海綿城市建設(shè)對(duì)地下水影響研究綜述

王健

摘要：隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了顯著的成效。城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，不僅能帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更是人類城市文明的窗口。在全球城鎮(zhèn)化推進(jìn)的進(jìn)程中，“城市問題”層出不窮，尤其在水與城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系問題上缺乏系統(tǒng)的研究，我國正面臨水資源短缺、城市內(nèi)澇災(zāi)害等多種城市問題。近年來，海綿城市的發(fā)展理念在全國受到逐步推廣，大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)可有效解決城市的內(nèi)澇問題。目前，住建部發(fā)布的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》明確規(guī)定，海綿城市的發(fā)展與城市地下綜合管廊技術(shù)統(tǒng)籌發(fā)展，不僅可以有效改善城市地下空間緊張的問題，而且可以顯著提升排水防澇的標(biāo)準(zhǔn)及城市的防洪、防澇能力。本文就海綿城市建設(shè)對(duì)地下水影響研究展開探討。

關(guān)鍵詞：海綿城市;雨水入滲;地下水

引言

海綿城市建設(shè)旨在維護(hù)良性水循環(huán)的城市水系統(tǒng)建設(shè)與改造，隨著實(shí)踐的不斷深入，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到基于系統(tǒng)性視角研究海綿城市建設(shè)的重要性。而目前尚缺乏基于城市水循環(huán)視角，對(duì)海綿城市系統(tǒng)進(jìn)行界定，未明確海綿城市系統(tǒng)與整個(gè)城市水系統(tǒng)之間的復(fù)雜作用關(guān)系，亟待系統(tǒng)和全面地梳理海綿城市建設(shè)背景下的城市水循環(huán)過程。

1海綿城市建設(shè)的地下水文、水環(huán)境效應(yīng)分析

海綿城市建設(shè)強(qiáng)化了城市建設(shè)區(qū)地表水、土壤水和地下水的水力聯(lián)系，通過海綿城市設(shè)施額外進(jìn)入地下水系統(tǒng)的這部分徑流及可能攜帶的污染物會(huì)引起復(fù)雜的地下水文、水環(huán)境效應(yīng)。目前針對(duì)海綿設(shè)施的水量、水質(zhì)外排過程開展了大量的研究，而對(duì)深層入滲進(jìn)入地下水系統(tǒng)的水量、水質(zhì)輸出過程關(guān)注不足，并且缺乏必要的監(jiān)測手段與研究方法。有必要在海綿城市建設(shè)區(qū)針對(duì)性的開展淺層地下水水文監(jiān)測與水質(zhì)采樣分析，并對(duì)位于中間過程的包氣帶進(jìn)行深入的土壤與包氣帶環(huán)境調(diào)查。在數(shù)據(jù)監(jiān)測分析的基礎(chǔ)上，評(píng)估海綿城市建設(shè)對(duì)局地和區(qū)域地下水流場的影響，以及海綿設(shè)施的污染物入滲規(guī)律及對(duì)地下水環(huán)境的影響，并從地下水水文、水環(huán)境效應(yīng)的角度，提出海綿城市建設(shè)的改進(jìn)建議。

2海綿城市系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

相較傳統(tǒng)城市建設(shè)區(qū)而言，通過海綿城市系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠在降水和污染物輸入保持不變的前提下，根據(jù)海綿城市建設(shè)目標(biāo)，優(yōu)化海綿城市系統(tǒng)輸出項(xiàng)，即蒸散發(fā)、地下水、外排徑流、雨水回用量之間的分配比例。對(duì)照《指南》中給出的海綿城市建設(shè)目標(biāo)，減少外排水量及污染物無疑是最為關(guān)鍵的，此外還強(qiáng)調(diào)通過海綿城市建設(shè)增加雨水回用量。但通過海綿城市建設(shè)減少的這一部分外排徑流究竟是增加了蒸散發(fā)量，還是回補(bǔ)了地下水，或是滯留在海綿城市系統(tǒng)內(nèi)部，是非常復(fù)雜且不應(yīng)回避的問題，需要結(jié)合實(shí)際的區(qū)域特點(diǎn)與具體的海綿城市建設(shè)目標(biāo)，從水循環(huán)的角度進(jìn)行深入的分析討論。

3海綿城市建設(shè)對(duì)地下水影響的數(shù)值模擬

海綿城市 LID 措施的建設(shè)會(huì)改變雨水的入滲方式以及地表匯流過程，從而對(duì)地下水的水位和水質(zhì)造成影響，與地下水的聯(lián)系密切，因此研究海綿城市建設(shè)對(duì)地下水的影響時(shí)，運(yùn)用地表水的數(shù)值模擬軟件去模擬 LID設(shè)施建設(shè)下的城市水文過程及對(duì)地表徑流的影響，可以直觀的了解到不同 LID 措施方案下地下水的動(dòng)態(tài)變化。國內(nèi)外在模擬海綿城市的建設(shè)措施對(duì)城市水資源造成的影響時(shí)，主要通過城市雨洪模型、城市水文模型等數(shù)值模擬研究，以數(shù)學(xué)和物理上的模擬實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識(shí)和理解海綿城市建設(shè)下的水文循環(huán)。

4海綿城市建設(shè)對(duì)地下水影響

4.1海綿城市建設(shè)對(duì)地下水水位影響的研究

海綿城市的建設(shè)使得雨水的入滲方式，地表徑流峰值峰量及排泄方式發(fā)生了變化，從而引起地下水的水位、水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化。對(duì)某市區(qū)的3個(gè)雨水滲透調(diào)節(jié)池的地下水位和水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測，雨水滲濾幾分鐘后地下水位上升。研究得出土壤非飽和帶的蓄水效果延遲了入滲補(bǔ)給過程，地下水的最終補(bǔ)給量受到非飽和帶可存儲(chǔ)水量的限制。利用數(shù)值模擬海綿城市建設(shè)對(duì)地下水資源的補(bǔ)給作用與低影響開發(fā)工程設(shè)施的類型有關(guān)，也與其規(guī)模有關(guān)，僅當(dāng)海綿城市建設(shè)達(dá)到一定規(guī)模之后才能對(duì)區(qū)域地下水資源產(chǎn)生較為明顯的補(bǔ)給效應(yīng)。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來對(duì)黃土區(qū)雨水花園地下水影響的多年觀測試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雨水花園的集中入滲對(duì)抬高局部地下水位有顯著影響，在降雨期間內(nèi)及后續(xù)時(shí)間里土壤非飽和帶會(huì)蓄存下滲水并緩慢釋放來穩(wěn)定補(bǔ)給地下水。以某雨水花園為研究對(duì)象，實(shí)地監(jiān)測獲得降雨前后地下水位的變化數(shù)據(jù)，認(rèn)為雨水花園對(duì)降雨徑流具有良好消減效果，降雨對(duì)地下水的補(bǔ)給具有滯后性且對(duì)地下水的水量補(bǔ)給效果顯著。從上述研究結(jié)果可以看出，LID設(shè)施能夠?qū)Φ叵滤Y源起到良好的補(bǔ)給作用，土壤的非飽和帶對(duì)地下水的補(bǔ)給具有滯后性。

4.2地面透水性的影響

我國地域遼闊，各地降水存在分布不均衡現(xiàn)象，因此，在海綿城市規(guī)劃建設(shè)中不應(yīng)生硬照搬他人的經(jīng)驗(yàn)做法，而需要在科學(xué)的規(guī)劃下，因地制宜采取符合自身特點(diǎn)的措施。依據(jù)國務(wù)院文件對(duì)海綿城市建設(shè)規(guī)定的“采用滲、滯、蓄、凈、用、排等措施，將70﹪的降雨就地消納和利用”的目標(biāo)要求，有學(xué)者通過對(duì)道路、坡屋面、綠地及鋪裝地面的排水量進(jìn)行預(yù)估，給出濕地公園和儲(chǔ)水水塘的最大滯水深度、綠地下沉深度、綠化面積率與日最大降水量的估算關(guān)系式。對(duì)于透水性路面來說，由于受長期載荷影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)低洼不平段，此時(shí)，如何合理設(shè)計(jì)透水性路面，如何控制地表徑流堵塞空隙、保障路面的長期透水性能，以及如何控制雨水滲透對(duì)地基承載力的不利影響等，成為道路設(shè)計(jì)者和施工者在海綿城市建設(shè)中必須要面臨的技術(shù)問題，也是擺在科研人員面前的一項(xiàng)重要課題。

4.3海綿城市建設(shè)的水文效應(yīng)

一般情況下，海綿城市建設(shè)會(huì)增加原有城市水循環(huán)過程中的蒸散發(fā)量、地表入滲量，減少產(chǎn)流量和管網(wǎng)頂托情況的發(fā)生，并根據(jù)現(xiàn)狀條件和雨水管控需求調(diào)治管網(wǎng)排水過程、海綿設(shè)施溢流過程、深層入滲過程，建立表層土壤與滲透型管網(wǎng)的水力聯(lián)系。海綿城市建設(shè)對(duì)城市水文過程的影響，包括徑流減控、污染物削減、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)等，都是直接水文轉(zhuǎn)化過程的綜合作用結(jié)果。

5結(jié)語

經(jīng)研究認(rèn)為，海綿城市的LID設(shè)施對(duì)城市的地下水具有補(bǔ)給效應(yīng)但由于土壤非飽和帶的存在會(huì)造成滯后現(xiàn)象，而由于國內(nèi)海綿城市的建設(shè)并不完善，城市內(nèi)部的LID設(shè)施大都是點(diǎn)狀分布因此對(duì)地下水的補(bǔ)給只對(duì)局部區(qū)域的地下水具有明顯效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳言菲.基于GMS的江南某地區(qū)淺層地下水溶質(zhì)遷移規(guī)律分析[J].水電能源科學(xué)，2018（8）：33-38.

[2]杜新強(qiáng).海綿城市建設(shè)對(duì)區(qū)域地下水資源的補(bǔ)給效應(yīng)[J].水資源保護(hù)，2019（2）：13-17+24.

[3]馮艷如.地表水與地下水耦合模型開發(fā)與驗(yàn)證[J].水電能源科學(xué)，2018（5）：31-34.

[4]李懷恩，賈斌凱，成波. 海綿城市雨水徑流集中入滲對(duì)土壤和地下水影響研究進(jìn)展 [J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2019（4）：589-600.

（作者單位：長春建業(yè)集團(tuán)股份有限公司）