可持續(xù)雨水管理
——海綿城市理論探究與實踐

文/沈陽市規(guī)劃設(shè)計研究院 楊 楠 胡毅軍

1 研究背景

近年來，我國多數(shù)城市出現(xiàn)嚴(yán)重的城市內(nèi)澇問題，交通癱瘓、道路積水等現(xiàn)象十分嚴(yán)重，民眾出行受阻，生命財產(chǎn)受到威脅。這不得不使城市建設(shè)管理者開始探究城市水問題產(chǎn)生的癥結(jié)。數(shù)據(jù)顯示，目前我國城市因降雨產(chǎn)生的徑流量已由城市開發(fā)前的10%增加到開發(fā)后的55%。假設(shè)回歸到城市未開發(fā)前的狀態(tài)，在自然條件下，雨水由土壤吸收并滲入地下，一部分匯入地下水，一部分由地表土壤和植物葉片表面蒸發(fā)，再重新回到大氣中，而多余的雨水將排入河流。城市的開發(fā)建設(shè)打破了自然循環(huán)，由于不透水路面和建筑屋頂?shù)然疑A(chǔ)設(shè)施持續(xù)增多，自然滲透的綠色基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)減少，導(dǎo)致雨水自然循環(huán)過程受阻，另外由于排水管道容量有限且恒定，雨水難以在短時間內(nèi)排解，從而造成城市內(nèi)澇。

面對此種情況，僅依靠工程管網(wǎng)疏導(dǎo)雨水不僅勞民傷財，而且會浪費大量雨水資源，并使雨水中裹挾的污染物污染河流水體，注定難以持續(xù)。基于我國目前水情特征和水問題，亟需一種可持續(xù)的雨水管理策略和更豐富的雨水處理手段，“海綿城市”理念隨之產(chǎn)生。

2 海綿城市

2.1 海綿城市概念與內(nèi)涵

目前，我國城鎮(zhèn)化已進入追求精細化、提升質(zhì)量的轉(zhuǎn)型發(fā)展新階段。“十九大”報告更是多次提出“生態(tài)”“綠色”，并將“生態(tài)文明建設(shè)”納入“兩個一百年”的奮斗目標(biāo)中。在上述核心理念指引下，建設(shè)能夠自然循環(huán)、自然滲透的海綿城市是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化和可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

“海綿城市”概念的產(chǎn)生源于行業(yè)內(nèi)和學(xué)術(shù)界習(xí)慣用“海綿”來比喻城市的某種吸附功能，指城市能像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。“海綿城市”的核心是優(yōu)先利用綠色基礎(chǔ)設(shè)施并結(jié)合灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施，共同構(gòu)建彈性的雨水基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)雨水徑流的“滲、滯、蓄、凈、用、排”。“海綿城市”意味著綜合統(tǒng)籌，這與以往的城市建設(shè)管理體制有一定沖突。以往各部門各管一攤，將原本完整的生態(tài)系統(tǒng)拆解開來，水由水利部門主管，城市綠地由城建部門主管，土壤由環(huán)保部門主管，這導(dǎo)致解決生態(tài)系統(tǒng)性問題困難重重。而海綿城市則要統(tǒng)籌考慮水與土壤、植被、生物的關(guān)系，且依靠協(xié)同建設(shè)構(gòu)建完整的水生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)真正的海綿城市。

2.2 低影響開發(fā)(LID)概念與內(nèi)涵

低影響開發(fā)技術(shù)(LID)是海綿城市建設(shè)的核心。在雨水排蓄系統(tǒng)中，常規(guī)及超常規(guī)雨水徑流蓄排系統(tǒng)通常是灰色排水設(shè)施，而低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)則是一種綠色基礎(chǔ)設(shè)施。

低影響開發(fā)(LID)有廣義和狹義之分。早期的低影響開發(fā)(LID)較狹義，強調(diào)小型分散措施，而廣義的低影響開發(fā)需將水塘、濕地、洪泛區(qū)等綠色基礎(chǔ)設(shè)施考慮進去，留足生態(tài)用地面積，有效減少地表水徑流量對城市運行的影響。然而，不論廣義與狹義，其核心要義均在于源頭控制，即在場地上應(yīng)用源頭分散式小型設(shè)施控制徑流總量和污染物。

2.3 海綿城市建設(shè)體系

2.3.1 宏觀層面

“海綿城市”構(gòu)建在宏觀層面的重點是研究水系統(tǒng)在區(qū)域或流域中的空間格局，將對水生態(tài)格局安全影響較大的區(qū)域作為城市的禁止建設(shè)區(qū)和限制建設(shè)區(qū)，對其進行生態(tài)保護并加以修復(fù)以避免未來土地開發(fā)建設(shè)對其造成破壞，這為海綿城市的建設(shè)奠定前期生態(tài)基礎(chǔ)。

該層面主要運用廣義的LID，通過科學(xué)的“源頭-中途-終端”和“綠-灰”基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合，實現(xiàn)管渠、綠地、水系等灰-綠-藍空間協(xié)同作用，在宏觀尺度上控制雨水調(diào)蓄與凈化，確保區(qū)域水生態(tài)安全。

2.3.2 中觀層面

中觀層面是指在城區(qū)范圍內(nèi)合理劃定城市綠線、藍線，并通過控制性詳細規(guī)劃，將區(qū)域內(nèi)水體、綠地等生態(tài)要素定線落位，實施有效保護與利用，實現(xiàn)地區(qū)生態(tài)修復(fù)、水資源平衡等綜合目標(biāo)。在方法上，需分解和細化城市總體規(guī)劃及相關(guān)專項規(guī)劃提出的低影響開發(fā)控制目標(biāo)及要求。通過詳細規(guī)劃將頂層設(shè)計具體落實到實際建設(shè)項目中，保障海綿城市最終落地和管理維護，如深圳光明新區(qū)規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)嚴(yán)格實施藍線和綠線控制，保護重要的坑塘、濕地、園林等水生態(tài)敏感地區(qū)，維持水的涵養(yǎng)性能。

2.3.3 微觀層面

微觀層面是指在場地尺度，通過狹義的LID達到徑流總量控制目標(biāo)和排水標(biāo)準(zhǔn)，也可將LID與常規(guī)的雨水排蓄系統(tǒng)相結(jié)合。微觀尺度的建設(shè)是保證海綿城市最終落地的關(guān)鍵，對應(yīng)的則是一系列的水生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)技術(shù)的集成。建設(shè)過程需要科學(xué)布局，利用下沉式綠地、植草溝、雨水濕地、透水鋪裝等低影響開發(fā)設(shè)施，構(gòu)建公園、綠地、道路、水系共同組成的“海綿系統(tǒng)”。

3 微觀實踐案例

3.1 實踐背景

與我國很多城市一樣，近年來沈陽市也面臨“逢雨必澇”的窘境。沈陽市渾北主城區(qū)積水較嚴(yán)重，積水點主要集中在金廊沿線地區(qū)、太原街地區(qū)及排水系統(tǒng)末梢區(qū)和豎向地勢低洼區(qū)。一方面，由于現(xiàn)狀排水管網(wǎng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低，約78%的管網(wǎng)僅能抵御重現(xiàn)期0.33年的降雨且部分設(shè)施老化；另一方面，隨著城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城市生態(tài)空間減少，硬質(zhì)鋪裝增多，導(dǎo)致雨水短時間內(nèi)難以排除，大量滯留于街道，對市民安全和通行安全造成嚴(yán)重影響。此外，沈陽是我國嚴(yán)重缺水的城市之一，人均水資源占有量僅為341m3，不足全國平均水平的1/6，而且沈陽仍有多個地下水漏斗區(qū)，亟需進行水源涵養(yǎng)和修復(fù)。

為解決城市降雨排放造成的嚴(yán)重內(nèi)澇，同時提高雨水利用率，緩解城市缺水問題，沈陽市需要通過海綿城市建設(shè)修復(fù)被城市開發(fā)建設(shè)破壞的自然水循環(huán)系統(tǒng)，最大限度消解和利用雨水。為此，沈陽市編制完成了海綿城市專項規(guī)劃并落實一系列建設(shè)項目，七二四綠地項目是其中的典型實踐案例之一。

3.2 項目概況

七二四綠地前身為七二四灌渠，主要用于七二四地區(qū)及明渠沿線約12km2的工廠排污及雨水排放(見圖1)，現(xiàn)狀明渠用地被占用且渠內(nèi)衛(wèi)生環(huán)境較差。為改善場地環(huán)境，落實海綿城市政策要求，區(qū)政府決定采取雨洪管理措施對其進行環(huán)境整治。

城市綠地是建設(shè)海綿城市、構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的重要場地。考慮到綠地周邊在雨季積水嚴(yán)重，方案在綠地設(shè)置雨水收集設(shè)施以容納周邊雨水，并用于綠地灌溉、清洗路面等后期維護。

3.3 技術(shù)方法

3.3.1 匯水范圍

本著就近收集、源頭控制的原則，規(guī)劃將金山路至金山南路段設(shè)為重要的匯水區(qū)，匯水總面積約20000m2(見圖2)。項目中雨水收集有2種方式:①在地面硬化的廣場、道路等建設(shè)匯流設(shè)施，將雨水引入儲水設(shè)施；②利用公園綠地安裝環(huán)保型雨水口收集雨水并將雨水引入儲水設(shè)施。

3.3.2 水文計算

據(jù)統(tǒng)計，沈陽市年均降雨量716.6mm，月最大降雨量223.9mm。參考公式:可利用雨水量=集水面積(m2)×降雨量×雨量徑流系數(shù)，最大降雨月(7月)日集水量=集水面積(m2)×月降雨量/30×雨量徑流系數(shù)×0.001，計算出項目區(qū)域內(nèi)一場降雨共收集雨水量約129.3m3。收集來的雨水通過管線引入雨水蓄水池中(見圖3)。

3.3.3 蓄水池設(shè)計

本次雨水回用采用就近收集、就近回用的方式，在綠地下方設(shè)置1座雨水收集池，按3～7d的容量計算得出雨水蓄水池容量約320m3，規(guī)格為15.2m×8.2m×2.6m，水池實際占地面積為125m2(見圖4，5)。為防止蓄水池中的雨水變質(zhì)腐化，安裝循環(huán)泵一周循環(huán)1～2次。蓄水池按600元/m3計算，造價約20萬元。增加簡單循環(huán)泵處理措施費4萬元，合計造價約24萬元。

圖1 項目區(qū)位

圖2 雨水收集區(qū)域

考慮到初期的雨水一般前2～5mm污染嚴(yán)重、雜質(zhì)較多且利用率低，方案通過設(shè)置過濾設(shè)施以實現(xiàn)初期雨水棄流、過濾、自動排污等效果，進而延長設(shè)備使用壽命，便于后期維護。一次收集來的雨水經(jīng)過簡單過濾處理可供綠地灌溉、道路沖刷和管理房的用水，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用，并緩解降雨時場地范圍內(nèi)及金山路的管道排澇壓力。

4 結(jié)論與思考

海綿城市是在轉(zhuǎn)型發(fā)展的新時代下城市規(guī)劃建設(shè)理念的進步，對實現(xiàn)生態(tài)文明意義重大。建設(shè)海綿城市能有效收集和利用水資源，促進水循環(huán)平衡。但“海綿城市”的建設(shè)理念卻遠不止于此，它是一個綜合復(fù)雜的體系，涵蓋了雨洪管理、生態(tài)防洪、地下水補充、棕地修復(fù)等，需要宏觀、中觀和微觀層面的緊密配合并將其作為一個完整的水生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮。

北方地區(qū)氣候干旱、雨水資源緊缺、雨洪管理發(fā)展較為遲緩，城市雨水防控存在一定難度。本文探討了海綿城市和低影響開發(fā)(LID)的理論要義，以低影響開發(fā)理念為指導(dǎo)，突破了以往的研究瓶頸，開創(chuàng)性地探索了北方地區(qū)雨水收集利用的技術(shù)方法并落實到項目實踐中。該項目的實施將為構(gòu)建沈陽海綿城市提供經(jīng)驗與依據(jù)，也期待能為相關(guān)城市的雨洪管理實踐提供參考。

圖3 雨水收集利用系統(tǒng)

圖4 雨水蓄水池平面

圖5 雨水蓄水池1-1剖面