海綿城市建設中初期雨水徑流處理技術研究

賴雄偉 （福建省天鈞建設發展有限公司，福建 漳州 363000）

海綿城市概念的提出，在于讓城市適應環境變化以及自然災害等方面的能力具備一定的“彈性”，在此基礎上提出了六字方針，分別為“滲、滯、蓄、凈、用、排”，該項措施的提出能夠將65%以上的降水實現充分消化和綜合利用，不僅緩解了城市排水系統的壓力，減少水體污染的可能性，也在很大程度上改善了生態環境，彌補城市發展過程中對水資源的需求，緩解了用水危機。初期雨水是指降水初期所產生的雨水徑流，考慮到城市環境的特殊性，污染物含量通常都超過了普通污水的程度，因此，對其治理也是推動雨水資源綜合利用的前提條件。

1 城市地區地表徑流分析估算

估算的目的在于加強對水資源的綜合利用，也是建設海綿城市的關鍵。首先，對于部分樓層應當根據其不透水面積的實際比例大小，將市區劃分為相應的不同功能區，比如商業區和住宅區；然后，開展相應的測試。通過記錄各類型區域降雨徑流的關系建立聯系方程，給出相應的參數，經過反復論證后，最終得到降雨量、不透水面積、徑流量三者之間的關系；最后，根據不同的地表情況進行分析和計算。考慮到目前國內很多城市都沒有開展雨洪測試的條件，需要借助于相類似的經驗公式，算出歷年來降雨產生的徑流量，然后再累積成年徑流深，形成目前狀態下本區域范圍內的年徑流數據，接下來就可以推算出該地段平均數據。比如北京市某郊區的綜合試驗公式為，R=0.527×P×I0.886-4.5I4.4-1.07,其中R為次徑流深；P為面雨量；I為不透水面積比例。在具體分析過程中，大多數都是使用本市區最新的1/10000地圖，并且在使用的過程中，還需要根據當前的現狀以及城市發展規劃，將其劃分為不同類型的功能區，接下來就需要計算不透水面積。通常而言，需要采用近幾年的平均數據，整理各功能區某系列年降水量的數據資料，一個類型區只需要一個雨量站的資料，至于年內各次降雨量，則可以根據逐日降雨量表用日雨量代替，但遭遇連續降雨日那么就應當通過場次進行分割；再計算類型I值，也可以充分借用相類似的經驗公式，以此計算次降雨的R值，累積相加求出年徑流量。

圖1 綠色屋頂示意圖

2 初期雨水的處理技術與方法

2.1 綠色屋頂

綠色屋頂是當前海綿城市建設的重要設施之一，通過在城市大樓和建筑主體屋頂安裝蓄水層、過濾層和土壤，作用在于能夠有效減緩雨水徑流調控期流量，實現凈化水質以及改善空氣質量的作用。雨水通過綠色植物以及土壤被攔截，不僅為其生長提供充足的水資源，同時土壤的基質層也可以實現涵養水分的作用，對雨水的徑流量起到了一定程度的調節作用。雨水通過植物的吸收以及土壤的過濾和微生物的作用下，可以使得其本身所蘊含的污染物得到充分的降解，在降雨初期，綠色屋頂還可以起到延緩雨水達到徑流峰值所需的時間，同時也能有效降解雨水中的污染物質，能有效緩解城市路面地表徑流壓力。在天氣較為干燥的情況下，通過綠色屋頂的蓄水作用，可使水被蒸發后重新回歸大氣，在降解空氣溫度的同時也緩解了城市的熱島效應。

2.2 生物滯留池

主要是通過人工挖掘以及在自然環境下所形成的淺凹綠地，其本身就具備了雨水的滯留能力，在城市中也稱之為雨水花園，如今該項基礎設施已經在全國范圍內得到了廣泛應用。不僅可以有效避免雨水初期徑流量過大的問題，也具備了蓄水和改善水質的功能，以及一定的景觀效應，完全符合海綿城市建設的管理理念。典型的生物自流池組成部分包括下滲層、蓄水層以及填料層等眾多部分，考慮到初期雨水污染程度相對比較高，為了保證凈化雨水的徹底性，大多數在結構上采用多重組合方案，也就能降解特殊的污染物，同時植被體系的構建也有助于節流和分解，對徑流雨水起到明顯的凈化作用。土壤以及植物根系可以通過微生物的作用，有效去除雨水中的污染物和其他的化學物質。

2.3 雨水濕地系統

人工濕地技術不僅具備較好的生態價值，同時也能實現高效的處理并不會對環境造成任何破壞，相反還能夠改善水質狀況。雨水濕地系統維護簡單、建造費用低廉，從類型上可以劃分為雨水表流濕地以及自流濕地。目前，國內對于這方面的研究還是處于起步階段，國內某大學通過潛流式人工濕地處理雨水徑流技術，能夠有效去除接近80%的有機物以及其他元素，但在使用了間歇式技術過后，對水中氨和氮元素去除率可以高達99%，該技術的實施是包含了四個階段，分別為進水、反應、排水和空閑，最后一個階段提高了土壤基質層的復氧能力，因此去氮效果得到明顯提升，該項技術也可以應用于城市各功能區的雨水徑流處理，能夠在很大程度上改善水質。國外對這方面的研究也是有著豐富的成果，部分機構已經將其應用于公路雨水徑流，考慮到污染物大多數都是重金屬以及其他的化學物質和顆粒物，尤其是汞、鉻、鉛等物質是不可進行生物降解，不斷的累積會對生態環境造成影響。

2.4 下凹式綠地

從深度來看大多數都介于55mm~200mm之間，雨水中的大多數固體污染物在經過沉積后也可以被快速去除，這種方式在建設以及后期的維護費用上相對較為低廉，如今已經廣泛應用于住宅小區以及公園廣場等諸多場所中。但是考慮到在實際應用過程中會受到地形條件的限制，所以調蓄雨水的能力也會受其影響而產生較為明顯的變化，通過改變穩定徑流路徑，直接與下凹綠地的排洪共同串聯使用，這樣就有助于削減在居住區的雨水徑流量。

2.5 植草溝

應用于植被邊坡較緩的地表溝渠，可以實現對雨水的收集和排放，同時也具備了一定的過濾和凈化功能。但從實際效果來看對雨水水質的改善效果相對比較差，不可以單獨使用，可以和其他的資源設施共同使用從而達到較好的效果。考慮到植草溝所占地的面積相對比較大，在城市中心區域寸土寸金其地價也比較高昂，所以這樣的方式顯然是不適用。在高速公路兩側或者是郊縣區域的公路當中以此代替排水溝，能夠實現對雨水的高效處理。

2.6 雨水生物塘

主要是通過物理以及化學沉淀和生物分解的方式，有效去除有機物和氮磷等元素，從類型上可以劃分為干塘、濕塘以及滲透塘三種。第1種可以有效削減雨水汛期峰值流量，但是所需要的空間相對比較大，如果能夠與雨水濕地相銜接那么就能夠構建起較為全面的調蓄水體設施；第2種適合于小區公園，能夠有效削減較大區域范圍內的徑流總量和污染；第3種，具備一定的凈化作用以及消減峰值流量的作用。

3 加強雨水資源利用的建議

從目前的研究現狀來看，為了能夠更好地建設海綿城市，進一步加強對雨水資源的充分利用，需要做到以下幾點。

首先，目前國內有相當一部分工程設計參數都是借鑒于國外的案例和項目，所以對于相關參數的應用，需要結合我國的實際情況，比如環境降水等相關條件進行持續監測，為今后設計參數提供有效的數據支撐；我國在制定各項標準以及相關條例上顯得不夠全面和細致，因此，需要綜合各地區降水情況制定適合該城市發展的雨水排放標準，從政府層面上推進雨水資源綜合利用技術的發展；近幾年隨著海綿城市逐步開展試點試驗，相關的設施和技術已經被大量應用和推廣，在單項技術的系統化應用上就顯得有所欠缺，其結果就導致對雨水的儲存收集以及運輸在銜接上還顯得不夠流暢和緊密，也就直接影響到最終的利用效率。最后，目前國內相關示范型工程可提供的經驗相對有限，并且在后期投入運行過后相應的經濟和人力管理成本也沒有形成較為全面的數據庫，針對該問題也需要在今后不斷進行完善。

4 結語

海綿城市建設過程中，已經有越來越多的學者開始關注初期雨水徑流處理技術。在水資源日益匱乏的今天，有必要加強對初期雨水的綜合處理和利用，不僅有利于改善用水環境，同時也能夠有效緩解城市水資源短缺的現實問題。