透水設(shè)施和雨水花園在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用探究

徐海洲

（北京禹冰水利勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，北京 100080）

海綿城市作為我國(guó)近年來(lái)城市建設(shè)的新理念，與傳統(tǒng)城市相比，具有綠色、環(huán)保的功能。傳統(tǒng)城市雖然能夠保證道路的整潔和城市的美觀，但排水系統(tǒng)不完善，城市街區(qū)、道路硬化等問(wèn)題極易造成雨季時(shí)降雨累積于路面，引發(fā)城市內(nèi)澇現(xiàn)象[1,2]。海綿城市，即水彈性城市，是指城市能夠像海綿一樣在遭遇降雨時(shí)進(jìn)行“吸水”，在城市用水時(shí)將這些雨水進(jìn)行釋放。與傳統(tǒng)城市相比，海綿城市通過(guò)宏觀與微觀相結(jié)合的方式，統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)，不僅能夠在城市遭遇降雨時(shí)將雨水“吸收”，降低地表徑流，緩解城市內(nèi)澇；而且“吸收”的雨水可以進(jìn)行再次利用，解決城市缺水問(wèn)題和城市熱島效應(yīng)[3,4]。海綿城市建設(shè)的方針遵照“滲、滯、蓄、凈、用、排”，而“滲水”和“凈水”又是雨水能否收集和再次利用的關(guān)鍵因素。因此，“滲水”和“凈水”技術(shù)在海綿城市建設(shè)中起到重要作用。

1 透水設(shè)施

海綿城市建設(shè)過(guò)程中雖然圍繞“滲、滯、蓄、凈、用、排”，但滲水在海綿城市建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，如果雨水無(wú)法下滲便無(wú)法進(jìn)行后續(xù)凈化、收集以及再利用的過(guò)程；而雨水下滲過(guò)程中，由于路面占據(jù)城市面積的比例較大，道路的雨水下滲功能將直接影響雨水徑流以及后續(xù)處理過(guò)程。

1.1 透水混凝土

透水混凝土即多孔性混凝土，由骨料、水泥、外加劑和少量水混合攪拌合成，與傳統(tǒng)混凝土相比，透水混凝土能夠更為迅速的使雨水下滲。透水混凝土由于其多孔透氣性能，能夠快速的下滲雨水，降低雨水徑流流量，延緩地面雨水徑流形成時(shí)間，甚至保證路面不積水，進(jìn)而解決城市內(nèi)澇問(wèn)題[5]。與此同時(shí)，下滲的雨水經(jīng)凈化后，一方面可以儲(chǔ)存，然后將收集的雨水用于城市綠化灌溉等方面，實(shí)現(xiàn)雨水循環(huán)利用，從而節(jié)省水資源；另一方面透水混凝土表面也可以根據(jù)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行顏色噴灑，并與周邊的景觀設(shè)施相結(jié)合，形成特有的搭配風(fēng)格，間接的提高市民生活水平[6]。

1.2 透水鋪裝

透水鋪裝格作為透水鋪裝中最為常見(jiàn)的設(shè)施之一，采用塑料框架與石塊相結(jié)合的方式，既可以保證雨水的快速下滲，也可以保證路面的承載負(fù)荷。透水鋪裝格以開(kāi)孔率較大的塑料為骨架，內(nèi)部裝填密實(shí)度較高的石塊，進(jìn)行填埋和路面鋪設(shè)。由于透水鋪裝格塑料骨架的開(kāi)孔率高達(dá)95%，因此，能夠使得雨水快速通過(guò)孔隙進(jìn)行下滲，延緩地表徑流時(shí)間[7]。此外，塑料骨架內(nèi)裝填的石塊等材料密度和質(zhì)量較大，具有較高的承載負(fù)荷能力，能夠有效地支撐較大的人員流量和密度，甚至是較多的車輛數(shù)量，因此，透水鋪裝格通常被應(yīng)用于廣場(chǎng)、居住區(qū)等區(qū)域。楊迪軒[8]也認(rèn)為透水鋪裝在海綿城市建設(shè)中能夠加快雨水下滲，緩解地表徑流。他們以陜西省西咸新區(qū)灃西新城作為海綿城市的試點(diǎn)，在灃西新城海綿城市建筑園區(qū)等示范點(diǎn)設(shè)置了透水鋪裝，透水鋪裝鋪設(shè)后能夠保證雨水的快速下滲，并且降低雨水與路面的撞擊聲音。

綜上所述，透水設(shè)施在海綿城市建設(shè)過(guò)程中能夠有效緩解城市內(nèi)澇現(xiàn)象，降低城市雨水徑流，并且收集雨水，對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充。另外，道路占據(jù)城市面積較大，當(dāng)鋪設(shè)透水設(shè)施時(shí)，由于透水設(shè)施具有較好的透水性能，可以通過(guò)水分自然蒸發(fā)和蒸騰作用調(diào)節(jié)路面溫度，緩解城市熱島效應(yīng)[9]。此外，當(dāng)城市遭遇降雨尤其是暴雨時(shí)，雨水密集度較大，降落的雨水與路面產(chǎn)生的撞擊聲音會(huì)影響甚至干擾市民生活，而當(dāng)采用透水設(shè)施時(shí)雨水撞擊路面產(chǎn)生的聲音可以在透水設(shè)施的孔隙中運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)摩擦、撞擊等過(guò)程轉(zhuǎn)化成熱能，進(jìn)而降低雨水產(chǎn)生的噪聲[10]。但透水設(shè)施也存在相應(yīng)的問(wèn)題。例如，承載強(qiáng)度和使用時(shí)間。一方面，與傳統(tǒng)路面相比，透水設(shè)施雖然具有較好的透水性能，能夠緩解雨水徑流現(xiàn)象，但由于透水設(shè)施的多孔性能使得其承載負(fù)荷能力降低，而道路作為城市建設(shè)中的關(guān)鍵因素將直接影響城市的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)透水設(shè)施與道路大面積結(jié)合時(shí)極易造成道路承載性能降低，較高的車流量的密集度、樓宇建造的范圍和大小甚至可能會(huì)使得路面出現(xiàn)凹陷、崩塌，嚴(yán)重干擾市民日常生活水平和城市的安全性[11]。因此，如何合理化、規(guī)范化構(gòu)造透水設(shè)施和道路，既保證路面的安全性和穩(wěn)定性，同時(shí)兼顧透水性能、快速下滲雨水是實(shí)現(xiàn)海綿城市道路建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。另一方面，透水設(shè)施與道路結(jié)合后在一定時(shí)間內(nèi)可以利用其較高的孔隙性能下滲雨水，但隨著降雨次數(shù)、降雨密度以及降雨量的不斷累積，降雨過(guò)程中攜帶的顆粒污染物和地表徑流包含的污染物會(huì)不斷填塞透水設(shè)施的孔隙，進(jìn)而降低透水設(shè)施的透水性能[12]。此外，由于透水設(shè)施與路面結(jié)合的特殊性及經(jīng)濟(jì)，無(wú)法進(jìn)行再次翻新、重復(fù)使用。因此，如何有效提高透水設(shè)施的使用效率和時(shí)間是透水設(shè)施能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

2 雨水花園

海綿城市建設(shè)的核心是實(shí)現(xiàn)雨洪資源化，即雨水循環(huán)利用，因此下滲、收集后的雨水只有經(jīng)過(guò)凈化作用才能被用于綠化灌溉、洗車沖刷以及緩解城市熱島效應(yīng)。雨水花園作為海綿城市建設(shè)中常見(jiàn)的功能設(shè)施，不僅具有凈化雨水功能，而且能夠作為自然景觀和城市綠地美化周邊環(huán)境，豐富、提高人們生活水平。

雨水花園的凈化功能主要植物和微生物協(xié)同完成。植物可以通過(guò)根系對(duì)地表徑流攜帶的污染物和土壤中的污染物進(jìn)行吸附和降解，吸附后的污染物可以通過(guò)植物內(nèi)部輸送組織被輸送至植物頂端，植物頂端被收割后對(duì)污染物進(jìn)行后續(xù)處理，而植物則可以在春季時(shí)繼續(xù)生長(zhǎng)，通過(guò)收割—生長(zhǎng)—收割的方式循環(huán)處理污染物[13]。而雨水花園中的微生物是海綿城市中降解地表徑流污染物的主體。土壤或植物根系通常作為微生物的載體，不僅能夠?yàn)槲⑸锾峁┥婵臻g、防止微生物流失，并且較大的比表面積能夠增加微生物與污染物的接觸，進(jìn)而提高污染物降解效率。閆丹丹等[14]認(rèn)為雨水花園是海綿城市凈化污染物的重要設(shè)施之一，能夠高效的去除地表及土壤中的污染物。以陜西省西安市某高校內(nèi)土壤為研究對(duì)象，土壤中重金屬污染十分嚴(yán)重，其中Cu、Zn 和Cd 的點(diǎn)超率已經(jīng)高達(dá)75%～87.5%、14.29%～62.5%和85.71%～87.5%。建設(shè)雨水花園后，其匯流面積可以達(dá)到604.7m2，匯流比約為20:1，通過(guò)微生物與植物的協(xié)同作用能夠高效的去除土壤中的重金屬元素，經(jīng)檢測(cè)僅在土壤表層有微量Cu 和Zn 元素存在且未達(dá)到污染標(biāo)準(zhǔn)。然而，雨水花園也存在相應(yīng)的問(wèn)題。例如，植物的選擇、地理環(huán)境。雨水花園中的植物通常選用本地的植物，一方面本地植物土植物能夠更好地適應(yīng)生存環(huán)境，植物成活率較高，數(shù)量也較多，種植的成本也較低；另一方面，栽種本土植物可以更好地維持城市自身生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；此外，選擇植物時(shí)也需要考慮植物的多樣性和耐澇耐旱性能，多樣化的植物不僅能夠保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能，而且通過(guò)景觀設(shè)計(jì)可以作為景點(diǎn)設(shè)施；植物的耐澇耐旱性能則能夠保證植物適應(yīng)極端環(huán)境，并高效的發(fā)揮其凈化功能[15]。此外，地理環(huán)境也是影響雨水花園建設(shè)的關(guān)鍵因素。不同地區(qū)地形和地勢(shì)的差異會(huì)引起路面坡度不同，進(jìn)而影響雨水徑流流速。因此，坡度較大的路面需要設(shè)置緩沖帶等設(shè)施，控制雨水徑流流速，保證雨水下滲的時(shí)間，延長(zhǎng)雨水與土壤中微生物接觸凈化的時(shí)間并充分收集凈化后的雨水。地質(zhì)和地貌則會(huì)影響植物栽種的種類、密度以及附屬設(shè)施等，當(dāng)所在地區(qū)地質(zhì)較為松軟時(shí)，植物的密度和蓄水池等附屬設(shè)施的選擇和埋深需要考慮土地的承載負(fù)荷。

綜上所述，雨水花園建設(shè)過(guò)程中應(yīng)充分了解、熟悉雨水花園的模式，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)氣候、地質(zhì)以及環(huán)境等條件，因地制宜綜合規(guī)劃，合理選擇栽種植物的種類和密度，實(shí)現(xiàn)雨水花園凈化雨水功能的同時(shí)兼顧景觀效應(yīng)，并保證當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

海綿城市作為綠色、環(huán)保工程能夠緩解城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)雨洪資源化，其中“滲水”和“凈水”技術(shù)在海綿城市建設(shè)過(guò)程中起到重要作用，是實(shí)現(xiàn)雨水是否能夠收集及再次利用的關(guān)鍵。因此，在城市整體規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ)之上，如何因地制宜并根據(jù)所在地區(qū)的氣候、環(huán)境等條件有效的將“滲水”和“凈水”設(shè)施“融入”城市建設(shè)，并保證城市的穩(wěn)定性和安全性是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)的重要因素。