嚴(yán)寒地區(qū)海綿城市LID低影響開發(fā)的技術(shù)應(yīng)用分析

戰(zhàn)美秋 白立敏 齊檸

【摘? 要】 本文從北方嚴(yán)寒地區(qū)城市氣候特征及城市建設(shè)特點(diǎn)出發(fā)，分析LID低影響開發(fā)技術(shù)氣候地域特點(diǎn)，提出了適用于嚴(yán)寒地區(qū)海綿城市建設(shè)的LID低影響開發(fā)的技術(shù)應(yīng)用建議，為北方嚴(yán)寒地區(qū)海綿城市建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】 嚴(yán)寒地區(qū);海綿城市;技術(shù)應(yīng)用

引言

我國城市化發(fā)展飛快，大量土地開發(fā)利用，地面硬化率高，城市雨水蓄滯能力嚴(yán)重不足，排澇設(shè)置不健全，地下管廊系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重滯后于城市的發(fā)展速度，城市內(nèi)澇、水資源短缺及污染等問題嚴(yán)重。海綿城市是一種更生態(tài)、安全、可持續(xù)的城市建設(shè)模式，隨著海綿城市建設(shè)的發(fā)展，進(jìn)行深入的地域性、獨(dú)特性、需求性分析，形成具有針對(duì)性和系統(tǒng)性的解決方案已成為迫切需求。

1.海綿城市的概念及發(fā)展

1.1概念

海綿城市（Eco-sponge City）是指城市能夠像海綿一樣對(duì)雨（雪）水進(jìn)行吸收、貯蓄、下滲及凈化，并適時(shí)“釋放”利用，是未來城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要基礎(chǔ)。

1.2 LID低影響開發(fā)發(fā)展

我國從2013年海綿城市理念的提出開始，出臺(tái)一系列政策和規(guī)范，2014年頒布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，明確了 LID（Low Impact Development）低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的內(nèi)容、要求和方法，《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》在具體的實(shí)踐操作上，需要各地建設(shè)者根據(jù)城市所屬區(qū)域的不同氣候特點(diǎn)和自然特點(diǎn)進(jìn)行分析、規(guī)劃和建設(shè)，不同側(cè)重的進(jìn)行“滲、滯、蓄、凈、用、排?！?/p>

2015年進(jìn)行海綿城市試點(diǎn)建設(shè)，16個(gè)城市成為首批“海綿城市”建設(shè)試點(diǎn)，2016年，14 個(gè)城市成為第二批“海綿城市” 建設(shè)試點(diǎn)。2019年出臺(tái)了《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，海綿城市建設(shè)從基礎(chǔ)的定性階段，進(jìn)入定量建設(shè)階段。

2.海綿城市建設(shè)LID 主要技術(shù)途徑與嚴(yán)寒地區(qū)亟需解決的問題

2.1嚴(yán)寒地區(qū)海綿城市建設(shè)LID 技術(shù)途徑

低影響開發(fā) LID（Low Impact Development）技術(shù)通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，以原有生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、恢修復(fù)、低影響開發(fā)為工作重心，南方地區(qū)普遍采用生物滯留系統(tǒng)（Bio-retention）、可滲透路面（Permeable? pavements）等措施。物滯留系統(tǒng)在低洼的地區(qū)種植灌木、花草以及樹木等植物，通過植物-土壤-填料的過濾作用對(duì)徑流雨水進(jìn)行凈化后，補(bǔ)充地下水或通過底部的穿孔管輸送到市政排水系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)的處理;可滲透路面采用透水性較好的材料鋪設(shè)的路面，使雨（雪）水很快地入滲到地基土壤中，降低城市排水壓力、控制城市水體污染、改善道路行駛環(huán)境。

2.2嚴(yán)寒地區(qū) LID 技術(shù)亟需解決的問題

我國現(xiàn)有30個(gè)海綿試點(diǎn)城市，試點(diǎn)城市地理氣候有很大差異，南方城市中的海綿城市LID技術(shù)的措施和方法在北方地區(qū)應(yīng)用往往出現(xiàn)各種問題。北方嚴(yán)寒地區(qū)一年四季分明，水系資源有較明顯的豐、枯水期及穩(wěn)定封凍期，豐水期主要集中在6～8月，北方多數(shù)城市處于地理氣候下的暴雨典型區(qū)域，植被以落葉型喬灌木為主，蓄水能力較差、天然海綿體較少，同時(shí)封凍期對(duì)地下水的補(bǔ)充較弱，封凍期過后出現(xiàn)大量融化雪水。北方嚴(yán)寒地區(qū)關(guān)于LID 技術(shù)在夏雨冬雪的水資源利用問題的處理、本地植被利用，以及豐水期枯水期海綿體存活問題成為問題關(guān)鍵。

3.嚴(yán)寒地區(qū) LID 技術(shù)應(yīng)用建議

LID 低影響開發(fā)的技術(shù)應(yīng)用須考慮氣候影響因素、能源開發(fā)因素、城鎮(zhèn)發(fā)展現(xiàn)狀及未來城鎮(zhèn)發(fā)展趨勢(shì)等因素，北方嚴(yán)寒地區(qū)的LID技術(shù)應(yīng)用應(yīng)著重在豐水期雨洪管理與雪水再生資源化利用方面，建議從以下幾個(gè)方面入手：

3.1構(gòu)建城區(qū)與周邊海綿城市體系

最大可能性的恢復(fù)已經(jīng)破壞的水系、綠地，擴(kuò)大包括城區(qū)內(nèi)及周邊原有河流、湖泊、濕地建設(shè)，保證河流、湖泊、濕地、林地等大型海綿體的規(guī)模體量，并擴(kuò)充發(fā)展城區(qū)與周邊的的綠地，包括居住區(qū)、公園、道路周邊綠地等，提高中型綠色海綿空間的比例，加強(qiáng)城區(qū)內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施與房屋建筑之間的濕塘、生物滯留設(shè)施，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施、房屋建筑等的綠地穿插設(shè)計(jì)與維護(hù)，構(gòu)成系統(tǒng)的從源頭到末端的、層層遞進(jìn)的城市海綿體建設(shè)，為嚴(yán)寒地區(qū)城市改造 LID 技術(shù)應(yīng)用與良好運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

3.2附加城市基礎(chǔ)設(shè)施以及房屋建筑對(duì)水資源的回收與凈化功能

北方嚴(yán)寒地區(qū)的LID 低影響開發(fā)受季節(jié)影響較大，基礎(chǔ)設(shè)施及房屋建筑本身對(duì)水資源的迅速感應(yīng)與處理能力能顯著提高技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益。將LID 技術(shù)應(yīng)用融入城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與房屋建筑建設(shè)，兩者有機(jī)結(jié)合，重點(diǎn)從基礎(chǔ)設(shè)施與房屋建筑功能，及功能材料應(yīng)用設(shè)計(jì)方面入手。例如增強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建筑對(duì)雨水、雪水的滲透、導(dǎo)流、凈化屬性，在基礎(chǔ)設(shè)施表面或外部結(jié)構(gòu)增加太陽能熔融設(shè)備設(shè)計(jì)、水流引導(dǎo)構(gòu)造設(shè)計(jì)，能快速的溶解雪水，并將滲透至地下或屋面的雨（雪）水集中，并匯聚至凈化設(shè)施，進(jìn)行后續(xù)的雨（雪）水處理工作。

在控制雨（雪）水的滲透速度方面，可在基礎(chǔ)設(shè)施水流引導(dǎo)之前，采用針對(duì)設(shè)計(jì)的專用透水混凝土代替普通混凝土硬化道路或鋪裝路面材料，降雨強(qiáng)度較大的地區(qū)宜選擇孔隙率較大的排水型材料。雨（雪）水經(jīng)透水材料初步過濾后再經(jīng)過導(dǎo)流入凈化系統(tǒng)，凈化之后補(bǔ)給地下水或重新導(dǎo)入基礎(chǔ)設(shè)施、房屋建筑本身重新利用，形成良性的水資源循環(huán)（利用）機(jī)制。

北方寒冷地區(qū)的水資源凈化設(shè)施、透水材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用，要考慮材料本身的抗凍融性能設(shè)計(jì)，增加材料使用壽命，并在有腐蝕性介質(zhì)的（如硫酸鹽、氯鹽）的土壤、水域區(qū)域考慮材料防腐蝕設(shè)計(jì)技術(shù)，提升耐久年限。

3.3提升北方嚴(yán)寒地區(qū)路面雪水資源利用能力

目前北方嚴(yán)寒地區(qū)快速處理冬季降雪主要有機(jī)械除雪、化學(xué)除雪及機(jī)械除雪與化學(xué)除雪相結(jié)合的方式。單純機(jī)械除雪效率較低，化學(xué)除雪對(duì)道路路面產(chǎn)生化學(xué)損傷，沒有考慮水資源回收利用問題，對(duì)于水資源比較缺乏的北方城市是一種寶貴資源的浪費(fèi)。對(duì)于考慮機(jī)械除雪的北方嚴(yán)寒城市，在城市道路設(shè)計(jì)中需要考慮預(yù)留堆雪空間及蓄存冰雪空間，可將雪水導(dǎo)入市政水凈化系統(tǒng)。

從可持續(xù)發(fā)展角度應(yīng)考慮開發(fā)應(yīng)用可融雪路面材料，利用相變材料儲(chǔ)能放熱原理，及時(shí)將路面降雪融化，經(jīng)路面坡度導(dǎo)流至路面兩側(cè)綠地，滲透到地下導(dǎo)流裝置，流入市政凈化系統(tǒng)，污染物質(zhì)通過滲透、過濾等機(jī)制得到去除，不但雪水資源得到利用，而且清雪環(huán)節(jié)去除，并能有效防止路面雪水冰凍引發(fā)的道路交通事故發(fā)生。路面兩側(cè)綠地可采用帶有孔的防凍濾水模塊，植被可透過模塊生長。

另外，也可采用滲透路面材料，雨（雪）水由表面材料滲入底基層，最終下滲到地下水水層或經(jīng)暗管排入市政管網(wǎng)。但目前采用的透水路面技術(shù)壽命受環(huán)境影響大，在北方夏秋季節(jié)應(yīng)用較適合，但在春冬季節(jié)受采暖期空氣不良影響較大，易受污染造成路面透水孔堵塞，使用效果降低，在這一方面的技術(shù)更新研究還需深入。

3.4 LID 技術(shù)應(yīng)用節(jié)能增效機(jī)制

為增效城市基礎(chǔ)設(shè)施以及房屋建筑雨（雪）水回收、凈化功能，可將既有或新建基礎(chǔ)設(shè)施及房屋建筑進(jìn)行節(jié)能改造，將雨（雪）水回收、凈化等功能結(jié)合到節(jié)電、節(jié)水改造中，統(tǒng)籌至能源控制系統(tǒng)。例如在房屋建筑屋頂設(shè)置小規(guī)模的生物滯留系統(tǒng)，將雨（雪）水回收至自有凈化系統(tǒng)，統(tǒng)一分配使用至自有用戶的生活清潔用水，如衛(wèi)生間沖水、供暖用水、房屋飾面清潔用水等等。這種增效LID 技術(shù)應(yīng)用節(jié)能機(jī)制可促進(jìn)人們對(duì)于節(jié)能系統(tǒng)的關(guān)注，增加設(shè)施維護(hù)熱情，技術(shù)應(yīng)用節(jié)能效果可明顯增加，更有助于實(shí)現(xiàn)城市水資源的良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。LID 技術(shù)應(yīng)用節(jié)能增效機(jī)制餓廣泛應(yīng)用在新建建筑與既有建筑節(jié)能改造中，尤其在我國北方缺水的城市具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.結(jié)語

嚴(yán)寒地區(qū)的海綿城市的建設(shè)需要根據(jù)其地域特點(diǎn)和需求，綜合規(guī)劃，有機(jī)協(xié)調(diào)基礎(chǔ)設(shè)施、房屋建筑與LID技術(shù)之間的關(guān)系，為獲得最優(yōu)的適宜嚴(yán)寒地區(qū)的LID低影響開發(fā)措施還需要長時(shí)間大量的相關(guān)技術(shù)研究實(shí)踐與經(jīng)濟(jì)投入。新技術(shù)、新材料的研發(fā)是未來LID低影響開發(fā)技術(shù)的突破性發(fā)展的重點(diǎn)。

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