第十屆中國（武漢）國際園林博覽會海綿體系的構建

李良鈺　陳凱　甄斌

摘要：

根據武漢園博園辦展的主題、原則、目標，對園區天然水體、人工湖體及自然降水等水資源進行綜合規劃。園區結合展園地形、植被分布特點，充分利用自然降水作為人工湖及綠化用水水源，并以天然水體為后備水源，構建生態草溝、生態小溪、人工濕地、雨水花園等多種形式的海綿體系，實現雨水入滲、調蓄、回用。本工程節水率超過40%，同時水資源的生態利用方式增強了景觀效果，顯著降低雨水徑流外排負荷。

關鍵詞：水資源，雨水回用，雨水調蓄，年徑流總量控制率，生態草溝，人工濕地，綠化灌溉，節水率

1.項目概況

第十屆中國（武漢）國際園林博覽會位于武漢市研口區、東西湖區和江漢區城市集中建設區內主城區與新城區結合部，規劃總用地231ha，其中綠地面積168ha，水體面積8ha，道路/廣場等鋪裝面積40ha，建筑占地11ha，其他用地4ha，如圖一。

園博會的主場地坐落于已停運的金口垃圾場，張公堤及三環線橫穿園區，場地東北角與城中湖金銀湖相接。場地周邊與市政道路相鄰，市政道路上均有市政給排水管線。三環線以南的場地建有城市雨水箱涵，三環線以北的場地也建有城市雨水箱涵以及城市污水箱涵。

本項目功能以園林景觀為主，綠化面積占總用地面積的72.7%，對區域生態環境的改善有明顯正效益。

2.目的和依據

2.1目的

園博園海綿體系構建是根據國家關于建設海綿城市、綠色建筑、節水型城市的要求，按照園博園綠色、生態的辦展理念，結合園區內外各種水資源的相互關系，對園區水資源進行綜合調配、利用的實踐，以求做到對水資源的合理利用，構建低影響開發雨水系統，實現水資源綜合效益最大化。

園博園海綿體系構建首先要做到園區內部與外部的水資源消耗和補充的平衡。園博園對水資源的消耗主要是建筑內的生活用水、室外綠化和道路澆灑用水、室外水景用水（含蒸發、滲透水量）等，園博園水資源的補充主要是天然降水、市政給水以及附近天然湖泊的補水。經過用水量分析計算，通過采取多種技術手段，可以實現園區內水量平衡。

園博園海綿體系構建將在園區內建立一個低影響開發的雨水系統。構建低影響開發雨水系統就是根據園區自然地理條件、水文地質特點、水資源稟賦狀況、降雨規律、水環境保護與內澇防治要求，利用自然排水系統，采用多種生態排水設施和技術手段，充分發揮綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，緩解場地內澇，削減城市徑流污染負荷，節約水資源，保護和改善園區進而改善城市生態環境。

園博園海綿體系構建還通過一系列技術手段實現水資源綜合效益最大化。水資源綜合效益體現在：充分利用雨水等非傳統水源進行綠化、沖洗道路等用途，減少對市政自來水的消耗；對場區雨水進行下滲、調蓄，涵養地下水，減小對市政管網的沖擊負荷；通過采用生態技術，保持楚水的水質穩定；采取生態措施攔截、降低雨水面源污染；水資源利用設施與景觀相配合、相結合，烘托了展會綠色氛圍等。

2.2依據

根據住房城鄉建設部《海綿城市建設技術指南》對我國各地區對年徑流總量控制率的要求，武漢市屬于IV區，年徑流總量控制率應在70%～8 5%之間。按照《綠色建筑評價標準》三星的要求，對非傳統水源的使用率，當作為綠化、沖洗道路時使用率不小于80%。原水經凈化處理后作為綠化、沖洗道路時的水質，應滿足城市雜用水水質標準，當用于景觀時，還應滿足景觀用水水質標準。

3.園博園管網和海綿體系

3.1綠化和道路澆灑給水系統

3.1.1水源：

水源來自于園區收集的雨水，經初期處理后排至南區楚水，湖水經過水處理工藝后加壓供園區綠化和道路澆灑用途，干旱年份楚水應急補水引下銀湖湖水補給。

3.1.2用水量：

綠化澆灑按1升/m2·日，道路澆灑按2升/m2·日標準進行設計。

園博會園區最高日綠化和道路澆灑用水量為2264 m3/d。

3.1.3給水管網：

南北區分別沿園區一級園路敷設DN200綠化管路，供各場地綠化和道路澆灑。

3.2排水系統

3.2.1生活污水水量：

最高日排水量2809m3/d。

3.2.2生活污水排水系統：

園博內的污水根據地勢，按照就近排放的原則排入市政管網。南區按建筑單體分為三個區域重力式排水，北區根據建筑的位置，散點式重力排放，園區各單體分散設置化糞池，經過處理后的污水排入周邊市政道路上的污水管網。如圖三。

3.3雨水收集排放系統

3.3.1雨水計算參數：

采用漢口地區暴雨強度公式計算，暴雨強度按表一取值場地雨水根據地塊的不同取不同的降雨歷時，設計重現期為5年；

徑流系數：景觀用地為0.3，水體為1.0，展園為0.6，各建筑地塊為0.8。

3.3.2雨水水量：

雨水水量按各個地塊劃分匯水面積，根據不同地塊的使用性質確定其徑流系數，南區雨水排水量為16451L/s，北區雨水排水量為14122L/s。

3.3.3雨水調蓄：

本項目的年徑流總量控制率按70%考慮，所在地武漢地區的設計控制雨量為24m m，雨水有效調滯容積為V=55440m3。

本項目低影響開發雨水系統主要體現為雨水的入滲、滯蓄、調蓄和收集回用。由于園區70%以上為生態綠地，下墊面基本都是種植土，滲透性良好。

雨水滲透量Ws=aKJAsTs=41688m3。

式中：

Ws-滲透量，m3；

a-綜合安全系數，a=0.6；

K-土壤滲透系數，K=5.79×10-5m/s；

J-水力坡降，J=1.0；

As-有效滲透面積，As=200×104m2；

Ts-滲透時間，ts=600s；

楚水水體調蓄容積為

V1=Fh=11400x0.8=9120m3。

式中：

V1-調蓄容積，m3；

F-水面面積，F=11400m2；

h-調蓄水位，h=0.8m；

其它雨水調蓄設施的容積V2=V-Ws-V1=4632m3；采用雨水花園的方式進行雨水調蓄，共設24各雨水花園，每個雨水花園調蓄容積不小于V3，

V3：V2/24=193 m3。

通過雨水滲透、楚水蓄積、雨水花園調蓄，園區可達到70%雨水年徑流總量控制率的要求。

3.3.4雨水管網：

南區地形四周高中間低，形成了楚水。南區雨水系統根據地勢收集場地雨水，經生態攔污后排入楚水。楚水溢流的雨水則排入城市雨水箱涵。收集到楚水的雨水，既作為生態景觀水體，同時也作為雨水資源利用的水源，經處理達到城市雜用水水質標準后用作整個園區的綠化和道路澆灑。

北區山體上設置生態草溝，收集山體雨水，通過三環線聯通橋排至南區楚水，用作楚水的補水水源。

3.3.5水量平衡

根據各地塊收集的雨水用作綠化和道路澆灑之用做水量平衡分析，南區可利用的雨水量全年有6個月能夠滿足綠化和道路澆灑的需求。6月雨水盈虧達到最大盈值，為67074m3，日均約為2236m3；12月雨水盈虧達到最大虧值，為-14865m3，日均約為496m3。當雨水系統處于最大盈值月份時，雨水系統通過夢澤湖設置的溢流口排出多余雨水，溢流口設計溢流量為1.5m3/s；當雨水系統處于最大虧值月份時，雨水系統采取從下銀湖取水進行應急補水，補水設計流量為100m3/h。

北區山體上設置生態草溝，收集山體雨水，通過三環線聯通橋排至南區楚水，用作楚水的補水水源。

3.4海綿體系

園博園功能以園林景觀為主，綠化面積占總用地面積的72.7%，面源污染主要成分為固體顆粒物，而重金屬、有機物、農藥等成分相對城市市區面源污染成分顯著較少。園區雨水較為清潔，做好初期雨水攔污凈化，提高雨水含氧量，就可作為夢澤湖補水的良好水源。為了確保楚水水質，除了采取無動力的生態措施以外，還采用了主動水質保持水處理構筑物。（如表二：水量平衡表）

控制面源污染和雨水滯蓄的海綿體系主要有①采用雨水花園（圖四）、生態濕地（圖五）、生態草溝等方式，通過植物、土壤的攔截、吸附、吸收作用，降低雨水顆粒物含量，降低BOD等污染負荷和削減雨水徑流負荷；②在雨水入湖口設置生態攔污池，通過沉淀、級配填料過濾及水生植物的吸收進一步去除雨水中的固體顆粒物和污染物；③采用STCC碳系水體生態修復工藝和清水型生態系統構建兩項新技術，以保證楚水水質，保障雨水資源利用的最大效益。

根據景觀水體的自然形狀及地勢，砌造人工堤壩，堤壩形成寬頂堰，寬頂堰過流水股狀態主要與流量有關，流量小時水股貼堰壁下淌，當流量達到起拋流量時，水股即脫離堰壁拋入空中，形成景觀瀑布和生態小溪。為了滿足人們觀賞的要求，還在湖面中央設置大型燈光噴泉水景。瀑布和噴泉在改善夢澤湖景區環境的同時，亦起到了增加水中溶解氧（DO）含量，使水活化且降低水溫的作用。

為保持楚水水質，采用了STCC碳系水體生態修復工藝這一新技術（圖六）。該工藝是一種多種介質填料的曝氣生物濾池技術，采用天然材料和廢棄材料作為填料，組成復合填料床，通過特殊的曝氣系統在填料床中形成好氧、缺氧和厭氧交替的環境，達到脫氮和除磷的目的。該工藝流程為自然流動式，全程采用淹沒式折回曝氣生物濾池結構，設備采用封閉地埋式，具有占地面積較小，污泥量少，臭氣和噪聲等二次污染較少的優點，較好地處理了水處理構筑物與周邊環境的關系。

清水型生態系統構建技術是為保持楚水水質而采用的另一項新技術。通過構建水生植物群落、底棲動物、魚類群落等完整的水生態系統結構，增加水體景觀功能，將營養物質在水環境中重新分配，防止水體富營養化，降低景觀湖水水質惡化的風險，建立景觀湖清水型生態系統。主要工程內容包括：沉水植物群落構建工程、魚類群落構建工程和底棲動物群落構建工程。

3.5雨水資源利用的應急補水系統

園博園南區的楚水以北區天然湖下銀湖作為應急補充水源。

根據人楚水初次充水流量及雨水不足時的補水量，確定取水流量為2000m3/d。

取水流程為：下銀湖-取水頭部-引水管-格柵間-吸水井-水泵。水處理工藝流程：原水-原水泵-氣浮設備-中間水池-過濾水泵-過濾器-消毒-清水池。

原水經提升泵提升至氣浮設備內，同時由加藥裝置投加PAC、PAM藥劑，經溶氣水釋放，使原水中的懸浮物絮凝后迅速上升，然后由刮渣機去除浮渣，氣浮出水自流進入中間水池，再經過濾水泵提升至過濾器內過濾，進一步去除水中的懸浮物及其它雜質。原水水質為V類，處理后水質指標達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T18921-2002）中觀賞性景觀環境用水湖泊類或水景類水質標準。

3.6雨水資源利用系統

園博園南區的楚水作為雨水資源利用水源。

園博會園區最高日綠化和道路澆灑用水量為2264 m3/d。

水處理工藝流程：原水-原水泵-氣浮設備-中間水池-過濾水泵-過濾器-消毒-清水池

經處理后到達《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）城市綠化用水水質標準。水處理采用自動曝氣符合介質精濾水處理機，處理能力為150 m3/h，設備根據濾層含污量自動調整反沖洗周期，自動實施反沖洗，反沖洗時間不大于2分鐘，反沖洗強度32L/s·m2。消毒設備采用次氯酸鈉發生器，采用濕式自動投加方式，投加量為2mg/L。綠化灌溉加壓泵采用變頻加壓設備，流量為45L/s，揚程60m。

4.結語

4.1本項目通過對水資源進行綜合規劃，采用雨水作為非傳統水源，作為園區綠化和道路澆灑用途。園區總用水量為5451 m3/d，其中非傳統水源用作綠化、洗車機道路澆灑用水量為2264 m 3/d，節水率為41.5%，具有顯著經濟效益；非傳統水源作為綠化和道路澆灑等用途的使用率達到100%，充分利用了雨水資源。

4.2園區通過綠地雨水入滲、人工湖水體接納、雨水花園蓄積等方式，達到并超過70%年徑流總量控制率的要求，實現了雨水低影響開發，削減了雨水徑流負荷和污染負荷，減輕了園區內雨水對市政管網的沖擊。

4.3園區采取雨水花園、跌水、生態草溝、生態攔污池、生態水處理等多種生態處理措施和設施，將降低面源污染、控制人工湖水質與配合景觀設計結合起來，既充分利用了水資源，又起到了烘托園博會主題的效果。

4.4園博園海綿體系的構建，就是針對園區地下水涵養、雨水資源利用、雨水徑流污染控制、排水能力提升與內澇風險防控等問題，從“源頭減排、過程控制、系統治理”著手，通過園區規劃、建設的管控，綜合采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等工程技術措施，控制園區雨水徑流，實現低影響開發建設，最大限度地減少由于開發建設行為對原有自然水文特征和水生態環境造成的破壞，將園區建設成“自然積存、自然滲透、自然凈化”的“海綿體”，使園區能夠像海綿一樣，適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，豐水期吸水、蓄水、滲水、凈水，枯水期將蓄存的水“緩釋”并加以利用，從而實現“修復水生態、涵養水資源、改善水環境、提高水安全、復興水文化”的多重目標。

枯水期將蓄存的水“緩釋”并加以利用，從而實現“修復水生態、涵養水資源、改善水環境、提高水安全、復興水文化”的多重目標。