海綿城市措施在濱海高鹽地區的應用

尤 愛 剛

(天津濱海新區投資控股有限公司，天津 300451)

1 概述

我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，屬于嚴重缺水國家。天津是資源型嚴重缺水城市，濱海新區位于天津市區與海濱之間，由于自身地理環境特點，其水環境與水生態現狀更是不容樂觀，不僅水資源短缺，而且土壤及地下水含鹽量高、水生態急劇退化，且一旦發生暴雨或持續降雨等極端天氣，城市內澇問題也會隨之凸顯。在此背景下，建設海綿城市的意義顯而易見。顧名思義，海綿城市就是通過雨水滲透、收集、存儲、凈化、再利用等措施達到涵養城市水源、解決城市水資源危機的可持續發展城市模式。

濱海新區一直秉承著“綠水青山就是金山銀山”的科學發展理念，致力于使生態系統得到修復，生態格局進一步優化，從而使人與自然和諧，因此，建設海綿城市是濱海新區實現可持續發展的重要手段。

2 部分海綿城市工程措施簡介

市政工程中常常通過分散的，小規模的源頭控制措施來控制暴雨所產生的徑流和污染物，并綜合采用入滲、過濾、蒸發、蓄流、凈化等多種方式來減少徑流排水量，改善水環境，使開發后城市的水文功能盡可能地接近開發之前的狀況。常用工程措施如下。

2.1 生物滯留池

生物滯留池的功能是模仿土壤和植物的過濾作用，通過一系列的物理、生物、化學處理過程過濾水中的污染物。

2.2 屋頂綠化

屋頂綠化由多層功能不同材料構成的系統，可以緩和城市熱島效應，過濾、吸收、滯留降水。

2.3 透水鋪裝材料

透水的鋪裝材料可以用來滲透雨水以減少向場地外的徑流以及雨水管道發生溢流的頻率。使用透水鋪裝材料還可以提供地下水的補給，控制對河床及河堤的沖蝕，促進污染物的消除。

2.4 雨水收集箱

雨水收集箱是一種低成本的、有效的、維護簡單的雨水收集裝置，適用于住宅、商業建筑、工業建筑等，用來管理屋頂徑流。

2.5 過濾樹池

過濾樹池是一種迷你的生物滯留池，可以有效地控制徑流。徑流被引導至過濾樹池，在進入集水井之前通過種植和土壤進行清潔。收集在樹池中的徑流為樹木提供灌溉。

2.6 生態護岸

生態護岸是指能在防止河岸坍方之外,還具備使河水與土壤相互滲透,增強河道自凈能力,恢復河流部分或者全部因外界活動的干擾而退化甚至喪失的自然功能，同時具有一定自然景觀效果的河道護坡形式。

2.7 人工濕地

人工濕地是一種合理利用生態系統的凈化功能設施。其基本原理是：按一定的技術參數建成植物床，通過光合作用使植物根區形成富氧區，促使床體內微生物大量繁殖，通過微生物活動的分解和植物的吸收吸附及分泌物的殺菌等作用，使水體得到凈化。

影響濕地凈水能力的關鍵因素之一是濕地植物的選擇[1]，首先，原則上為避免引發生物安全性問題，應首選本地植物，慎選外來物種。其次，應選用根系較為發達、凈化效果好的植物，以滿足對水中氨氮以及有機物等污染物指標的去除要求。再次，應選擇抗逆性較強的植物，即耐鹽能力、耐污能力、抗病蟲害能力、抗熱能力、抗凍能力等各方面均較強的物種，以維持濕地系統的長久穩定。最后，還要考慮經濟成本以及景觀價值因素，通過多種植物的搭配選擇，在保持水質的同時能夠在視覺上形成錯落有致的景觀效果。

3 工程案例

3.1 項目基本情況

北塘片區03單元地處塘沽區東北部，四至范圍為：北起永定新河大堤，南至北塘大街，西起塘漢快速路，東至渤海海岸線。用地總面積為 429 hm2。水域面積共 34 hm2，其中河道面積11 hm2，湖面面積23 hm2。項目區水系范圍示意圖如圖1所示。

根據氣象資料，項目區多年平均降水量為565 mm。區內降水年分布不均，6月～9月降雨較為集中，約占全年降雨量的70%～80%。項目區域的地表水資源要素主要由水庫、河流等構成。地下水的水體礦化度較高，屬于咸水區。

3.2 水系設計

水系由項目區域北側的河道以及景觀湖連接組成，河道及湖泊水面寬度設計綜合考慮地形條件因素以及蓄水量的要求。最終確定為河道上口寬為16 m～23 m，河底寬3 m，河底高程0.0 m。湖面寬為20 m～230 m，湖底高程-1.45 m。

水體自凈能力得到充分保障的前提是水體可以充分的循環流動。河道與中心區湖泊共同構成了項目區的循環流動系統，通過設置在西北部雨水泵站內的一座循環水泵，以及建造在河道尾端的一座節制閘和一條回水管道，使整個水系能夠達到水體循環的目的。主要工程布置見圖2。

項目區土壤鹽堿化嚴重，受水體底泥鹽分釋放、地下水交換、水系水面蒸發濃縮等因素的影響，區內湖泊與河道的水體長期存放后，水體易形成咸化污染[2]。為減緩水體的咸化，需定期對水系內的水體進行換水。

項目區水系補水主要考慮平常補水、換水兩方面。經計算，區內水系年耗水量總計為98萬m3，對于缺水的濱海新區可考慮加強雨水利用來緩解換水、補水壓力。城市雨水利用措施主要包括初期棄流、雨水滲透、雨水存蓄、雨水滯留、雨水凈化、雨水回用六個方面[3]。經分析，通過周邊雨水泵站收集的雨水每年可為水系提供68.4萬m3，剩余部分可從周邊水庫補水。利用收集的雨水補水、換水時，考慮到降雨初期的雨水面源污染較重，因此，在實際應用過程中將15 min的初期雨水排入過境河道，不進入項目區水系。即通過采取初期雨水棄流的措施，達到了控制區內水系受到非點源污染的目的。

3.3 海綿城市措施應用

項目區為充分利用雨水，體現“滲、滯、蓄、凈、用、排”的理念，建設了一系列的海綿措施。例如：透水鋪裝、植被淺溝、過濾樹池、低洼綠地、人工濕地等措施。下面重點介紹生態護岸、人工濕地的應用。

1)生態護岸應用。本次設計綜合考慮河道寬度、水深等因素，最終確定在河道寬度大于20 m時采用生態袋護岸。生態袋護岸不僅耐腐蝕性高、穩固性好、強度高、使用壽命長，而且具有透水不透土的過濾功能，使得植物根系可在其中自由生長，并進入巖土基層，達到錨固作用，增強抗剪強度。實踐證明，生態袋護岸可將生態思想融入工程運用中，不僅克服了傳統護岸形式親水性較差的缺點，而且形成了良好的景觀效果。

2)人工濕地應用。人工濕地處理系統位于項目區的西北角，由表流濕地單元、波式潛流人工濕地單元、出水池及回水管道構成了濕地系統。濕地布置緊湊，系統由綠化帶與外界隔離，內部設置循環路以及主路、小步行路進行連通，用于工作人員的管理和巡視。圖3為人工濕地總體平面布置圖。

植物是人工濕地的核心，通過植物不但可以去除水體中的污染物，還可以促進水體中營養物質的循環和再利用，促進生態環境的良性循環。本工程結合氣候、凈水效果等因素，最終采用的具體植物如下：

1)浮葉植物。是指根附著在底泥或其他基質上、葉片漂浮在水面的植物，如睡蓮(如圖4所示)、芡實等。浮葉植物吸收養分能力較強、生長速度較快且耐污能力較強，可以在吸收氮磷物質的同時達到抵制藻類生長、改善水體透明度的目的。

2)挺水植物。即植物的根、根莖生長在水的底泥之中，莖、葉挺出水面，其根系發達，可存活生物量大，還可以在減緩水流速度的同時過濾和沉淀顆粒物質。本項目采用的挺水植物有蘆葦(如圖5所示)、黃菖蒲(如圖6所示)等。

3)沉水植物。是指由根、根須或葉狀體固著在水下基質上，其葉片也在水面下生長的大型植物，如苦草。沉水植物作為濕地生態系統的生產者之一，可以為微生物提供代謝場所，從而去除氮、磷營養物質，凈化水體。同時，增加了水體的生物多樣性，維護了生態平衡。

4)濕生喬木。本項目在河岸邊種植一定數量的垂柳，垂柳為落葉喬木，性喜溫暖濕潤的環境，耐寒能力強，耐水濕，適宜生長于濕地邊緣，有一定的耐污染能力。

水華污染是人工濕地在運行過程中易于遇到的難題之一，本工程采取了有效的控藻措施。通過采用在景觀水系中放養鰱魚和鳙魚的非經典生物操縱法來控制水體中的藻類，防止水體發生水華。鰱魚和鳙魚屬于濾食性魚類，以浮游植物為主要食物，且生長速度快。在景觀水系中放養鰱、鳙等魚類，不僅具有觀賞性，而且能夠有效控制藻類，具有一定的生態價值。

運行過程中，對人工濕地出水進行檢測，結果發現COD，TN，TP等指標均滿足Ⅴ類水的指標要求，取得了良好的水質凈化效果。而且通過多種植物的選擇搭配，構建了良好的景觀體系，豐富了城市生態景觀。

3.4 工程意義

1)經濟效益。項目區采用雨水的生態化綜合利用方式使雨水用于補充景觀水，每年可節省不少的中水費用。同時，由于減少市政供水負荷，也可減少市政供水系統設施投資。因此，雨水利用可以產生相當可觀的經濟效益。

2)社會效益。項目區通過對雨水的收集和充分利用，可以有效減少暴雨期間雨水的地表徑流量，降低項目區的洪澇災害危害程度，減緩降雨洪峰期對城市排水的壓力，降低城市內澇風險。同時，通過水系的建設、雨水資源的有效利用以及水質的保持，可以向周邊居民傳達環保理念，存在著不可忽視的社會效益。

3)生態效益。通過采取一系列海綿措施，有利于減輕地表徑流的非點源污染，及時回補地下水，保持水土及涵養水源，同時有利于加強對生物多樣性的保護及促進水體景觀娛樂等生態功能的發揮，將人的發展需求、生物生存環境建設及自然生態系統的良性發展和諧統一起來。

4 結語

海綿城市建設是緩解城市水資源短缺、實現排澇蓄洪、修復水環境以及改善水生態的有效手段，對于推動城市的可持續發展具有深遠的意義。本文在正確領會海綿城市內涵的基礎上，針對天津濱海地區水資源尤為匱乏、土壤及地下水含鹽量高、水生態急劇退化的區域特性，以北塘水系的構建為例，詳細介紹了部分海綿措施的應用，不僅達到了節約用水、降低城市內澇風險的目的，且通過人工濕地的運用，在保持水質的同時，構建了優美的景觀效果。從應用效果可以看到，采用海綿城市建設，在獲得經濟效益的同時，還可獲得深遠的社會效益和生態效益。