海綿城市理念的雨水濕地系統(tǒng)構(gòu)建

韓旭東

摘要：近些年來，我國(guó)的城鎮(zhèn)化建設(shè)的進(jìn)程不斷加快，這也使得城市建筑密度不斷提升，在道路上、屋面上等關(guān)鍵位置存在的不透水的位置逐漸增多，這使得當(dāng)暴雨來臨時(shí)，地表徑流數(shù)量增加，對(duì)地下水的補(bǔ)給量逐漸減少，造成地下水質(zhì)的降低，還容易使得城市出現(xiàn)內(nèi)澇的現(xiàn)象，對(duì)人們的正常生產(chǎn)以及生活帶來了極大的負(fù)面影響。鑒于此，本文主要分析海綿城市理念的雨水濕地系統(tǒng)構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：海綿城市;雨水濕地;構(gòu)建

中圖分類號(hào)：TU712? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1、引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，屋面、道路、地面等設(shè)施的建設(shè)導(dǎo)致下墊面硬化，70%～80%的降雨形成徑流，僅有20%～30%的雨水能夠滲入地下，破壞了自然生態(tài)的“海綿體”，導(dǎo)致逢雨必澇、遇澇則癱、城里看海等現(xiàn)象的產(chǎn)生，帶來生態(tài)惡化、水資源、水安全等一系列嚴(yán)重問題。傳統(tǒng)的以“快速排除”和“末端集中”控制為主的規(guī)劃設(shè)計(jì)理念已經(jīng)難以為繼，而以“滲、滯、蓄、凈、用、排”為設(shè)計(jì)理念的海綿城市建設(shè)將是發(fā)展趨勢(shì)。因此，具有吸收、存蓄、滲透、凈化、調(diào)節(jié)水循環(huán)等功能的新型蓄水透水材料將在海綿城市建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。

2、雨洪管理的目標(biāo)分類

目前，我國(guó)城市雨洪管理在規(guī)劃層面的目標(biāo)一般包括徑流總量、徑流峰值、徑流污染等方面的削減與控制。這些目標(biāo)大多以控制指標(biāo)的形式而制定，各指標(biāo)分類分區(qū)的定量管控，有利于城市在流域?qū)用娴乃幕謴?fù)。但對(duì)于設(shè)計(jì)層面而言，這些目標(biāo)相對(duì)單薄，缺乏對(duì)場(chǎng)地美化、生態(tài)、防災(zāi)等功能特征的體現(xiàn)。故本研究綜合以上管理目標(biāo)，結(jié)合城市公園的造景需求，從定性角度，將城市公園設(shè)計(jì)的雨洪管理目標(biāo)分為以下4個(gè)方面：（1）雨洪徑流控制目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)主要匯水面雨水徑流總量、峰值的控制和削減;（2）雨水污染凈濾目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)利用自然水文過程對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的雨水進(jìn)行滲濾和凈化;（3）雨水資源利用目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)利用雨水儲(chǔ)存設(shè)施對(duì)場(chǎng)地內(nèi)的雨水進(jìn)行收集和利用;（4）雨水景觀營(yíng)造目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)雨水運(yùn)動(dòng)過程的景觀化，使重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，體現(xiàn)“活水”景觀。

3、雨水型人工濕地的“海綿功能”運(yùn)行機(jī)制

3.1、削弱徑流洪峰機(jī)制

濕地公園一般具有大面積的綠地和景觀水體，可以消納一定城市區(qū)域內(nèi)的雨水。在豎向設(shè)計(jì)中，通過地形和地表的設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步降低徑流速度，削減洪峰。比如通過控制地形的坡度，延長(zhǎng)地表雨水的徑流路徑，減緩徑流速度，從而延長(zhǎng)了雨水下滲的時(shí)間，增加了滲透量。也可以通過設(shè)置坑塘級(jí)差，消減洪流。例如廣州大觀濕地公園在原有濕地基礎(chǔ)上，按照防洪要求計(jì)算后，依地勢(shì)設(shè)置7個(gè)小水塘，每個(gè)水塘深約1～1.5m，形成具有落差的“海綿泡”。這些高低錯(cuò)落的“海綿泡”，起到阻緩減弱地表徑流，避免產(chǎn)生洪流的作用。

3.2、污染治理機(jī)制

人工濕地一般由五個(gè)元素構(gòu)成：（1）水;（2）飽和基質(zhì)：如礫石、砂和土壤，還有礦渣、煤渣和活性炭等。這些基質(zhì)可以為微生物的生長(zhǎng)提供穩(wěn)定的依附表面;（3）水生植被：適于在濕地基質(zhì)中生長(zhǎng)，并具有較強(qiáng)凈化能力的植物，如燈芯草、香蒲、蘆葦?shù)?（4）動(dòng)物：如魚類、水禽等;（5）微生物種群。人工濕地中水質(zhì)凈化的基本過程是：在基質(zhì)上種植具有較強(qiáng)吸附和吸收污染物的濕地植物，當(dāng)污水流過人工濕地時(shí)，首先經(jīng)過透水基質(zhì)的過濾作用，再通過植物根部多種微生物的分解活動(dòng)，將污染物進(jìn)行分解、吸收、轉(zhuǎn)化和利用，凈化水質(zhì)。

3.3、雨水資源再利用機(jī)制

在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)基地的自然水文條件來選擇適宜的生態(tài)調(diào)蓄設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的調(diào)蓄和資源化回用。宜優(yōu)先采用具有調(diào)蓄空間的景觀水體，如雨水花園、雨水濕地、濕塘等生態(tài)調(diào)蓄設(shè)施，通過模擬自然濕地的布局和功能，起到雨水調(diào)蓄、水質(zhì)凈化的作用。當(dāng)生態(tài)蓄水設(shè)施的調(diào)蓄容量無法滿足調(diào)蓄要求時(shí)，可以通過設(shè)置蓄水池、蓄水桶等人工蓄水設(shè)施增加蓄水能力，也可以采用設(shè)置滲透井，鋪設(shè)滲透管的方式收集雨水資源。初期雨水進(jìn)行集中過濾、消毒后可用于綠化澆灌用水、公園路面清潔、廁所沖洗及消防用水等。

4、海綿城市理念的雨水濕地系統(tǒng)構(gòu)建

4.1、處理工藝流程

本工程中處理初期雨水采用組合式人工濕地工藝，設(shè)計(jì)為三級(jí)濕地串聯(lián)，包括潛流型人工濕地、表流型人工濕地和生態(tài)穩(wěn)定塘。經(jīng)調(diào)蓄池初步處理過的雨水首先通過DN1200mm管道壓力輸入潛流濕地，潛流濕地出水依次流入一級(jí)表流濕地和一級(jí)生態(tài)穩(wěn)定塘，然后再通過二級(jí)表流濕地和二級(jí)穩(wěn)定塘，最后出水流入生態(tài)溝渠。整個(gè)濕地水體流動(dòng)通過設(shè)置濕地高程實(shí)現(xiàn)重力自流，進(jìn)入潛流濕地的進(jìn)水水位高程設(shè)置為10.05m，一級(jí)表流濕地、一級(jí)生態(tài)穩(wěn)定塘、二級(jí)表流濕地、二級(jí)生態(tài)穩(wěn)定塘高程分別為9.50、9.30、8.90和8.75m。

4.2、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本次工程將人工濕地系統(tǒng)凈化后的雨水作為黑臭水體的補(bǔ)水水源，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了雨水濕地系統(tǒng)與黑臭水體整治的有機(jī)結(jié)合，既減少了雨水的排放，又改善了黑臭水體水質(zhì)。

4.3、水力停留時(shí)間

水力停留時(shí)間是人工濕地設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，其受濕地長(zhǎng)度、寬度、植物、基地材料滲透率、水深和水力坡度等因素影響。根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，一般水力停留時(shí)間最大不超過24h，暴雨期間至少有30min的水力停留時(shí)間以保證處理效果，水力停留時(shí)間達(dá)到10～15h就可以達(dá)到很好的處理效果[14]。依據(jù)日處理污水量（80000m3/d）和設(shè)計(jì)池容，計(jì)算可得本工程中潛流濕地設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為24h;一級(jí)表流濕地為12h;一級(jí)生態(tài)穩(wěn)定塘為12h;二級(jí)表流濕地為7.5h;二級(jí)生態(tài)穩(wěn)定塘為9h。

4.4、基質(zhì)選擇

基質(zhì)是指在人工濕地床體內(nèi)用以提供人工濕地植物與微生物生長(zhǎng)并對(duì)污染物起過濾、沉淀、吸附等作用的填充材料，一般是礫石、砂子、土壤和煤渣等。本次工程中選用多種填料布置方式，主要填料是礫石，輔助少量的沸石和鋼渣作為強(qiáng)化介質(zhì)，同時(shí)沸石用來強(qiáng)化氨氮的去除，鋼渣用來強(qiáng)化磷的去除。填料層的粒徑為5～30mm，孔隙率為30%～40%，厚度為125cm。

4.5、植物選擇

水生植物的選擇使用是人工濕地正常發(fā)揮污染治理效能的關(guān)鍵所在，很多工程經(jīng)驗(yàn)表明利用人工濕地處理初期雨水技術(shù)應(yīng)用效果最好的水生植物有蘆葦、菖蒲和美人蕉。同時(shí)考慮到植物的生長(zhǎng)期，本次也選用了四季常綠的風(fēng)車草、常綠鳶尾和燈芯草。

5、結(jié)束語

隨著我國(guó)海綿城市理念的擴(kuò)展，利用人工濕地作為雨水調(diào)蓄和凈化的空間，雨水回用緩解城市水資源問題，同時(shí)發(fā)揮濕地公園保護(hù)生物多樣性、生態(tài)教育、觀光休閑以及形成城市生態(tài)景觀系統(tǒng)的作用，將成為濕地公園建設(shè)的綜合功能目標(biāo)。但是對(duì)這種復(fù)雜生態(tài)設(shè)施的設(shè)計(jì)還有待于通過設(shè)計(jì)、園林、市政、生態(tài)、環(huán)保等跨專業(yè)的合作，不斷摸索，并以量化的方式總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成系統(tǒng)性研究，方能最大限度地發(fā)揮人工濕地公園的生態(tài)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]孫玉童，方志華，夏明升，劉程.基于海綿城市理念的雨水濕地系統(tǒng)構(gòu)建[J].工業(yè)用水與廢水，2020，51（01）：79-81.

[2]楊帆，鄧宏.海綿城市理念下山地城市公園綠地雨水系統(tǒng)構(gòu)建研究——以重慶市悅來新城會(huì)展公園為例[J].建筑與文化，2019（09）：80-81.

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