對(duì)市政雨排水系統(tǒng)可持續(xù)性設(shè)計(jì)的探討

趙冬楠

（沈陽鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

1 我國目前市政雨排水系統(tǒng)存在的問題

1.1 市政雨排水系統(tǒng)排水能力不足

城市內(nèi)澇事故頻發(fā)，其原因除了氣象環(huán)境變化、極端降雨天氣增多以外，最根本因素應(yīng)歸為我國日益加劇的城市化規(guī)模，帶來的城區(qū)地表徑流系數(shù)增大，可受納生態(tài)面積變小，相應(yīng)對(duì)接的現(xiàn)有市政雨排水系統(tǒng)能力不足、升級(jí)建設(shè)滯后。自然條件下，地表徑流量為10%，蒸發(fā)量為40%；受城市化影響后，地面硬化率增高，地表徑流量上升到55%，地下滲流量隨之降低，加重了市政雨排水系統(tǒng)的排水壓力。

1.2 市政雨排水的環(huán)境污染

市政雨排水的環(huán)境問題主要為初期雨水徑流帶來的面源污染。隨著城市化發(fā)展，城區(qū)自然土壤被不透水路面替代，降雨滲透量變小，雨水地表徑流增大，空氣、建筑物及地面等累積污染物經(jīng)雨水徑流沖刷后匯集，污染物濃度或?qū)⒏哂诘湫托猿鞘形鬯?，將?dǎo)致城市雨排水受納水體環(huán)境污染。影響雨水徑流污染的因素主要包括降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、下墊面狀態(tài)及降雨間隔時(shí)間等因素。落于透水下墊面范圍的雨水有一定部分將下滲到地下，其徑流雨水污染物濃度相較不透水地面范圍內(nèi)的小，因而屋面及道路初期雨水的污染相對(duì)嚴(yán)重。

2 我國海綿城市發(fā)展概述

海綿城市是指像海綿一樣具有吸水、蓄水、滲水、排水和凈水功能的城市，降雨時(shí)快速吸收、儲(chǔ)存雨水，在需要的時(shí)候?qū)⑿畲娴乃搬尫拧背鰜?，并加以利用的城市類型。海綿城市具有良好的彈性，能適應(yīng)各種環(huán)境的變化，幫助解決城市雨水環(huán)境問題，還能在一定程度上應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害，增強(qiáng)城市的防御能力，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。建設(shè)海綿城市勢(shì)在構(gòu)建一套可持續(xù)的城市雨水管理體系，維護(hù)水資源的生態(tài)平衡，是現(xiàn)代城市建設(shè)持續(xù)發(fā)展的前提，也是從根本上解決城市雨水問題的關(guān)鍵。

我國的海綿城市建設(shè)相較于發(fā)達(dá)國家來說起步較晚，自2014年住建部在《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》中首次明確提出創(chuàng)建海綿城市的概念，并對(duì)低生態(tài)影響城市開發(fā)提供了一系列的技術(shù)支持。2015年，國務(wù)院頒布《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》，指出海綿城市建設(shè)的目標(biāo)是達(dá)到70%的降雨可以就地消納并利用，到2020年，20%的城市建設(shè)區(qū)要達(dá)到要求，到2030年，80%的城市建成區(qū)要達(dá)到要求。國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議中要求“加強(qiáng)城鎮(zhèn)老舊小區(qū)改造和社區(qū)建設(shè)，增強(qiáng)城市防洪排澇能力，建設(shè)海綿城市、韌性城市”。與此同時(shí)，陸續(xù)選定海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市。在國家大力開展海綿城市建設(shè)的政策環(huán)境下，我國目前已有130多個(gè)城市制定了海綿城市建設(shè)方案，研究學(xué)者不斷探索降雨徑流模型、徑流控制技術(shù)、城市綠色基建設(shè)施、海綿城市規(guī)劃策略及可持續(xù)管理辦法等。

3 市政雨排水系統(tǒng)可持續(xù)性設(shè)計(jì)方法探討

海綿城市的構(gòu)建離不開雨洪的管理和利用。在城市水資源短缺，而城市內(nèi)澇又特別突出的環(huán)境下，合理管理和利用雨水資源就顯得尤為重要。中央多次提出建設(shè)“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市，重點(diǎn)是將雨水進(jìn)行收集并回用，利用生態(tài)使雨水多留少排，以此提升雨水利用率，高效管理城市雨水，因地制宜地采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施。

3.1 屋面雨水

屋面雨水徑流量大，占城區(qū)雨水資源量65%左右，其水質(zhì)污染相對(duì)較小，且易于收集，是市政雨水收集回用的主要研究對(duì)象。屋面初期雨水污染較嚴(yán)重，屋面徑流中總氮、總磷含量較低，但濁度、懸浮物及COD指標(biāo)相對(duì)較高。污染物的來源主要為大氣中的污染物沉降以及來自屋面材料的污染物。不同屋面材料產(chǎn)生的污染有所不同，常見的屋面材料中，污染物濃度由高到低依次為瀝青屋面、混凝土屋面、瓦屋面。有研究表明，鋅屋面和瓦屋面的多環(huán)芳烴總量分別為232.6ng/L和197ng/L。而初期雨水的沖刷效果與屋面坡度關(guān)聯(lián)性較大，而與降雨量、降雨強(qiáng)度、干燥時(shí)間等特征參數(shù)無顯要相關(guān)性。需經(jīng)過預(yù)處理，在經(jīng)雨水立管收集進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)之前，考慮通過棄流裝置將初期較臟的雨水排至污水管道，經(jīng)過棄流裝置處理的雨水經(jīng)后續(xù)處理后可用作城市的綠地澆灌、路面噴 灑、景觀補(bǔ)水等。另外，也可以利用屋頂綠化，將雨水收集和生態(tài)景觀有機(jī)結(jié)合，不僅節(jié)約能源和水資源，還可改善居住生態(tài)環(huán)境、凈化城市空氣等，是利用雨水的有效辦法。

3.2 路面雨水

以往城市道路多為不透水路面，面積約占城市總體的10%～40%，極易形成雨水徑流。受區(qū)域環(huán)境、降雨條件等因素影響，初期雨水水質(zhì)往往較差，總懸浮固體、有機(jī)物含量較高，遠(yuǎn)超雨水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，減少路面雨水徑流、降低市政雨水管網(wǎng)壓力、減少污水處理廠水處理負(fù)荷為亟待解決的關(guān)鍵所在。

減少路面雨水徑流可采用透水鋪裝路面的工程措施，以達(dá)到有效滲透并收集雨水的效果。試驗(yàn)表明，全透水瀝青路面的滲水系數(shù)可達(dá)4899mL/min，透水磚孔隙率為15%～20%時(shí)，滲水系數(shù)可達(dá)0.02cm/s。不足的是，透水鋪裝的透水性會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降，部分區(qū)域的透水鋪裝使用兩年后透水性能下降了68%。故未來還需加強(qiáng)延長透水鋪裝材料使用周期的研究。此外，有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過透水鋪裝的徑流雨水中的懸浮物、總氮、總磷的含量較低，對(duì)COD、重金屬、油類都有一定的去除效果。

除此之外，建設(shè)生物滯留帶也是一種常見工程舉措，包括種植土-碎石綠化帶、植草溝、植被緩沖帶、下凹式綠地等，通過滯留、過濾、滲透的方式去除初期雨水中的污染物，在減緩雨水徑流的同時(shí)凈化雨水水質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)，60m長的植草溝對(duì)懸浮物、碳?xì)浠衔锖椭亟饘俚娜コ史謩e為80%、75%、46%～67%；19m長的植被緩沖帶可以去除74%的總磷、60%的總氮、58%的可溶性磷；將植被緩沖帶與市政排水系統(tǒng)結(jié)合，在地下1.2m處營造厭氧環(huán)境，可去除85%的磷酸鹽。滯留過程中雨水的水力停留時(shí)間越長、植被緩沖帶長度越長、坡度越低、植被密度越大，污染物去除效果越顯著：停留10、18分鐘的懸浮物去除率分別為74.4%、97.2%；緩沖帶植被密度由2500束/m2增加到10000束/m2時(shí)，懸浮物的去除率將提升45%。

3.3 末端集流設(shè)施

上述管網(wǎng)集流過程中的自然凈化方式雖可去除一定量的污染物，但對(duì)于頑固難去除的物質(zhì)而言，如何高效去除仍是雨水凈化回用的難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)城市道路雨水排入合流制市政管道或分流制雨水管道，最終都送入污水處理廠統(tǒng)一處理。雨水徑流具有水量不定量、水質(zhì)不定性的特點(diǎn)，對(duì)市政污水處理廠具有不小的沖擊性。于雨水管網(wǎng)末端修建集水池、人工濕地，既可削減洪峰流量、亦可在一定程度上利用自然生態(tài)的方法對(duì)雨水進(jìn)行凈化處理，是經(jīng)濟(jì)有效的工程措施。在市區(qū)內(nèi)一般結(jié)合道路廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、公園綠地、城市水系等市政公共區(qū)域修建雨水蓄調(diào)池，是治理初期雨水的重要工程措施。而于管網(wǎng)末端借由城市自然生態(tài)水體修建生物滯留池除具調(diào)蓄功能以外，亦能降低甚至是難處理的污染物濃度，例如對(duì)重金屬而言，在末端生物滯留系統(tǒng)中利用溶解性有機(jī)物（DOM）的協(xié)同作用就能對(duì)重金屬起到較好作用，并且溶解性有機(jī)分子的量越小，絡(luò)合作用隨之增強(qiáng)。有研究證實(shí)，生物滯留池對(duì)徑流中的懸浮物、磷、鉛、鋅的去除效果明顯，去除率分別為82%、47%、73%、71%。

4 結(jié)語

本文回顧了我國的海綿城市發(fā)展歷程，歸納了海綿城市的建設(shè)思路，而后總結(jié)了目前最適合我國國情的海綿城市建設(shè)及改造工程的設(shè)計(jì)方案?？傮w來說我國目前已經(jīng)建成的海綿城市雨水系統(tǒng)初見成效，但還有許多需要優(yōu)化之處，除了工程方面的設(shè)計(jì)優(yōu)化外，還需要加強(qiáng)國家雨水宏觀上的可持續(xù)性管理、加強(qiáng)區(qū)域雨水生態(tài)建設(shè)、并逐步完善相關(guān)法律法規(guī)，寄以實(shí)現(xiàn)國家雨水資源的宏觀調(diào)配、提升我國對(duì)抗自然災(zāi)害的能力。如同其他發(fā)達(dá)國家一樣，我國要想形成一套完善的雨水管理體系還要經(jīng)歷一個(gè)漫長的發(fā)展歷程，要想推動(dòng)這一進(jìn)程就必需加強(qiáng)宣傳普及海綿城市建設(shè)的意義和必要性，民眾共同朝著建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)城市而努力。