海綿城市路面集雨技術分析

韓春妮 王博 仝玉琴

摘要：為了能夠資源化利用雨水，增加雨水的下滲量，進行地下水資源的涵養，同時，發揮對暴雨洪峰的延緩以及對徑流總量的控制作用，達成對初期雨水的滯留，降低面源污染程度，基于對海綿城市的理解，研究海綿城市路面集雨技術。具體地，海綿城市路面集雨技術包括雨水滯蓄、雨水傳輸、雨水貯存以及雨水利用技術4大類，實踐中應結合城市中的場地條件與主要目標選擇單項技術或組合技術，通過4類技術的配合實現海綿城市路面雨水滲透、存儲、調節、傳輸、凈化、排水等多種目標，對其總體徑流量、徑流峰值以及徑流污染等狀況進行科學與有效控制。

關鍵詞：海綿城市：雨水資源化利用;路面集雨技術

中圖分類號：TU20 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）09-0041-06

近年來，氣候變化以及由其引起的環境承載力等因素的存在使很多城市出現“逢雨必澇、雨后即旱”的問題，致使我國目前城市水生態面臨兩個極端：①部分城市內澇嚴重，雨洪管理成為對城市發展產生影響的重要安全隱患;②一些城市面臨缺水危機，水資源供應嚴重不足。此外，水生態惡化、水安全欠缺保障以及水污染問題等亦亟待解決。在經濟飛速發展的進程中，我國頻頻發生城市氣象災害，多次大城市內澇要求加強對城市集水、排水等工程的重視。

較之其他可再生水資源而言，雨水優勢突出，可就地收集，處理步驟也很簡單，水質硬度比較低，內含土壤所需營養成分，且不會對土壤與地下水造成污染。通過有效收集雨水，可緩解由于過度開采地下水導致的城市地面區域下陷情況，解決城市內澇與城市惡性水循環等諸多問題，進一步地，增強城市水資源蓄養能力以及防澇抗洪能力，優化生態環境。海綿城市可對生態環境進行調節，亦能應對洪澇災害，特別是在環境優化方面優勢明顯。對此，文章研究海綿城市的路面集雨技術，以此達到提高城市雨水資源利用率的目的。

1海綿城市建設

以海綿的水分性質為視角進行相應的分析，海綿城市可被簡單地視作同海綿相類似的城市，這類城市的遷移速度非常快，同時，能夠較為充分地對水資源加以利用。在出現降水天氣之時，海綿城市可以采取多樣化的方式（如下滲、調蓄、吸收以及凈化等）對雨水進行收集，并在需要的條件下快速地將收集的雨水釋放出來，有效地發揮出對地下水的補充、路面的沖洗以及灌溉等作用。以海綿的力學性質為視角進行分析，海綿城市所具有的恢復、回彈與壓縮優勢明顯，可有效應對外界環境的改變與自然災害的發生，實現對不必要災害發生率的降低。分析城市“海綿體”的主要構成，通常包括人們生活的小區配套設施以及綠地系統中的其他部分，而小區配套設施又包括屋頂花園、植草溝以及綠化植被等。

傳統城市比較簡單，只是圍繞“排”的概念做了相關強調，并未從雨水的可持續利用與發展方面作詳細探討，采取的措施比較少。在社會日益進步的推動之下，我國很多城市的道路都變得越來越寬，路面大多以石材路面與瀝青路面為主，它們所采用的材質均不易透水，若只是簡單地將水徑流排出而不加以收集與利用，必然會造成水資源的長期浪費以及城市的內澇與徑流污染。表1所示為海綿城市與傳統城市的對比。海綿城市建設思路如圖1所示。總體而言，在進行海綿城市的建設之時，需要重點考慮3方面的問題：①強調對原有生態系統的維持及保護;②采取相應的措施對已遭受破壞的水體以及其他的生態環境進行修復與恢復;③通過對影響程度相對較低的技術及開發措施的采用及實施，合理建設城市自然生態環境。

2海綿城市路面集雨的目標

對海綿城市進行路面集雨處理，應將政府制定的相關政策以及當前所需解決的雨水收集及其管理問題作為目標出發點。結合政府的相關決定及其部署工作，可以明確海綿城市雨水的收集及資源化利用方向，即在以相應的收集技術為支持完成對雨水的收集工作后，進一步執行對它們的就地滲回補、直接利用或調蓄排放等任務，以此實現雨水的綜合利用對于所收集、儲存并直接利用的雨水而言，同樣具有相關的要求，即它們的水質應能與《建筑與小區雨水利用工程技術規范》以及現行的國家相關標準相符。

2.1增加雨水的下滲量。進行地下水資源的涵養

在我國較多的城市中，水資源缺乏的問題都比較嚴重，各城市應對地下水的開采進行全面與合理地規劃，然而，基于過度開采行為的存在，導致我國部分城市面臨地下水位下降的情況，局部地區甚至出現了地面的下沉，這對城市的安全與可持續發展產生嚴重的威脅。進行海綿城市建設，收集與利用雨水資源，在一定程度上有效緩解城市的缺水狀況，同時，實現對地下水的及時與有效補充成為一件亟待解決之事。

城市在出現降水天氣，雨水落到地面后，首先會產生徑流，之后向地下滲透，讓雨水參與至大自然的水循環中。海綿城市采用相應的透水、過濾等技術，可將雨水滲透地面，幫助城市進行地下水的涵養。而增加雨水向下滲透的總量，對雨水資源進行有效而充分地利用，還能進一步地節省公園綠地以及小區配套設施等的用水量，實現對水資源的節約。所以，海綿城市路面集水的首要目標即增加下滲，將各項技術可以在雨水的滯留、滲透以及凈化等方面發揮的功能與作用有效地發揮出來，進行地下水資源的補充以及水源的涵養。

2.2發揮對暴雨洪峰的延緩以及對徑流總量的控制作用

現階段，當發生暴雨與大暴雨天氣之時，我國仍有為數不少的城市依舊面臨著城市排水管網應對難度大、網管溢流量多的窘境，路面徑流會隨著排水口進入城市管網，增加市政管網的壓力，如果僅是單純地通過對城市的地下管網進行相應的改造來控制徑流量，所需要消耗的人力與物力等資源是非常多的。對此，應發揮海綿城市作用，采用多種路面集雨技術進行雨水的吸收、滲透以及滯留，在零就地消納雨水的基礎之上，科學與有效地將暴雨階段雨水向市政管網的排放流量減少，發揮出對暴雨洪峰的延緩作用，同時，合理控制徑流總量。

2.3滯留初期雨水，降低面源污染

在社會經濟迅猛發展以及人民生活水平日益提高等多種積極因素的影響下，環境保護特別是水環境優化所受到的重視程度越來越高。分析水環境的主要污染源，現階段主要由兩大部分構成：①點源污染（Point Source Pollution）;②非點源污染（Non-pointPoint Source Pollution）。非點源污染又可稱作面源污染，指的是在降雨產生的地表徑流、土壤側向水以及地下水等的作用下，地表所積累的各種污染物質會流進受納水體之中，由此而引起相應的污染。考慮非點源污染的來源，以降雨所產生的徑流為主，特別是近些年來我國很多城市經常發生內澇災害，致使雨水同污水之間相互混合，在很大程度上威脅著人類的身體健康。在這一背景之下，及時與有效地控制雨水中的各類污染物，實現對雨水的資源化利用成為一項極為必要之事。

以海綿城市中的綠地為例，它是城市中有著較大的集中用地面積的地塊，降雨天氣特別是暴雨天氣發生時，降落到這一地塊的雨水量是非常可觀的，這一時期，綠地及其周圍將會產生比較明顯的徑流，種植于綠地中的植物非常多，它們的根系以及所生存的土壤等均有過濾雨水的功能，能夠發揮對初期雨水徑流的凈化作用，采用路面集雨與相應的處理技術，可對綠地及其周圍雨水進行收集與過濾，并將其排人綠地水體。流經綠地內部的雨水徑流，總體而言有比較好的水質，如果將其排人到河流與湖泊之中，可在一定程度上降低對水體的污染程度。所以，以海綿城市中的綠地以及相關路面的集雨技術為支持對初期的雨水徑流造成的污染進行控制，既能有效利用綠地雨水徑流資源，又能將面源污染范圍減輕，改善區域雨水徑流水質，優化水環境。

3海綿城市路面集雨技術

傳統排水系統多采用硬排水方式對雨水進行處理，海綿城市則將對與自然生態相接近的軟排水方式的采用作為重點，以此實現對路面雨水的受納。從本質上來看，海綿城市路面集水技術是對傳統雨水排水的優化及增強。配合使用多種不同功能的路面集水技術，海綿城市可實現“滲蓄滯凈用排”的循環理念。此處，以雨水資源化利用目標為基礎，對其進行集水、輸水、貯水與取水4部分劃分，結合各項技術的主要功能，將海綿城市路面集水技術分為雨水滯蓄技術、雨水傳輸技術、雨水貯存技術以及雨水利用技術，表2所示為技術類型及其適用對象。

3.1雨水滯蓄技術

主要用人工的方式創造對土壤滲透以及雨水收集等有利的各種條件，通過道路、綠地等下墊面收集與處理雨水，包括透水鋪裝技術、下沉綠地技術、雨水桶（罐）技術、蓄水池技術等。

1）透水鋪裝技術。是海綿城市應用最廣的一種路面集雨技術，可就地滯蓄與滲透雨水，主要是在城市中的停車場、步行道以及廣場等位置建設與鋪設大量的不透水路面，以此對雨水的滯留形成推動，達到增加雨水滲透量、減緩暴雨徑流速度、降低其流量，同時，將滯留的時間延長，緩解排水系統壓力的目的如圖2所示。透水鋪裝技術對多種透水性材料（較之傳統硬質鋪裝材料生態性與可持續性更高）加以應用，可增大雨水向下滲透的可能性，將徑流的流量以及峰值降低，在一定程度上完成短時間內的蓄水任務。該技術可節省雨水管網后期的升級與維護費用，更加經濟。

2）下沉式綠地技術。該項技術常常結合地勢低洼處實施，以對地勢的順應為前提，適當節省工作量，通常，技術實施位置的高程大約比路面或者鋪設的硬化地面低20m，如圖3所示。下沉式綠地技術在海綿城市路面集雨工程中的應用亦比較廣泛，有著很突出的滲雨水以及補充地下水的優勢，能夠在較大程度上緩解傳統市政管網的排水壓力，達到對雨水的凈化、非點源污染的阻止以及污染物的削減等目的。在技術實時的過程中，最好不要設置過大的坡度，合理的做法應是在雨水口的位置鋪設一些塵沙或鵝卵石，使它們發揮局部分散式蓄滯雨水的作用。此外，還可以在綠地的周圍設置一些溢流口，對超出標準的雨水進行排放，避免出現短時積水的情況。

3）雨水桶（罐）技術。一種較為靈活的經濟型技術，在雨水資源化利用中有較多應用。雨水桶（罐）這種裝置比較簡單，用于收集與回收雨水，便于安裝，多布置在建筑旁邊的位置。在出現降雨天氣之時，雨水會經過雨落管直接流人雨水桶（罐）之中，由雨水桶（罐）對其進行一段時間的存儲。對于污染程度比較小的雨水來說，可以將它們直接用于景觀等的灌溉;如果雨水受到了比較嚴重的污染，則需接受集中的凈化處理，之后用作洗車與沖廁等。雨水桶（罐）技術在土地緊張的地區適用性較高，可在一定程度上緩解這些地區的雨洪問題。

4）蓄水池技術。在建筑小區及公園綠地系統中的應用比較多，該項技術的實施目的為收集與滯蓄雨落管傳輸的屋頂雨水以及道路雨水徑流，可通過與地下空間的結合完成地下蓄水設施的建設，應用蓄水技術，達到節省空間的目的，亦為難以在地上改造的地區提供可能。

3.2雨水傳輸技術

雨水傳輸技術主要在海綿城市路面集水處理的中間環節應用，經常采用多種人工與生態措施進行徑流輸送，輸送過程可實現雨水的下滲與凈化，故該技術大多能同時將“滲”、“滯”、“凈”功能發揮出來，有比較廣泛的應用，植草溝技術與旱溪技術等是其主要的技術。

1）植被淺溝（植草溝）技術。以線狀布置為主，通常會與道路附屬綠地或建筑周邊綠地相結合實施，在滲透性鋪裝或植被等的支持下，該技術能夠將對雨水的徑流輸送作用發揮出來，達到對徑流峰值及流量的削減目的，并在雨水傳輸過程中對其進行收集與凈化。降雨較強時，該技術的傳輸作用能夠得到更好的發揮，它將超出標準的雨水傳輸給排水系統，由排水系統執行對這些雨水的排放任務，避免出現路面積水的狀況。植草溝的邊坡坡度小于30%，縱坡小于4%，流速大約為0.8m/s，可進行鵝卵石、消能坎等的設置，對植草溝人口處雨水中的固體雜物進行物化處理。

2）旱溪技術。在海綿城市中，旱溪技術的應用不是太廣，但其有很強的適用性，實施過程中可同景觀生態相互結合，屬于一種以自然的溪流形態為依據，有效利用卵石及植被等的雨水景觀技術，主要用生物及植被來模擬自然狀態下的溪流，線性布置比較普遍。在降水比較多的時期，旱溪技術能夠發揮蓄積雨水的作用，而在降水較少的時期，則可作為造景景觀供人觀賞，將區域對雨水系統的生態調蓄功能良好地發揮出來。

在技術的具體實施環節，通常會將一些體積較大的石塊放置在底部位置，以此達到對雨水滲透的延緩目的。此外，通過在石塊上鋪設鵝卵石，還能起到減緩雨水沖刷的作用。部分情況下，還可考慮在旱溪兩側布置一些沉砂石或小型卵石，它們相互配合可削減徑流流速。通過在旱溪上游人口與拐彎處將溪床的寬度增大，與石塊砂石等相互配合，亦可以發揮出減緩徑流流速的作用，對過量沖刷情況加以避免。

3.3雨水貯存技術

又稱生物滯留技術，主要在降雨時截留、滯蓄與儲存雨水，一般貯存技術均具有凈化截污功能，降雨會在傳輸設備的作用下匯集于貯存設備之中，接受調蓄及凈化處理。應用較為廣泛的雨水貯存技術有生物滯留區技術、雨水花園技術等。

1）生物滯留區技術。具有滲水功能，對工程技術及區域土壤結構與特性有較高的要求，能對雨水進行蓄滯。以技術規模及位置為依據，生物滯留區技術又分為滯留帶技術與滯留池技術，小型生態樹池技術亦屬于滯留技術。在對生物滯留區布局進行規劃之時，應與市政道路附屬綠化設施等相結合，大型區域適宜布置滯留池與滯留帶，小型區域則更加適合進行生態樹池的布置，以此做到對綠化要求的滿足，確保不會對通行產生影響。

2）雨水花園技術。該技術可較為廣泛地應用于海綿城市路面集雨工程之中，屬于一種自然條件下形成的，或通過人工挖掘而形成的淺凹綠地技術，主要通過植被與微生物等將其對雨水的吸附以及凈化功能發揮出來，在匯集周邊道路及建筑小區內雨水之后，進一步實現對水源的涵養以及地下水的補充。一般地，雨水花園技術常根據地勢來實施，多在地勢低洼處實施，通過對有較強吸附功能的植物的種植，完成對雨水的初期處理以及滯蓄任務，是滿足生態化與可持續性要求的雨洪管理技術，其技術原理如圖4所示。蓄水層、覆蓋層、種植涂層、人工填料層以及礫石層均是技術實施要點。

作為低影響開發常見率最高的一種技術，雨水花園技術一般通過小型的雨水花園對路面、硬質廣場等地的雨水徑流進行收集。為避免破壞建筑地基，需要嚴格控制3m以上的距離。

3.4雨水利用技術

雨水在被蓄滲與凈化處理之后，會進一步回收與利用，這時便會用到雨水利用技術。面對水資源的短缺，我國很多地區均需強化對雨水的資源化利用，如將路面雨水收集與凈化處理之后用于洗車與環保環衛等;借助雨落管、雨水罐技術收集屋面雨水之后對其進行簡單的凈化處理，澆灌周邊綠地等。雨水利用技術的實施在雨水資源化利用中非常關鍵，屬于最終環節的技術。

4結語

文章以雨水資源化利用的核心目標為基礎，將海綿城市的路面集雨任務分為集水、輸水、貯水、取水4個部分，同時，根據各類技術的主要功能，劃分海綿城市路面集雨技術為雨水滯蓄技術、雨水傳輸技術、雨水貯存技術以及雨水利用技術4大類。實際上，海綿城市路面集雨技術的種類較為繁雜且多樣，不同類型的技術有時會有多項功能，如滯蓄技術還能在不同時刻將貯存功能發揮出來等。所以，在今后的具體實踐中，應與場地的實際條件以及所需達成的主要目的等相結合科學、有效地做出單項技術或組合技術的選擇，不能受傳統觀點的束縛而拘泥在某一技術的單一功能之上，而是要通過對4大類技術的共同配合，完成對路面雨水的滲透、存儲、調節、傳輸、凈化及排水等目標，對徑流總量、徑流峰值以及徑流污染進行有效控制。