海綿城市與立體綠化技術

羅莎莎

摘要：分析了海綿城市建設背景，介紹了海綿城市建設原則與技術措施。結合大城市人口密度及其城區布局，闡述了立體綠化對提高城市綠化覆蓋率、建設城市水生態系統的重要意義。根據低影響開發原則，以屋頂綠化為例提出了提高徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力的立體綠化措施，以及新材料與新技術在構建海綿體中應用的方法。

關鍵詞：海綿城市；立體綠化

中圖分類號：TU986

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）11002503

1 海綿城市建設背景

在城鎮化進程過程中，城鎮面積持續擴張及其體量不斷增長，給城市帶來了嚴峻的水資源問題。一方面城市用水量增加使地下水位不斷下降，飲用水資源變得越來越緊缺；另一方面城區洪澇災害頻繁發生，嚴重威脅居民生命財產安全。在沒有充足淡水補給情況下，如何充分利用雨水資源補償日常淡水消耗將成為建設未來城鎮生態的關鍵任務。

習近平總書記中央城鎮化工作會議的講話中強調：“提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。建設完善的城市雨水收集利用系統對于節約用水、蓄洪排澇、修復城市水環境，特別是改善缺水城市的生態環境、解決居民用水緊張、推動水資源可持續發展具有重要的意義。

海綿城市建設重點在于最大限度提高綠地系統的雨水調蓄、水體凈化功能，旨在建造眾多“海綿體”。因此，建設公園綠地成為海綿城市建設的重要途徑，并結合周邊水系、市政道路設施，在如何利用公園綠地、街頭綠化吸納雨水徑流的基礎上，為城市街區提供雨水滯留、緩釋空間，為城市景觀用水提供補給空間是建設海綿城市的核心任務[1]。

1.1 海綿城市的建設現狀

為了有效解決城市街區雨洪內澇頻發、地表徑流污染帶來的水資源流失與水生態環境惡化問題，發達國家最先按照自然排水方式提出可持續發展的雨洪管理體系，制定各種技術措施[2～4]。例如：英國建立“可持續城市排水系統”（SUDS）[5]管理降雨徑流，實現城市水體的良性循環；澳大利亞針對城市水循環建立“水敏感性城市設計”（WSUD）體系[6]；新西蘭也在城市水體管理理念下，整合已有管理經驗，發展建立了“低影響城市設計與開發”（LIUDD）體系[7]。

我國城市雨洪控制管理起步于20世紀80年代。在實施初期注重如何集中利用雨水，近年來雨水控制技術逐漸從利用發展到如何調控雨洪及實現污染水體徑流控制。在2013年各級政府明確提出通過在中心城區建設下沉式綠地與城市濕地公園，提升城市綠地匯聚雨水與蓄洪排澇能力，同時兼顧城區地下水補償與水體凈化等生態功能。雖然在發達城市區進行前期探索，從實施效果看目前城市海綿城市技術的實踐主要是構建濕地、潛流濕地對雨水進行局部收集與水體凈化，尚缺乏整體規劃和系統性設計，導致城市水資源匱乏。鑒于我國海綿城市建設初期出現諸多問題，住房和城鄉建設部于2014年發布了《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》。該技術指南從目標、指標、過程、手段、管理方面對我國海綿城市構建進行規范指導（表1）。此外，財政部陸續發出“關于開展中央財政支持海綿城市建設試點的通知”、“關于組織申報2015年海綿城市建設試點城市的通知”，加大資金投入力度促進海綿城市建設。特別是黨的十八大后中國多省份都掀起了建立海綿城市熱潮，總投資超過數十億元。

1.2 海綿城市建設技術措施

構建海綿城市實質是利用現存各類基礎設施，添加各種類型的"海綿體"來提高城市的蓄洪滯洪能力。城市"海綿體"不僅涉及河、湖、池塘等地表水系，也包括公園綠地、建筑物、路面等城市基礎設施。在雨水下滲過程中"海綿體"要完成滯蓄、凈化、排水與回用功能[8]，見表1。對于無法蓄存的雨水可通過市政管網將其排出，從而達到提高城市生態質量，根治城市內澇的目標[9]。

海綿城市建設目標應達到三個生態功能，①降雨過程中能夠及時消納并存貯雨水；②通過海綿體滲濾提升存貯水質；③枯雨期可以充分回收利用存貯雨水。根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》原則，各類低影響開發設施包括透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池、雨水罐、調節塘、調節池、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶、初期雨水棄流設施、人工土壤滲濾等[10]。總體原則是系統性地統籌自然降水、地表水和地下水分配關系；考慮其復雜性和長期性協調給水、排水等水循環利用各環節。具體做法是將城區分割成若干區域，各區域具備雨水立體化截留、消納功能。

圍繞各區域雨水截留消納功能，區域低影響開發技術具體細分為截留技術、促滲技術和調蓄技術[11]（表2）。其中，截留技術是利用基底材料或者結構的孔道曲折度，延緩雨水在材料孔隙網內徑流速度，通過延長雨水匯集路徑達到延緩徑流目的的技術，例如利用綠色屋頂或者植物群落冠層截留等。地表促滲技術是通過優化地面材料或結構的連通性，讓雨水在空隙結構滲透至場地底部，同時利用不同孔隙對下滲雨水進行過濾凈化。如透水鋪裝和綠色停車場等。調蓄技術是指對儲存一定量的雨水徑流進行凈化，當雨水儲量達到設施飽和量時，多余雨水通過溢流口進入市政雨水管網。在干旱時儲水設施可向周邊綠地提供水資源，如生態溝、雨水花園、調蓄池、人工濕地等。 相比于傳統的雨水徑流收集利用技術，上述3種低影響開發技術，能夠更充分地體現綠色建筑的生態性、可持續性、低能耗和低投資特點，在雨水收集利用中具有重要的應用前景。雖然區域低影響開發技術能夠整體優化經濟、社會及環境效益，但是低影響開發技術還不夠完善，需要在如何利用控制雨水方面進行深入研究。

2 立體綠化的作用

由于城市人口稠密導致交通堵塞，熱島效應使眾多城市面臨環境危機。有研究表明，當綠化覆蓋率達到30%以上時，城市熱島效應得到一定程度緩解作用；當綠化覆蓋率達到40%以上時，熱島面積可減少3/4；當綠化覆蓋率達到60%以上時，熱島效應將基本被控制。需要指出的是在城市土地利用率趨于飽和的情況下，預留較多空地作為海綿體是非常困難的。因此，進行立體綠化是實現城市綠化覆蓋率大面積提高的重要措施和手段，可有效解決城市綠化用地的緊張狀況。

與傳統地面綠化相比，立體綠化注重在立體空間進行綠化覆蓋。例如利用建筑物外墻、屋頂空間進行多層次、各種實際功能的綠化布設。這種做法將傳統的二維消納雨水模式（通過地面徑流）轉向三維多層（多階段）消納雨水方式。不僅延長徑流空間，還美化居住環境。立體綠化場所涉及到屋頂花園、高層建筑和立交橋的立面、坑塘洼地濕地草地、下凹式廣場、地下管廊系統、河道邊坡綠化等。根據低影響開發原則，在場地開發過程中采用源頭、分散式措施可以最大程度維持場地開發前的水文特征，并能有效提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力。

以屋頂綠化為例，在降雨過程中屋頂水會流入城市街道，最后匯集到排水管網。對屋頂進行綠化后，屋面植被和土壤的吸收和過濾能力增強，使雨水徑流放緩。被吸收的水分將在長時間內通過蒸發作用緩釋土層含水量，使城市水文循環過程從瞬態排放轉向穩態釋放。具體表現為在短時間內城市強降雨導致的內澇、洪水被消減。有研究表明在土壤基層厚度為250 mm條件下，其蓄水層（飽和儲水）厚度可達100 mm，可以吸納150～200 mm降雨量。當遭遇100 mm暴雨時，屋面植物、泥土蓄水層可以完全吸收降雨[12]。圍繞立體綠化，還可以利用屋頂開發都市農業。這其中，不占用土地與道路，在少量投資前提下施工便捷。其可以增加農作物種植面積，降低建筑物散熱量，緩解城市熱島效應，同時滯塵降噪，還可以消化一部分有機生活垃圾，減小垃圾填埋焚燒帶來的二次環境污染。此外，屋頂農業同樣可以延長雨水到達地面的時間，避免發生城市雨洪災害。針對屋頂農業發展，還需積極使用立體綠化新材料、新技術。植物根系生長對屋頂防水會產生破壞，必須采用耐根穿刺防水基材。針對立體綠化種植基質使用改良土、有機基質、無機基質。排（蓄）水板材料使用塑料凹凸排（蓄）水板、格柵排水板、塑料纖維絲狀排水板、陶粒等排水材料。

由于屋頂存在大量綠色植物，植物莖葉表面氣孔可以滯塵、殺菌和吸收低濃度污染物及增加空氣中負離子數量。據測算花園式屋頂綠化平均滯塵量為12.3 g/（m2·年），簡單式屋頂綠化平均滯塵量為8.5 g/（m2·年）。此外，種植媒介（土壤）還可以衰減各種低頻聲波，植被莖葉則可阻止高頻聲波傳播。試驗結果表明種植媒介厚度為120 mm時種植屋面的隔音量能高達40 dB。比較淺的種植媒介也能隔離約10 dB的噪音。這樣種植屋面系統可形成有效隔音屏障，減少建筑物內部的噪音，特別適合在機場、工廠等噪音大的場所應用。

3 結語

海綿城市建設不僅要完善市政管渠系統，還應該依靠現有自然水體系統，并盡可能恢復原始生態系統，將雨水徑流和消納存儲有機結合，才能從根本上管理城區雨洪，提升水環境保護質量。

在海綿城市具體實施中，立體綠化是城市常規綠化的重要補充。立體綠化不僅能優化景觀效果，緩解城市綠化用地緊張，減緩熱島效應，還能保溫隔熱，節約能源，滯留雨水，緩解城市內澇。城市建設只有因地制宜地進行規劃設計，借助地方特色生態系統，才能真正發揮人工海綿體作用，創建優美城市生態環境。

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