基于海綿城市建設理念下的雨洪資源利用模式探究

房恩哲 （安徽建筑大學經濟與管理學院，安徽 合肥 230000）

1 海綿城市基本概念

1.1 海綿城市基本理念

海綿城市正如水環境系統中蓄水海綿，通過對降雨時雨水資源的存蓄，在未來雨水儲備不足或者干旱的情景下得以彈性釋放利用，有效削減雨水徑流量和徑流速率，提高城市應對災害的靈活能力。通過調查不同地區的自然地理概況，在新型海綿城市建設前期，搜集該環境下水文水質等資源現狀，分析該地區雨洪問題成因及降雨特點，對源頭、過程和末端三大板塊選用一系列入滲吸收、收集存儲、調蓄凈化等技術集成設施，降低城市峰值徑流，減少污水污染。使雨水資源可持續循環發展，提升城市的呼吸透氣性及水資源綜合承載能力。

1.2 海綿城市研究目的與意義

積極推進海綿城市建設，不僅僅為了削減城市暴雨徑流帶來的壓力，減少出水水質的污染物含量，緩解我國水資源分配不均衡的現狀，緩解國內外水資源短缺現象，更是為了長遠地將雨水資源能夠發揮最大的利用，使雨水代替自來水回用比率大大提升，提升自然水循環功能，改善水資源、水環境、水生態、水安全問題。

2 海綿城市國內外研究現狀

2.1 國外雨洪資源管理理論發展背景

歐美地區最早對海綿城市進行探索：美國資源環境局在20世紀90年代提出低影響開發理念（Low Impact De?velopment，LID），指通過縮小城市調蓄體積，有效降低降雨徑流峰值，削減徑流流速，核心在于源頭掌控滲透、存蓄、排放、利用等雨水管理措施對污染物進行截留阻斷[1]。1987年《清潔水法》修改案后，因雨水監測及排放遇到困難，美國提出最佳管理模式BMps（Best Manage?ment Pratice，BMPs）理念，從結構性措施和非結構性措施兩個角度將城市面源污染問題逐漸引申到提升水質、掌控徑流流量等雨水管理技術系統問題上，實現雨洪資源綜合管理等控制目標[2]。澳洲同期提出的水敏感城市設計（Water Sensitive Urban Drainage，WSUD），則是將雨水收集排放和居民生活、工業用水與城市綠色景觀設計相結合，將可持續發展理念引用到城市水文系統中，降低內澇發生頻率[3]。英國（Sustainable Urban Drainage Systems，SUSD）將洪澇影響、水污染問題與城市景觀設計進行綜合控制，從雨水出水水質、水量及雨水回用功能三個方面，通過人工濕地對污染物進行凈化，有效改善徑流水質，保護城市景觀與生態多樣性[4]。享有“花園城市”美譽的新加坡率先創立ABC（Active Beautiful Clean，ABC）水計劃，將城市環境、水體流域和社區環節綜合鈕扣，將洪澇災害轉換為雨洪資源利用模式，打造景觀河岸，恢復城市水系統的生態多樣性。

2.2 國內雨洪資源發展概況

我國從21世紀初首次提出海綿城市理念，發展至今已初具成果：俞孔堅、李迪華教授在2003年將海綿城市理念巧妙地比喻為城市旱澇災害的調蓄池，并在2004年率先將低影響開發理念應用在深圳光明新區建設實例中，對景觀道路和雨水花園突出設計，將濕塘和景觀水體區域相結合，合理運用降雨資源，給予我國海綿城市開發建設的全面實踐支撐[5]。重慶悅來新城地區通過將植被嵌入干涸的河床，將旱溪與當地特有的山地景觀相結合，降雨時能夠有效減緩地面雨水流速[6]。青島、廈門等沿海城市，通過對非常規水資源的規劃及海水淡化利用，建設生態海岸及護坡，利用反滲透和多效蒸餾海水淡化技術，將海水直接利用于沿海工業行業，高效節省了自來水資源。

3 海綿城市建設技術模式探究——以汕尾地區為實例

3.1 海綿城市地區建設概述

汕尾市位處廣東省東南部，氣候溫和、降雨充沛、水系眾多，屬亞熱帶季風氣候。本研究區域內現有水質狀況總體良好，目前局部建設為雨污分流管道，管網覆蓋建設已具備基本規模。

3.2 海綿城市建設目標及下墊面分析

見表1、表2。

海綿城市建設規劃 表1

區內近期海綿城市建設指標目標值統計表 表2

3.3 雨洪建筑利用模式設計思路規劃

3.3.1 建筑屋面類

建筑屋面類通常占比較大，其徑流排放主要以實現中小型降雨徑流的自我消納為主，主要通過透水鋪裝、傳統屋面以及新型種植屋面的利用模式進行控制，設計時需要對建筑類型和雨水排放形式進行分區考慮。本研究區域目前可根據不同場地處理老舊建筑的雨污合流、地面硬化嚴重等問題，新型建筑屋面在控制徑流方面具有一定改造優勢，經調蓄池等設施調蓄凈化后可直接在建筑區域內回用，如綠化澆灑、居民沖廁、道路沖洗等用途。徑流排放流程圖如圖1所示。

圖1 建筑小區類徑流排放系統流程圖

3.3.2 市政道路類

市政道路一般按車流量大小及路面荷載力來應用不同的海綿設施。該地區國道等主干道路正在擴建提升中。降雨經雨水管渠、滲管等設施的傳輸，通過初期雨水棄流設施來降低初期雨水污染物濃度，連接海綿滯留、調蓄設施將雨水轉存進行再次循環利用，降低地表產流，削減徑流污染。市政道路建設項目徑流排放流程圖如圖2所示。

圖2 市政道路類徑流排放系統流程圖

3.3.3 綠地廣場類

公園綠地及廣場、停車場等匯水面積較大區域，應該為周邊地塊預留滯蓄空間和調蓄容積，本研究區域內不僅大面積鋪設了透水地磚，在未來規劃中可嵌入下凹式綠地廣場，或采用植草溝、生物滯留設施、滲井、雨水濕地等雨水收集回用設施，針對不同強度降雨，彈性消納徑流峰值，增強雨洪空間彈性。綠地廣場類建設項目徑流排放流程圖如圖3所示。

圖3 綠地公園類徑流排放系統流程圖

3.3.4 水體流域

本研究區域中，主要水系流域作為雨水排放的末端去向，可在其外圍設置植物緩沖帶，形成生態護岸，在防止水土流失的同時，起到凈化水質，維持城市水體景觀的功能。濕地或排水口末端處理等利用模式[7]將雨水存積和調節功能提升并存，恢復水體本身循環治理能力。水體流域類建設項目徑流排放流程圖如圖4所示。

圖4 水體流域類徑流排放系統流程圖

3.4 海綿城市技術設施選擇

3.4.1 入滲設施

使雨水快速入滲、增強城市透氣性是改造海綿系統技術措施的首要環節。相比傳統的雨水入滲模式，透水鋪裝、綠色屋頂、雨水花園、滲透塘等技術設施能夠讓雨水加速滲透地表，減小徑流帶來的影響。該地區未來可在廣場、停車場等匯水面積大、車流量小的市政道路項目中鋪設孔隙率大，透氣保濕的透水磚，在車流量較大的市政主干道路可采用高強度、防滑性好、耐風化、重量輕的透水瀝青、混凝土，以透水材料鋪設的地面取代傳統材料的路面[8]，增加地表透水面積，減輕地面硬化現象，削減降雨給城市帶來的排水壓力。本研究區域內，建筑樓房多采用平面屋頂或坡度小于15°的坡面屋頂，故新型植被覆蓋技術也同樣適用于當地海綿城市建設之中。綠色屋頂表層選用的植物從根本上決定了雨水的截留能力，根據屋頂荷載強度選取強保水性、易存活、抗旱澇能力強的植物，對暴雨徑流污染進行控制，削減峰值流量[9]。雨水花園意為以植物、土壤、微生物的滯留凈化功能為特點的一種建設及維護成本較低的淺凹綠色景觀空間，能夠有效地存積雨水，凈化水質污染，是一種可與其他綠地景觀相結合多功能海綿設施[10]。

3.4.2 存蓄設施

建設工程中較為常見的雨水存蓄技術有濕塘、雨水濕地、雨水罐等。此環節中可對雨水口進行改造，將傳統雨水口改為具有集蓄功能的雨水口，使雨水集蓄功能發揮至最大效益。雨水罐可大量運用在當地居民小區中，儲存容積小且凈化功能有限，構造簡單且成本較低。未來可將濕塘、雨水濕地類海綿設施與公園綠化景觀相結合規劃建設，積存雨水的同時，又可以凈化徑流污染，加快雨水傳輸。常用的調蓄塘與調節池做為末端清淤單元，可與其他低影響開發設施并用，形成多功能的雨水調蓄體系。

3.4.3 滯留設施

在本研究范圍內，可根據地形坡度和地表的粗糙程度因地制宜選擇雨水滯留技術。生物滯留帶、雨水花園、高位花壇、生態樹池等常見的生物滯留設施，以及植草溝、下凹式綠地等技術設施的利用，可有效地提高雨水滲透率。未來可在主干路路肩設置植草溝，通過植被覆蓋方式來削減地表徑流[11]，利用植物吸附特性、土壤修復以及微生物功能的多樣性來對水質進行氨氮、總磷及重金屬去除，從而更好地調節輸送凈化雨水。

3.4.4 排放與凈化設施

傳統雨水凈化模式中一般使用的是初級污染物截留設施，只能起到過濾大直徑的顆粒污染物的初級效果，不具備良好的凈化功能。該地區自然水資源豐富，但在污水管網方面建設仍在開發階段，經初期雨水棄流設施后，可規劃降雨通過雨水管渠進水管流入沉淀池，再通過棄流管排出，降低初期雨水污染物濃度。減輕后續人工濕地、生態濾池、植被緩沖帶等新型雨洪管理措施的控制壓力。

該城區目前已采用雨污分流排放制度，雨水排放時，可通過增強水泵的抽強能力，優化雨水口設計和布置形式等手段，對地下管廊進行設計規劃，保證暴雨時期不會產生內澇現象，減輕城區面源污染，對雨水資源物盡其用。

圖5 雨水系統低影響開發措施綜合流程圖

4 總結與展望

海綿城市建設理念是構建彈性水資源綜合治理模式的核心支撐，目前我國低影響開發設施還在不斷優化開發中，仍需從發達國家工程實例中汲取經驗，因地制宜合理比選使用LID設施，將雨洪資源利用發揮極致，更進一步向城市生態化建設邁進。