基于海綿城市理念的城市排水設(shè)計

丁 蕊，鄭 瀚,，張軍紅， 胡 勇

(1.長春建筑學(xué)院 城建學(xué)院，吉林 長春 130607；2.重慶禹智水利電力工程咨詢有限公司，重慶 401147；3.重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402160)

1 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)張，城市人口比重日益提高，2019年底，我國城市化率達(dá)到60.6%，預(yù)計至2035年我國城市化率將達(dá)到70%。城市的快速擴(kuò)張，極大地改變了原有的地表景觀，原來的農(nóng)田、森林、荒地等被城市建筑、道路等硬化地面所取代。研究表明，一方面，城市熱島效應(yīng)及大氣凝結(jié)核濃度的升高導(dǎo)致降水幅度上漲[1]；另一方面，不透水地面的增加，嚴(yán)重阻斷了水循環(huán)中降水下滲環(huán)節(jié)，無法下滲的雨水增加了地表徑流量，縮短了降雨匯流的時間[2,3]。在城市化進(jìn)程和氣候變化的疊加效應(yīng)下，因暴雨產(chǎn)生內(nèi)澇已成為困擾我國多數(shù)城市的嚴(yán)重問題。有關(guān)資料表明：自2010年起，我國因城市內(nèi)澇導(dǎo)致的年均經(jīng)濟(jì)損失在1000億元以上，涉及31個省份，年均1億人遭受災(zāi)害，15個省份損失超過百億元，其中2011年尤甚，竟多達(dá)4000億元[4]。城市內(nèi)澇嚴(yán)重，直接原因是市政排水系統(tǒng)與城市建設(shè)發(fā)展不協(xié)調(diào)，而根本原因卻是城市建設(shè)對地表景觀的改變影響了地表徑流量，增加了地下排水管網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。當(dāng)前我國城市不僅面臨嚴(yán)峻的內(nèi)澇問題，水資源短缺問題亦日益嚴(yán)重，主要原因是傳統(tǒng)城市排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后、雨水資源合理利用意識的薄弱，導(dǎo)致我國因暴雨受災(zāi)城市的數(shù)量、規(guī)模、經(jīng)濟(jì)損失程度和人員死傷均呈明顯上升的趨勢[5]。

為解決我國城市內(nèi)澇與水資源短缺的問題，我國提出了建設(shè)“海綿城市”的發(fā)展思路，其本質(zhì)是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)與發(fā)展理念，構(gòu)建順應(yīng)自然、人與自然和諧共處的低影響發(fā)展模式，從而實(shí)現(xiàn)人、城市與其資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。海綿城市是城市雨洪管理理論上的內(nèi)涵發(fā)展和進(jìn)步，明確了生態(tài)型城市雨洪綜合管理思想和途徑，強(qiáng)調(diào)城市應(yīng)對水文自然災(zāi)害的彈性和低影響開發(fā)的城市雨洪綜合管理思路[6]。本文基于海綿城市理念分析我國城市排水設(shè)計應(yīng)注意的問題，以期對我國城市構(gòu)建人與自然和諧的雨洪利用模式提供有益參考。

2 城市洪水災(zāi)害的原因

2.1 排水基礎(chǔ)設(shè)施不完善

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，城市化建設(shè)日新月異。這期間我國的城市化建設(shè)是一個不斷探索進(jìn)步的過程，城市化建設(shè)的各種標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善和優(yōu)化，如城市防洪標(biāo)準(zhǔn)和城市排水管網(wǎng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，40年間在不斷的成熟和規(guī)范。但是存在的問題是早期建設(shè)的城市，排水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)較低，許多地方排水管網(wǎng)年久失修、老化嚴(yán)重，排水功能減弱。而系統(tǒng)的更新的成本很高、專業(yè)性很強(qiáng)，需要大量的財政資金和專業(yè)技術(shù)人才投入，增大了工作難度和工作量[7]。同時由于城市人口日益增加，工業(yè)規(guī)模越來越大，城市用水量不斷增加，城市水資源短缺問題日益嚴(yán)峻。為了改善城市內(nèi)澇與水資源短缺的現(xiàn)狀，必須轉(zhuǎn)變發(fā)展思路，完善排水的基礎(chǔ)設(shè)施，優(yōu)化排水方案。

2.2 全球及局部氣候變化影響

隨著全球人口的不斷增加，人類對地球資源的開發(fā)程度達(dá)到了前所未有的高度，由于不合理的開發(fā)、利用自然資源，破壞生態(tài)平衡，使得全球氣候變暖形式日益嚴(yán)峻，與之相伴的氣候異常、極端天氣事件發(fā)生頻率呈遞增趨勢，而極端天氣引起的災(zāi)害性后果，對人類具有嚴(yán)重影響。2012年，北京“7·21”特大暴雨造成79人死亡，160.2萬人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失116.4億元[8]。一定時間內(nèi)，城市的排水管道的排水能力是有限的，一旦局部排水管網(wǎng)出現(xiàn)問題，將增加臨近排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，甚至影響整個城市排水管網(wǎng)的功能，從而導(dǎo)致城市內(nèi)澇，嚴(yán)重威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

2.3 城市雨水資源利用率低

在人類未干擾的自然狀態(tài)下，降水過程中絕大部分的雨水會滲透到地下，少部分的雨水會流失掉，下滲到土壤的水分補(bǔ)充地下水，形成徑流的降水匯集成江河流入大海，再以水汽形式返回陸地形成降雨，這是自然界的水循環(huán)[9]。這樣的循環(huán)可以有效地對地下水進(jìn)行補(bǔ)充。然而隨我國城市的快速發(fā)展，城市硬化路面日益增多，傳統(tǒng)的城市排水設(shè)計過于注重排水，希望盡快將降雨流排掉，在降雨量較低時，城市排水系統(tǒng)可以及時排放雨水，而當(dāng)雨量超過排水系統(tǒng)的設(shè)計極限時，則會引起城市內(nèi)澇。我國大多數(shù)城市水資源匱乏，而傳統(tǒng)的城市排水設(shè)計缺乏對降水資源化利用的考慮，因此，合理利用城市雨水資源，是未來緩解我國城市水資源短缺的一個重要途徑。

3 海綿城市的內(nèi)涵

近年來伴隨我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市內(nèi)澇頻發(fā)、城市水資源短缺問題亦日益嚴(yán)峻，其中重要的原因是城市雨水資源沒有得到合理的利用。城市建設(shè)導(dǎo)致的下墊面硬化，嚴(yán)重阻斷了降雨下滲的過程，城市化后約70%～80% 的降雨形成徑流，且匯流時間縮短，導(dǎo)致城市內(nèi)澇的概率及危害增大[10]。海綿城市是針對我國當(dāng)前日益嚴(yán)峻的城市內(nèi)澇和水資源短缺問題提出的嚴(yán)重新的城市建設(shè)思路[11]。

顧名思義海綿城市，就是讓城市能夠像海綿一樣吸水，能夠最大程度地留住雨水，減少地表徑流，一方面，可以減少城市內(nèi)澇；另一方面，可以緩解城市水資源短缺。傳統(tǒng)城市建設(shè)模式，處處是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等人工設(shè)施來排水，以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規(guī)劃設(shè)計理念，往往造成逢雨必澇，旱澇急轉(zhuǎn)。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，城市建設(shè)將強(qiáng)調(diào)優(yōu)先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水[12]。

4 基于海綿城市理念的城市排水建議

4.1 城市滲水設(shè)計

傳統(tǒng)城市對市政公共區(qū)域景觀進(jìn)行鋪裝時，主要考慮的是材料的耐用性和景觀效果的美觀，較少考慮生態(tài)因素，多采用透水性比較差的材料(不透水磚等)，阻礙了降水向土壤的入滲，地表徑流增加。針對這一問題，可采用過透水鋪裝設(shè)計，使用透水磚代替不透水硬化材料，同時盡可能保留或增加城市綠地面積，作為滯納雨洪的緩沖區(qū)[13,14]。采用透水鋪裝，一方面可以提高雨水的滲透能力，使得雨水的滲透量逐漸增大，地表徑流逐漸減少；同時，雨水滲透到地下土壤層的量增加，用于河道和補(bǔ)充地下水，利于地下水的平衡。

4.2 城市蓄水設(shè)計

針對日益嚴(yán)峻的城市水資源短缺問題，將降雨有效存蓄并合理利用是一個重要的水源，城市雨洪利用也越來越受到人們的重視。如一些城市通過設(shè)置雨水存蓄設(shè)施，將雨水資源充分儲存，經(jīng)過凈化處理，用來清潔路面、水景補(bǔ)水等[15]。蓄水設(shè)施包括人工建造的蓄水池、植被蓄水、土壤層蓄水等。

4.3 城市滯水設(shè)計

植被對降雨具有一定的滯留作用，樹木茂密的枝葉能夠滯留一部分雨水，植被下的枯枝落葉層也具有較強(qiáng)的雨水吸納能力。因此具有喬-灌-草結(jié)構(gòu)的城市綠地對雨水的滯留作用較好。城市林地(綠地)的設(shè)計，不僅可以有效降低地表徑流量，還能對地下水源起到涵養(yǎng)作用[16]。原本低洼的地段可以設(shè)計城市濕地，形成半自然的生態(tài)滯留區(qū)，利用植草溝、雨水濕地、雨水塘等方式，促進(jìn)雨水滲入地下，以便有效地儲存水資源或?qū)τ晁畯搅鬟M(jìn)行控制。城市濕地的設(shè)計，可以最大化地利用土壤和植被，改善徑流質(zhì)量，治理徑流污染，同時實(shí)現(xiàn)城市功能和景觀的提升。

5 結(jié)語

我國城市普遍面臨城市內(nèi)澇與城市水資源短缺的問題，針對上述問題，國家提出了建設(shè)海綿城市的戰(zhàn)略。建設(shè)海綿城市，是基于人與自然和諧思想的新的城市發(fā)展思路，要求我們改變傳統(tǒng)的發(fā)展理念，牢固樹立尊重自然、順應(yīng)自然的發(fā)展觀?；诤＞d城市的發(fā)展理念，在城市排水設(shè)計中要求我們盡可能少地改變城市原有的排水功能，具體如下：使用透水材料鋪設(shè)人行道、廣場等地面，使降水向土壤入滲的過程可以維持；建設(shè)蓄水設(shè)施、鋪以相應(yīng)的管網(wǎng)、溝渠等，存蓄部分降水作為城市市政用水等；盡可能多地保留城市原有綠地、新增城市綠地(公園)，通過城市綠地植被滯留降雨。通過采取上述措施，一方面，可以有效降低因暴雨導(dǎo)致的城市內(nèi)澇；另一方面，通過滯留、存蓄部分降雨，緩解城市水資源短缺問題。