海綿城市理念的雨水濕地系統構建

韓旭東

摘要：近些年來，我國的城鎮化建設的進程不斷加快，這也使得城市建筑密度不斷提升，在道路上、屋面上等關鍵位置存在的不透水的位置逐漸增多，這使得當暴雨來臨時，地表徑流數量增加，對地下水的補給量逐漸減少，造成地下水質的降低，還容易使得城市出現內澇的現象，對人們的正常生產以及生活帶來了極大的負面影響。鑒于此，本文主要分析海綿城市理念的雨水濕地系統構建。

關鍵詞：海綿城市;雨水濕地;構建

中圖分類號：TU712? ?文獻標識碼：A

1、引言

隨著社會經濟的迅速發展，城市化進程不斷加快，屋面、道路、地面等設施的建設導致下墊面硬化，70%～80%的降雨形成徑流，僅有20%～30%的雨水能夠滲入地下，破壞了自然生態的“海綿體”，導致逢雨必澇、遇澇則癱、城里看海等現象的產生，帶來生態惡化、水資源、水安全等一系列嚴重問題。傳統的以“快速排除”和“末端集中”控制為主的規劃設計理念已經難以為繼，而以“滲、滯、蓄、凈、用、排”為設計理念的海綿城市建設將是發展趨勢。因此，具有吸收、存蓄、滲透、凈化、調節水循環等功能的新型蓄水透水材料將在海綿城市建設中發揮巨大作用。

2、雨洪管理的目標分類

目前，我國城市雨洪管理在規劃層面的目標一般包括徑流總量、徑流峰值、徑流污染等方面的削減與控制。這些目標大多以控制指標的形式而制定，各指標分類分區的定量管控，有利于城市在流域層面的水文恢復。但對于設計層面而言，這些目標相對單薄，缺乏對場地美化、生態、防災等功能特征的體現。故本研究綜合以上管理目標，結合城市公園的造景需求，從定性角度，將城市公園設計的雨洪管理目標分為以下4個方面：（1）雨洪徑流控制目標，強調對場地內主要匯水面雨水徑流總量、峰值的控制和削減;（2）雨水污染凈濾目標，強調利用自然水文過程對場地內的雨水進行滲濾和凈化;（3）雨水資源利用目標，強調利用雨水儲存設施對場地內的雨水進行收集和利用;（4）雨水景觀營造目標，強調雨水運動過程的景觀化，使重力勢能轉化為動能，體現“活水”景觀。

3、雨水型人工濕地的“海綿功能”運行機制

3.1、削弱徑流洪峰機制

濕地公園一般具有大面積的綠地和景觀水體，可以消納一定城市區域內的雨水。在豎向設計中，通過地形和地表的設計，可以進一步降低徑流速度，削減洪峰。比如通過控制地形的坡度，延長地表雨水的徑流路徑，減緩徑流速度，從而延長了雨水下滲的時間，增加了滲透量。也可以通過設置坑塘級差，消減洪流。例如廣州大觀濕地公園在原有濕地基礎上，按照防洪要求計算后，依地勢設置7個小水塘，每個水塘深約1～1.5m，形成具有落差的“海綿泡”。這些高低錯落的“海綿泡”，起到阻緩減弱地表徑流，避免產生洪流的作用。

3.2、污染治理機制

人工濕地一般由五個元素構成：（1）水;（2）飽和基質：如礫石、砂和土壤，還有礦渣、煤渣和活性炭等。這些基質可以為微生物的生長提供穩定的依附表面;（3）水生植被：適于在濕地基質中生長，并具有較強凈化能力的植物，如燈芯草、香蒲、蘆葦等;（4）動物：如魚類、水禽等;（5）微生物種群。人工濕地中水質凈化的基本過程是：在基質上種植具有較強吸附和吸收污染物的濕地植物，當污水流過人工濕地時，首先經過透水基質的過濾作用，再通過植物根部多種微生物的分解活動，將污染物進行分解、吸收、轉化和利用，凈化水質。

3.3、雨水資源再利用機制

在設計中需要根據基地的自然水文條件來選擇適宜的生態調蓄設施，實現對雨水的調蓄和資源化回用。宜優先采用具有調蓄空間的景觀水體，如雨水花園、雨水濕地、濕塘等生態調蓄設施，通過模擬自然濕地的布局和功能，起到雨水調蓄、水質凈化的作用。當生態蓄水設施的調蓄容量無法滿足調蓄要求時，可以通過設置蓄水池、蓄水桶等人工蓄水設施增加蓄水能力，也可以采用設置滲透井，鋪設滲透管的方式收集雨水資源。初期雨水進行集中過濾、消毒后可用于綠化澆灌用水、公園路面清潔、廁所沖洗及消防用水等。

4、海綿城市理念的雨水濕地系統構建

4.1、處理工藝流程

本工程中處理初期雨水采用組合式人工濕地工藝，設計為三級濕地串聯，包括潛流型人工濕地、表流型人工濕地和生態穩定塘。經調蓄池初步處理過的雨水首先通過DN1200mm管道壓力輸入潛流濕地，潛流濕地出水依次流入一級表流濕地和一級生態穩定塘，然后再通過二級表流濕地和二級穩定塘，最后出水流入生態溝渠。整個濕地水體流動通過設置濕地高程實現重力自流，進入潛流濕地的進水水位高程設置為10.05m，一級表流濕地、一級生態穩定塘、二級表流濕地、二級生態穩定塘高程分別為9.50、9.30、8.90和8.75m。

4.2、設計特點

本次工程將人工濕地系統凈化后的雨水作為黑臭水體的補水水源，創新性地實現了雨水濕地系統與黑臭水體整治的有機結合，既減少了雨水的排放，又改善了黑臭水體水質。

4.3、水力停留時間

水力停留時間是人工濕地設計中的一個重要參數，其受濕地長度、寬度、植物、基地材料滲透率、水深和水力坡度等因素影響。根據研究數據表明，一般水力停留時間最大不超過24h，暴雨期間至少有30min的水力停留時間以保證處理效果，水力停留時間達到10～15h就可以達到很好的處理效果[14]。依據日處理污水量（80000m3/d）和設計池容，計算可得本工程中潛流濕地設計水力停留時間為24h;一級表流濕地為12h;一級生態穩定塘為12h;二級表流濕地為7.5h;二級生態穩定塘為9h。

4.4、基質選擇

基質是指在人工濕地床體內用以提供人工濕地植物與微生物生長并對污染物起過濾、沉淀、吸附等作用的填充材料，一般是礫石、砂子、土壤和煤渣等。本次工程中選用多種填料布置方式，主要填料是礫石，輔助少量的沸石和鋼渣作為強化介質，同時沸石用來強化氨氮的去除，鋼渣用來強化磷的去除。填料層的粒徑為5～30mm，孔隙率為30%～40%，厚度為125cm。

4.5、植物選擇

水生植物的選擇使用是人工濕地正常發揮污染治理效能的關鍵所在，很多工程經驗表明利用人工濕地處理初期雨水技術應用效果最好的水生植物有蘆葦、菖蒲和美人蕉。同時考慮到植物的生長期，本次也選用了四季常綠的風車草、常綠鳶尾和燈芯草。

5、結束語

隨著我國海綿城市理念的擴展，利用人工濕地作為雨水調蓄和凈化的空間，雨水回用緩解城市水資源問題，同時發揮濕地公園保護生物多樣性、生態教育、觀光休閑以及形成城市生態景觀系統的作用，將成為濕地公園建設的綜合功能目標。但是對這種復雜生態設施的設計還有待于通過設計、園林、市政、生態、環保等跨專業的合作，不斷摸索，并以量化的方式總結經驗，形成系統性研究，方能最大限度地發揮人工濕地公園的生態效益和社會效益。

參考文獻

[1]孫玉童，方志華，夏明升，劉程.基于海綿城市理念的雨水濕地系統構建[J].工業用水與廢水，2020，51（01）：79-81.

[2]楊帆，鄧宏.海綿城市理念下山地城市公園綠地雨水系統構建研究——以重慶市悅來新城會展公園為例[J].建筑與文化，2019（09）：80-81.

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