景下，建設(shè)海綿城市的意義顯而易見。顧名思義，海綿城市就是通過雨水滲透、收集、存儲(chǔ)、凈化、再利用等措施達(dá)到涵養(yǎng)城市水源、解決城市水資源危機(jī)的可持續(xù)發(fā)展城市模式。

濱海新區(qū)一直秉承著“綠水青山就是金山銀山”的科學(xué)發(fā)展理念，致力于使生態(tài)系統(tǒng)得到修復(fù)，生態(tài)格局進(jìn)一步優(yōu)化，從而使人與自然和諧，因此，建設(shè)海綿城市是濱海新區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。

2 部分海綿城市工程措施簡介

市政工程中常常通過分散的，小規(guī)模的源頭控制措施來控制暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染物，并綜合采用入滲、過濾、蒸發(fā)、蓄流、凈化等多種方式來減少徑流排水量，改善水環(huán)境，使開發(fā)后城市的水文功能盡可能地接近開發(fā)之前的狀況。常用工程措施如下。

2.1 生物滯留池

生物滯留池的功能是模仿土壤和植物的過濾作用，通過一系列的物理、生物、化學(xué)處理過程過濾水中的污染物。

2.2 屋頂綠化

屋頂綠化由多層功能不同材料構(gòu)成的系統(tǒng)，可以緩和城市熱島效應(yīng)，過濾、吸收、滯留降水。

2.3 透水鋪裝材料

透水的鋪裝材料可以用來滲透雨水以減少向場地外的徑流以及雨水管道發(fā)生溢流的頻率。使用透水鋪裝材料還可以提供地下水的補(bǔ)給，控制對河床及河堤的沖蝕，促進(jìn)污染物的消除。

2.4 雨水收集箱

雨水收集箱是一種低成本的、有效的、維護(hù)簡單的雨水收集裝置，適用于住宅、商業(yè)建筑、工業(yè)建筑等，用來管理屋頂徑流。

2.5 過濾樹池

過濾樹池是一種迷你的生物滯留池，可以有效地控制徑流。徑流被引導(dǎo)至過濾樹池，在進(jìn)入集水井之前通過種植和土壤進(jìn)行清潔。收集在樹池中的徑流為樹木提供灌溉。

2.6 生態(tài)護(hù)岸

生態(tài)護(hù)岸是指能在防止河岸坍方之外,還具備使河水與土壤相互滲透,增強(qiáng)河道自凈能力,恢復(fù)河流部分或者全部因外界活動(dòng)的干擾而退化甚至喪失的自然功能，同時(shí)具有一定自然景觀效果的河道護(hù)坡形式。

2.7 人工濕地

人工濕地是一種合理利用生態(tài)系統(tǒng)的凈化功能設(shè)施。其基本原理是：按一定的技術(shù)參數(shù)建成植物床，通過光合作用使植物根區(qū)形成富氧區(qū)，促使床體內(nèi)微生物大量繁殖，通過微生物活動(dòng)的分解和植物的吸收吸附及分泌物的殺菌等作用，使水體得到凈化。

影響濕地凈水能力的關(guān)鍵因素之一是濕地植物的選擇[1]，首先，原則上為避免引發(fā)生物安全性問題，應(yīng)首選本地植物，慎選外來物種。其次，應(yīng)選用根系較為發(fā)達(dá)、凈化效果好的植物，以滿足對水中氨氮以及有機(jī)物等污染物指標(biāo)的去除要求。再次，應(yīng)選擇抗逆性較強(qiáng)的植物，即耐鹽能力、耐污能力、抗病蟲害能力、抗熱能力、抗凍能力等各方面均較強(qiáng)的物種，以維持濕地系統(tǒng)的長久穩(wěn)定。最后，還要考慮經(jīng)濟(jì)成本以及景觀價(jià)值因素，通過多種植物的搭配選擇，在保持水質(zhì)的同時(shí)能夠在視覺上形成錯(cuò)落有致的景觀效果。

3 工程案例

3.1 項(xiàng)目基本情況

北塘片區(qū)03單元地處塘沽區(qū)東北部，四至范圍為：北起永定新河大堤，南至北塘大街，西起塘漢快速路，東至渤海海岸線。用地總面積為 429 hm2。水域面積共 34 hm2，其中河道面積11 hm2，湖面面積23 hm2。項(xiàng)目區(qū)水系范圍示意圖如圖1所示。

根據(jù)氣象資料，項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量為565 mm。區(qū)內(nèi)降水年分布不均，6月～9月降雨較為集中，約占全年降雨量的70%～80%。項(xiàng)目區(qū)域的地表水資源要素主要由水庫、河流等構(gòu)成。地下水的水體礦化度較高，屬于咸水區(qū)。

3.2 水系設(shè)計(jì)

水系由項(xiàng)目區(qū)域北側(cè)的河道以及景觀湖連接組成，河道及湖泊水面寬度設(shè)計(jì)綜合考慮地形條件因素以及蓄水量的要求。最終確定為河道上口寬為16 m～23 m，河底寬3 m，河底高程0.0 m。湖面寬為20 m～230 m，湖底高程-1.45 m。

水體自凈能力得到充分保障的前提是水體可以充分的循環(huán)流動(dòng)。河道與中心區(qū)湖泊共同構(gòu)成了項(xiàng)目區(qū)的循環(huán)流動(dòng)系統(tǒng)，通過設(shè)置在西北部雨水泵站內(nèi)的一座循環(huán)水泵，以及建造在河道尾端的一座節(jié)制閘和一條回水管道，使整個(gè)水系能夠達(dá)到水體循環(huán)的目的。主要工程布置見圖2。

項(xiàng)目區(qū)土壤鹽堿化嚴(yán)重，受水體底泥鹽分釋放、地下水交換、水系水面蒸發(fā)濃縮等因素的影響，區(qū)內(nèi)湖泊與河道的水體長期存放后，水體易形成咸化污染[2]。為減緩水體的咸化，需定期對水系內(nèi)的水體進(jìn)行換水。

項(xiàng)目區(qū)水系補(bǔ)水主要考慮平常補(bǔ)水、換水兩方面。經(jīng)計(jì)算，區(qū)內(nèi)水系年耗水量總計(jì)為98萬m3，對于缺水的濱海新區(qū)可考慮加強(qiáng)雨水利用來緩解換水、補(bǔ)水壓力。城市雨水利用措施主要包括初期棄流、雨水滲透、雨水存蓄、雨水滯留、雨水凈化、雨水回用六個(gè)方面[3]。經(jīng)分析，通過周邊雨水泵站收集的雨水每年可為水系提供68.4萬m3，剩余部分可從周邊水庫補(bǔ)水。利用收集的雨水補(bǔ)水、換水時(shí)，考慮到降雨初期的雨水面源污染較重，因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中將15 min的初期雨水排入過境河道，不進(jìn)入項(xiàng)目區(qū)水系。即通過采取初期雨水棄流的措施，達(dá)到了控制區(qū)內(nèi)水系受到非點(diǎn)源污染的目的。

3.3 海綿城市措施應(yīng)用

項(xiàng)目區(qū)為充分利用雨水，體現(xiàn)“滲、滯、蓄、凈、用、排”的理念，建設(shè)了一系列的海綿措施。例如：透水鋪裝、植被淺溝、過濾樹池、低洼綠地、人工濕地等措施。下面重點(diǎn)介紹生態(tài)護(hù)岸、人工濕地的應(yīng)用。

1)生態(tài)護(hù)岸應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)綜合考慮河道寬度、水深等因素，最終確定在河道寬度大于20 m時(shí)采用生態(tài)袋護(hù)岸。生態(tài)袋護(hù)岸不僅耐腐蝕性高、穩(wěn)固性好、強(qiáng)度高、使用壽命長，而且具有透水不透土的過濾功能，使得植物根系可在其中自由生長，并進(jìn)入巖土基層，達(dá)到錨固作用，增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度。實(shí)踐證明，生態(tài)袋護(hù)岸可將生態(tài)思想融入工程運(yùn)用中，不僅克服了傳統(tǒng)護(hù)岸形式親水性較差的缺點(diǎn)，而且形成了良好的景觀效果。

2)人工濕地應(yīng)用。人工濕地處理系統(tǒng)位于項(xiàng)目區(qū)的西北角，由表流濕地單元、波式潛流人工濕地單元、出水池及回水管道構(gòu)成了濕地系統(tǒng)。濕地布置緊湊，系統(tǒng)由綠化帶與外界隔離，內(nèi)部設(shè)置循環(huán)路以及主路、小步行路進(jìn)行連通，用于工作人員的管理和巡視。圖3為人工濕地總體平面布置圖。

植物是人工濕地的核心，通過植物不但可以去除水體中的污染物，還可以促進(jìn)水體中營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和再利用，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。本工程結(jié)合氣候、凈水效果等因素，最終采用的具體植物如下：

1)浮葉植物。是指根附著在底泥或其他基質(zhì)上、葉片漂浮在水面的植物，如睡蓮(如圖4所示)、芡實(shí)等。浮葉植物吸收養(yǎng)分能力較強(qiáng)、生長速度較快且耐污能力較強(qiáng)，可以在吸收氮磷物質(zhì)的同時(shí)達(dá)到抵制藻類生長、改善水體透明度的目的。

2)挺水植物。即植物的根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面，其根系發(fā)達(dá)，可存活生物量大，還可以在減緩水流速度的同時(shí)過濾和沉淀顆粒物質(zhì)。本項(xiàng)目采用的挺水植物有蘆葦(如圖5所示)、黃菖蒲(如圖6所示)等。

3)沉水植物。是指由根、根須或葉狀體固著在水下基質(zhì)上，其葉片也在水面下生長的大型植物，如苦草。沉水植物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者之一，可以為微生物提供代謝場所，從而去除氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，凈化水體。同時(shí)，增加了水體的生物多樣性，維護(hù)了生態(tài)平衡。

4)濕生喬木。本項(xiàng)目在河岸邊種植一定數(shù)量的垂柳，垂柳為落葉喬木，性喜溫暖濕潤的環(huán)境，耐寒能力強(qiáng)，耐水濕，適宜生長于濕地邊緣，有一定的耐污染能力。

水華污染是人工濕地在運(yùn)行過程中易于遇到的難題之一，本工程采取了有效的控藻措施。通過采用在景觀水系中放養(yǎng)鰱魚和鳙魚的非經(jīng)典生物操縱法來控制水體中的藻類，防止水體發(fā)生水華。鰱魚和鳙魚屬于濾食性魚類，以浮游植物為主要食物，且生長速度快。在景觀水系中放養(yǎng)鰱、鳙等魚類，不僅具有觀賞性，而且能夠有效控制藻類，具有一定的生態(tài)價(jià)值。

運(yùn)行過程中，對人工濕地出水進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)COD，TN，TP等指標(biāo)均滿足Ⅴ類水的指標(biāo)要求，取得了良好的水質(zhì)凈化效果。而且通過多種植物的選擇搭配，構(gòu)建了良好的景觀體系，豐富了城市生態(tài)景觀。

3.4 工程意義

1)經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目區(qū)采用雨水的生態(tài)化綜合利用方式使雨水用于補(bǔ)充景觀水，每年可節(jié)省不少的中水費(fèi)用。同時(shí)，由于減少市政供水負(fù)荷，也可減少市政供水系統(tǒng)設(shè)施投資。因此，雨水利用可以產(chǎn)生相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2)社會(huì)效益。項(xiàng)目區(qū)通過對雨水的收集和充分利用，可以有效減少暴雨期間雨水的地表徑流量，降低項(xiàng)目區(qū)的洪澇災(zāi)害危害程度，減緩降雨洪峰期對城市排水的壓力，降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，通過水系的建設(shè)、雨水資源的有效利用以及水質(zhì)的保持，可以向周邊居民傳達(dá)環(huán)保理念，存在著不可忽視的社會(huì)效益。

3)生態(tài)效益。通過采取一系列海綿措施，有利于減輕地表徑流的非點(diǎn)源污染，及時(shí)回補(bǔ)地下水，保持水土及涵養(yǎng)水源，同時(shí)有利于加強(qiáng)對生物多樣性的保護(hù)及促進(jìn)水體景觀娛樂等生態(tài)功能的發(fā)揮，將人的發(fā)展需求、生物生存環(huán)境建設(shè)及自然生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展和諧統(tǒng)一起來。

4 結(jié)語

海綿城市建設(shè)是緩解城市水資源短缺、實(shí)現(xiàn)排澇蓄洪、修復(fù)水環(huán)境以及改善水生態(tài)的有效手段，對于推動(dòng)城市的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。本文在正確領(lǐng)會(huì)海綿城市內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，針對天津?yàn)I海地區(qū)水資源尤為匱乏、土壤及地下水含鹽量高、水生態(tài)急劇退化的區(qū)域特性，以北塘水系的構(gòu)建為例，詳細(xì)介紹了部分海綿措施的應(yīng)用，不僅達(dá)到了節(jié)約用水、降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)的目的，且通過人工濕地的運(yùn)用，在保持水質(zhì)的同時(shí)，構(gòu)建了優(yōu)美的景觀效果。從應(yīng)用效果可以看到，采用海綿城市建設(shè)，在獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，還可獲得深遠(yuǎn)的社會(huì)效益和生態(tài)效益。