基于海綿城市設(shè)計(jì)的老城區(qū)面源污染控制體系

莊 景，劉敏娜，黃 超

(1.中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020)

基于海綿城市設(shè)計(jì)的老城區(qū)面源污染控制體系

莊 景1，劉敏娜1，黃 超2

(1.中國(guó)新型建材設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020)

在點(diǎn)源污染得到控制后，降雨徑流產(chǎn)生的面源污染將成為城市污染的主要來源，其中以老城區(qū)的面源污染問題尤為突出。為了解決老城區(qū)的面源污染問題，基于海綿城市，建立尊重自然、順應(yīng)自然的低影響開發(fā)模式理念，以小區(qū)與建筑、城市道路、城市綠地與廣場(chǎng)、城市水系4大區(qū)域?yàn)檩d體，以城市綠地與廣場(chǎng)為核心，構(gòu)建城市老城區(qū)面源污染控制體系。指出城市面源污染控制中存在的問題，并建議在未來城市面源污染控制研究中，要加強(qiáng)對(duì)后期管理與公眾參與方面的研究。

海綿城市； 低影響開發(fā)； 城市面源污染； 城市老城區(qū)

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，以及城市化進(jìn)程的加快，城市不透水地面面積迅速增長(zhǎng)。在點(diǎn)源污染得到控制以后，以降雨徑流為主的面源污染將成為城市水體污染的主要來源[1]。近年來，國(guó)外各種面源污染控制的設(shè)計(jì)理念相繼引入我國(guó)，例如暴雨最佳管理措施(best management practice，BMP)、低沖擊開發(fā)模式(low impact development，LID)、可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(sustainable urban drainage，SUDS)，以及水敏性城市設(shè)計(jì)(water sensitive urban design and development，WSUD)等[2-3]。我國(guó)為了有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，在借鑒了國(guó)際上低影響開發(fā)建設(shè)模式成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)政策法規(guī)的要求和低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的工程經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)推廣進(jìn)行海綿城市的建設(shè)。結(jié)合這些先進(jìn)的理念，國(guó)內(nèi)研究者對(duì)城市面源的污染特征[4-6]、影響因素[7-8]、控制措施技術(shù)與思路[3,9-10]等進(jìn)行了諸多的研究，同時(shí)在部分地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用[11-15]，取得了一定的成果。但是這些研究和推廣主要集中在新城區(qū)建設(shè)以及大規(guī)模舊城區(qū)改造建設(shè)中，對(duì)于不能進(jìn)行大規(guī)模改造的城市老城區(qū)，僅有部分學(xué)者進(jìn)行了研究，如段丙政[16]針對(duì)重慶老城區(qū)各種下墊面的面源污染及街塵清掃措施進(jìn)行了研究，儲(chǔ)金宇等[17]對(duì)鎮(zhèn)江老城區(qū)降雨地表徑流污染特征進(jìn)行分析，張顯忠等[18]對(duì)老城區(qū)初期雨水污染現(xiàn)狀與調(diào)蓄策略進(jìn)行了研究；但這些研究未能從區(qū)域整體尺度上提出控制面源的方法。城市老城區(qū)土地利用價(jià)值高，人群相對(duì)密集，人類活動(dòng)較為頻繁，對(duì)區(qū)域進(jìn)行大規(guī)模的改造十分困難，可用于改造的空間較少，排水設(shè)施老舊，其面源污染問題更為突出。為了在老舊城區(qū)無法進(jìn)行徹底改造的近期有效地控制老城區(qū)的面源污染，特結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)理念，構(gòu)建了基于海綿城市設(shè)計(jì)的老城區(qū)面源污染控制體系，旨在為城市老城區(qū)面源污染的控制提供科學(xué)參考與依據(jù)。

1 海綿城市介紹

1.1 海綿城市的概念

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設(shè)遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境[19]。

1.2 海綿城市理論內(nèi)涵

海綿城市建設(shè)又稱為低影響設(shè)計(jì)或低影響開發(fā)(low impact design or development)，其內(nèi)涵是建立尊重自然、順應(yīng)自然的低影響開發(fā)模式，系統(tǒng)地解決城市水安全、水資源、水環(huán)境問題，具有自然積存、自然滲透、自然凈化3大功能[19-20](圖1)。

1.3 海綿城市的構(gòu)建

海綿城市的構(gòu)建從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出發(fā)，結(jié)合多類具體技術(shù)，跨尺度構(gòu)建水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施(圖2)，其基礎(chǔ)與核心就是低影響開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用[21]。該技術(shù)須具有源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄其中一種或多種功能，能提高城市對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。

圖1 海綿城市3大自然功能

圖2 海綿城市的構(gòu)建

2 老城區(qū)的面源污染控制措施

2.1 老城區(qū)面源污染特征

城市面源污染的污染類型及負(fù)荷與降雨強(qiáng)度、降雨量、降雨歷時(shí)、城市土地利用類型、大氣污染狀況、地表清掃狀況等有關(guān)[8,22]。老城區(qū)相對(duì)于其他城市區(qū)域，其面源污染具有如下特征：一方面，中心城區(qū)人類活動(dòng)頻繁，人口密度高，污染負(fù)荷高，亟須面源污染控制[23]；另一方面，老城區(qū)一般土地價(jià)值與利用率高，土地資源緊張，面源污染控制措施能利用的空間小，可選擇的技術(shù)措施少，面源污染控制制約因素多。

2.2 老城區(qū)的面源污染控制體系

根據(jù)土地利用類型將老城區(qū)劃分為建筑與小區(qū)、城市道路、城市綠地與廣場(chǎng)、城市水系4類區(qū)域，將在其各自區(qū)域產(chǎn)生的徑流通過有組織地匯流與轉(zhuǎn)輸，經(jīng)截污等預(yù)處理后引入具有雨水滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)等功能的低影響開發(fā)設(shè)施，通過對(duì)滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸、截污凈化等幾類低影響開發(fā)技術(shù)的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)面源污染的水量、水質(zhì)控制以及雨水資源化利用等目標(biāo)。四類區(qū)域面源污染控制措施以城市綠地與廣場(chǎng)區(qū)域的面源污染控制措施為核心，既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，共同組成老城區(qū)面源污染控制體系：建筑與小區(qū)、城市道路、城市水系面源污染控制應(yīng)因地制宜，以易于小規(guī)模改造的低影響開發(fā)設(shè)施為主；對(duì)于城市綠地與廣場(chǎng)，其管理口徑統(tǒng)一，空間體積大，滯蓄空間和凈化能力可提高的空間大，進(jìn)行大規(guī)模改造，可作為面源污染控制體系的核心，接納周邊其他區(qū)域因條件所限無法設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施或者超過其滯蓄空間外的徑流，通過和綠地與廣場(chǎng)區(qū)域的聯(lián)通，借助其強(qiáng)大的滯蓄空間和凈化能力，從整個(gè)區(qū)域的層面來實(shí)現(xiàn)面源污染的全過程控制，解決老城區(qū)內(nèi)某些區(qū)域因條件有限無法進(jìn)行面源污染的“源頭—轉(zhuǎn)輸—末端”全過程控制的問題。

城市老城區(qū)面源污染控制體系如圖3所示，各類用地面源污染控制宜采用的低影響開發(fā)設(shè)施見表1。

圖3 城市老城區(qū)面源污染控制的體系

用地類型單項(xiàng)設(shè)施建筑與小區(qū)透水鋪裝★、綠色屋頂★、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施★、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、調(diào)節(jié)塘、植草溝、滲管/渠、初期雨水棄流設(shè)施城市道路透水鋪裝★、下沉式綠地★、生物滯留設(shè)施、雨水濕地、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶綠地與廣場(chǎng)透水鋪裝★、下沉式綠地★、生物滯留設(shè)施★、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地★、調(diào)節(jié)池、植草溝★、滲管/渠、植被緩沖帶城市水系植被緩沖帶★、濕塘、雨水濕地

注：★標(biāo)表示宜選用。

2.2.1 建筑與小區(qū)

建筑小區(qū)面源污染可分為屋面和室外道路兩類，相應(yīng)的面源污染控制措施以綠色屋頂、透水鋪裝為主，實(shí)行分散和集中相結(jié)合的方式控制面源污染。此外，對(duì)于老城區(qū)中具有公共場(chǎng)所的小區(qū)，應(yīng)結(jié)合小區(qū)地形、地貌和雨水特點(diǎn)，在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置集中式雨水設(shè)施和末端處理設(shè)施，主要以雨水滯留設(shè)施為主，如生物滯留設(shè)施、下凹式綠地、雨水花園等[24]。收集雨水處理后可作為雜用水用于綠化、澆灑道路、洗車等用途，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益[25-26]，還能起到降低城市熱島效應(yīng)、冬季保溫、夏季降溫等作用[13]。

熊赟等[14]在對(duì)比了不同強(qiáng)度降雨下小區(qū)的污染負(fù)荷后發(fā)現(xiàn)，由于低影響開發(fā)設(shè)施滯蓄空間有限，暴雨時(shí)期低影響開發(fā)小區(qū)對(duì)SS和COD負(fù)荷總量的削減率下降快速。因此，對(duì)于暴雨時(shí)期超過低影響開發(fā)設(shè)施滯蓄空間的徑流，需通過雨水管渠輸送至附近城市綠地與廣場(chǎng)，充分利用城市綠地與廣場(chǎng)的滯蓄空間和凈化能力，防止該部分的面源污染進(jìn)入環(huán)境中。

2.2.2 城市道路

李春榮等[27]、歐陽威等[28]對(duì)城市中最為常見的屋面、路面和綠地3類下墊面下產(chǎn)生的降雨徑流水質(zhì)的研究結(jié)果表明，路面徑流產(chǎn)生的污染負(fù)荷高于硬質(zhì)屋面與綠地。在城市區(qū)域，交通道路面積廣、負(fù)荷重，道路暴雨徑流污染更為突出[29]，是一類非常重要的面源污染。

在滿足道路交通通行安全等基本功能的基礎(chǔ)上，充分利用道路自身空間及周邊綠化空間，在綠化帶下設(shè)置蓄水、滯水、凈化的措施，推行透水路面、下沉式綠地、LID樹池、雨水花園等低影響開發(fā)措施[30-31]，并將滯蓄空間外的徑流轉(zhuǎn)輸至附近的城市綠地與廣場(chǎng)進(jìn)行儲(chǔ)存和凈化，解決暴雨時(shí)期超過低影響開發(fā)設(shè)施滯蓄空間的徑流污染問題。

2.2.3 城市綠地、廣場(chǎng)

在城市老城區(qū)各類用地類型中，公園和廣場(chǎng)綠地的單位蓄水能力相對(duì)于小區(qū)和道路的綠地要強(qiáng)，是海綿城市建設(shè)中最主要的海綿體[32]，亦是整個(gè)面源污染控制的核心，具備消納自身及周邊區(qū)域徑流雨水的功能。

老城區(qū)綠地與廣場(chǎng)由于建設(shè)年代相對(duì)久遠(yuǎn)，采用的傳統(tǒng)“雨水快排”的設(shè)計(jì)理念，群落更新速度較慢、游憩密度過高等原因，導(dǎo)致其植物群落和土壤的雨水滯蓄空間少，凈化能力較低，限制了其對(duì)面源污染的控制能力。于冰沁等[13]通過對(duì)上海共康綠地優(yōu)化改造示范項(xiàng)目的實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，城市綠地通過低影響開發(fā)技術(shù)實(shí)施應(yīng)用后，植物群落冠層截留能力、土壤蓄水容量空間、顆粒物削減率都有大幅度提升，調(diào)整后綠地群落雨水蓄積調(diào)控能力、群落滯塵能力、降溫增濕效應(yīng)、負(fù)離子效應(yīng)及固碳效應(yīng)等約提高了2倍，其景觀效果也有所提升。城市綠地與廣場(chǎng)低影響開發(fā)設(shè)施可通過喬灌草的立體搭配，自上而下逐級(jí)進(jìn)行雨水植物截留，利用透水鋪裝、生態(tài)溝等形式進(jìn)行徑流過濾與自然促滲，配套采用雨水花園、下沉式廣場(chǎng)對(duì)徑流進(jìn)行收集利用與調(diào)蓄[33]，實(shí)現(xiàn)海綿城市的自然積存、自然滲透、自然凈化3大功能。

2.2.4 城市水系

城市水系是城市規(guī)劃內(nèi)各種水體構(gòu)成脈絡(luò)相同系統(tǒng)的總稱[34]，包含河流、湖泊、濕地、坑塘、溝渠等城市自然水體，是城市的天然雨水儲(chǔ)存凈化場(chǎng)所[35]。老城區(qū)內(nèi)最主要的城市水系是河道，其兩岸通常為垂直的硬質(zhì)駁岸。在有條件的河段，恢復(fù)自然河岸，建設(shè)河濱植被緩沖帶、雨水滯留塘以及河濱濕地等影響較低的開發(fā)系統(tǒng)[35]。緩沖帶與河濱濕地的尺寸與植物篩選和配置決定了河道面源污染控制的有效性，其尺寸受場(chǎng)地空間所限；而植物篩選和配置涉及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、立地條件、水位條件、河道的功能定位等方面，其重要性不容忽視[36-37]。對(duì)于無法恢復(fù)自然河岸建設(shè)河岸緩沖帶的河段，采用具有可滲透性的生態(tài)駁岸替代原有不透水的硬質(zhì)駁岸，例如網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)護(hù)岸、格賓和雷諾護(hù)墊護(hù)岸、植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡、自嵌植被式的擋土墻、多孔質(zhì)護(hù)岸等生態(tài)駁岸[38]，提高河道的滲透性。

3 城市面源污染控制存在的問題

3.1 重“前”輕“后”

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)對(duì)前期面源污染特征和控制技術(shù)的研究較多，而對(duì)后期的運(yùn)行管理研究鮮見報(bào)道。而在面源污染控制實(shí)際應(yīng)用過程中，大量面源污染控制措施由于管理不當(dāng)，無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，例如杭州市的某些綠色屋頂[38]、浙江喬司植物園雨水花園[39]等。

3.2 重“技”輕“眾”

在面源污染控制的設(shè)計(jì)與應(yīng)用過程中，由于公眾參與方面的缺失，導(dǎo)致很多面源控制措施在設(shè)計(jì)、實(shí)施過程中無法得到公眾的認(rèn)同，以致項(xiàng)目后期被擱置甚至是撤銷[40]，這也是導(dǎo)致面源污染控制措施無法大面積推廣，面源污染一直無法得到有效控制的原因之一。因此，本研究認(rèn)為面源污染控制未來的研究方向，不僅要對(duì)原理及控制技術(shù)作進(jìn)一步研究，更要重視后期運(yùn)行管理以及公眾參與方面的研究。

4 小結(jié)

采用海綿城市設(shè)計(jì)的理念，以小區(qū)與建筑、城市道路、城市綠地與廣場(chǎng)、城市水系4大區(qū)域?yàn)檩d體，以城市綠地與廣場(chǎng)為核心，構(gòu)建城市老城區(qū)污染控制體系，以期提高和充分利用老城區(qū)內(nèi)城市綠地與廣場(chǎng)的滯蓄空間和凈化能力，填補(bǔ)其他區(qū)域滯蓄空間和凈化能力的不足，旨在為城市老城區(qū)的面源污染控制提供方法和建議。同時(shí)，建議在未來面源污染控制研究中，加強(qiáng)對(duì)后期管理與公眾參與方面的研究。

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(責(zé)任編輯：高 峻)

2016-10-05

莊 景(1985—)，女，土家族，湖南桑植人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樗h(huán)境治理，E-mail:zhuangjing_sz@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170235

X52

A

0528-9017(2017)02-0298-05

文獻(xiàn)著錄格式：莊景，劉敏娜，黃超. 基于海綿城市設(shè)計(jì)的老城區(qū)面源污染控制體系[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(2)：298-302.