海綿城市建設(shè)及其相關(guān)建筑與規(guī)劃技術(shù)措施★

馬 鉞 周曉娟

(1.山西省陽泉市建筑設(shè)計(jì)院，山西 陽泉 045000；2.山西工程技術(shù)學(xué)院土木與建筑工程系，山西 陽泉 045000)

1 概述

我國城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中，普遍存在城市地面使用不透水材料過度硬化、雨水下滲量減少而導(dǎo)致洪汛期地表徑流增加及市政排水系統(tǒng)的負(fù)荷加重的問題，加之一些城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，由此引發(fā)的城市雨洪災(zāi)害和水污染問題成為了制約我國城市生態(tài)發(fā)展的核心問題之一，“海綿城市”理論遂得以應(yīng)用和發(fā)展。

2 國外雨洪管理的理念及發(fā)展

海綿城市是基于生態(tài)文明建設(shè)提出的新式城市雨洪管理概念。它是指城市可以像海綿一樣具有優(yōu)良的彈性，能根據(jù)環(huán)境變化及應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害的需要，及時(shí)做到對(duì)雨洪的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，以提高城市生態(tài)系統(tǒng)功能并避免或減弱城市洪澇災(zāi)害。

城市雨洪管理是一套完整的涉及技術(shù)與法規(guī)的理論體系。國際上代表性的雨洪管理模型有美國的最佳管理措施(BMPs)、低影響開發(fā)(LID)和綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)等以及澳大利亞的水敏感城市設(shè)計(jì)(WSUD)和英國的可持續(xù)排水系統(tǒng)(SUDS)等[1]。

低影響開發(fā)(LID)概念最早提出于20世紀(jì)90年代初美國馬里蘭州的Prince George County。LID是對(duì)BMPs(即最佳管理措施)的微觀補(bǔ)充和進(jìn)一步改進(jìn)，是指“在新建或改造項(xiàng)目中，結(jié)合生態(tài)化措施在源頭管理雨水徑流的理念與方法”[2]。

如圖1所示，相對(duì)于傳統(tǒng)開發(fā)，LID的地表雨水徑流總量有顯著減小，徑流量峰值出現(xiàn)時(shí)間也有明顯滯后，而且LID前后的徑流總量和徑流量峰值都基本保持不變，從而可以盡可能保證開發(fā)前后施工場地水文特征的穩(wěn)定，因此，LID比傳統(tǒng)開發(fā)能更好地保護(hù)原始自然環(huán)境。

3 國內(nèi)雨洪管理的發(fā)展

我國治理雨洪的歷史非常悠久，但雨洪管理理念始于20世紀(jì)80年代后期。在對(duì)LID雨洪管理模式進(jìn)行了十余年研究的基礎(chǔ)上，我國在“2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”上首次提出了“海綿城市”這一概念。海綿城市理念借鑒了LID的雨洪管理模式，結(jié)合我國實(shí)際情況，在充分利用傳統(tǒng)排水設(shè)施(下水道，溝渠，公路等)的基礎(chǔ)上，結(jié)合透水道路、水系(河流)及城市綠地(林地、公園等)等“海綿體”，下雨時(shí)“吸、蓄、滯、凈”雨水，干旱時(shí)可將凈化處理過的雨水釋放補(bǔ)給至地面，形成雨水洪水的良性循環(huán)。海綿城市也可視為由灰色基礎(chǔ)設(shè)施和綠色基礎(chǔ)設(shè)施共同組成的一個(gè)水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)。

4 海綿城市相關(guān)建筑技術(shù)措施

海綿城市建設(shè)包括三個(gè)相互補(bǔ)充、相互依存的系統(tǒng)——源頭徑流控制系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)。其中，源頭徑流控制系統(tǒng)也稱低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，它強(qiáng)調(diào)從源頭控制徑流，要在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)和工程實(shí)施等各環(huán)節(jié)納入低影響開發(fā)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)低影響設(shè)計(jì)(LID)或低影響城市設(shè)計(jì)和開發(fā)(LIUDD)，是海綿城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)元素。而建筑規(guī)劃和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的諸多技術(shù)措施是有效構(gòu)建源頭徑流控制系統(tǒng)的重要手段。

4.1 綠色屋頂

與水泥及瀝青路面一樣，建筑屋面直接接觸雨水，是降雨時(shí)城市雨水徑流的重要收集和排放面，但建筑屋面的功能要求決定了它的不透水特征。因此，在城鎮(zhèn)化的大背景下，對(duì)越來越大的城市建筑物屋面面積進(jìn)行綠化或建設(shè)屋頂花園，實(shí)現(xiàn)對(duì)屋面雨水的積蓄、分離和有效利用，在不多占城市土地資源的同時(shí)，增加總綠化面積或綠化率，在對(duì)雨水進(jìn)行有效源頭徑流控制的同時(shí)，還能增加景觀價(jià)值，減弱城市熱島效應(yīng)，改善城市生態(tài)環(huán)境。

綠色屋頂?shù)淖龇ㄒ话阌?層、8層，如圖2所示。屋面結(jié)構(gòu)層之上依次為防滲漏層、隔根層(或稱根阻層)、保濕層及蓄排水層、過濾層、種植層基質(zhì)層和植被層[3，4]。其中的種植基質(zhì)層能吸水保水并使雨水及時(shí)下滲，給表觀的植被層供應(yīng)水分和營養(yǎng)物質(zhì)，并為植物根系提供穩(wěn)定的生長空間和熱性能，還可以通過其中的微生物作用凈化徑流水質(zhì)，去除污染物，以便雨水回用。因此，種植基質(zhì)層是整個(gè)綠色屋頂中事關(guān)徑流管理系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層。依據(jù)種植基質(zhì)層的厚度、屋面植被和景觀類型以及屋面負(fù)荷，綠色屋頂可以分為三類：簡約型、半密集型和密集型[5]，如表1所示。

表1 綠色屋頂?shù)念愋?/p>

密集型綠色屋頂(即屋頂花園)與傳統(tǒng)的地面綠化已非常接近，它對(duì)屋面結(jié)構(gòu)層的負(fù)荷要求較高，日常的管理和維護(hù)費(fèi)用也較大。而簡約型綠色屋頂在造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用、屋面荷載以及適應(yīng)性等方面都具有一定的優(yōu)勢，是目前應(yīng)用較多的綠色屋頂類型。

4.2 透水鋪裝

透水鋪裝是一種增加雨水下滲的優(yōu)良的海綿城市技術(shù)方法。國內(nèi)外的研究表明，透水鋪裝除了在控制降雨徑流方面有顯著作用外，對(duì)城市非點(diǎn)源污染也有很好的去除效果。透水鋪裝結(jié)構(gòu)從上往下一般依次為透水面層、透水濾層、蓄排水層和底部的土基層。由于所用材料的不同以及排水方式的差異，透水鋪裝系統(tǒng)有多種結(jié)構(gòu)類型。按透水鋪裝系統(tǒng)面層材料的不同，可分為植草磚、透水面磚、透水性混凝土路面和透水性瀝青路面等類型。按排水路徑不同，透水鋪裝可分為排水式路面、半透式路面和全透式路面[6]。排水式路面僅在面層使用透水材料(如排水式瀝青磨耗層混合料，即OGFC)而下部基層不透水，多用在高速公路或城市道路等承載力要求較高的地方。半透式路面除底部基層采用瀝青砂等不透水材料外，上部各層均為透水材料，多用于停車場、廣場及小區(qū)道路等荷載較輕場所。當(dāng)各層均為透水材料時(shí)即為全透式路面，為提高全透式路面的承載力，常在其土基上部增設(shè)透水土工網(wǎng)格布，全透式路面主要用于生活小區(qū)、人行道和公園等的地面。相關(guān)研究表明[7]，透水鋪裝對(duì)雨水的入滲收集能力與透水鋪裝面積與整體硬化鋪裝面積之比直接相關(guān)。當(dāng)該比例不小于0.5時(shí)，透水鋪裝可以較好地回收入滲雨水；當(dāng)該比例低于0.3時(shí)，透水鋪裝對(duì)降雨徑流的控制能力顯著降低。

4.3 生物滯留設(shè)施

生物滯留設(shè)施是指具有滯留雨水功能的生態(tài)型措施，它通過植物、土壤以及微生物系統(tǒng)的共同作用對(duì)徑流污染、徑流體積和峰值流量進(jìn)行控制和削減。生物滯留設(shè)施蓄積的雨水可以為植物所利用，減少城市綠化的灌溉水量。另外，生物滯留設(shè)施還具有改善城市景觀的功能，是一種高效益的海綿城市生態(tài)技術(shù)。

生物滯留設(shè)施的形式多樣，如生態(tài)樹池、高位花壇、滯留塘、下凹式綠地、雨水花園(如圖3所示)以及植草溝等。其適用范圍很廣，在住宅小區(qū)、停車場周邊綠地、城市道路兩側(cè)綠化帶等各種區(qū)域中都有廣泛應(yīng)用。

生物滯留設(shè)施一般分為簡易型和復(fù)雜型兩種[7]。簡易型只有滯水層、覆蓋層和種植土基層，主要適用于原土層滲透性較好且匯水區(qū)面積較小的低等級(jí)道路綠化帶。

在簡易型生物滯留設(shè)施的基礎(chǔ)上增設(shè)砂層、礫石層(其中設(shè)穿孔管)等后即為復(fù)雜型生物滯留設(shè)施[8]。復(fù)雜型設(shè)施增加了存水量，穿孔管還可以排走多余雨水，在原土層滲透性較差的地域雨水也不會(huì)過度匯集，因此其應(yīng)用范圍更廣。

植草溝(如圖4所示)是一種以雨水輸送為目的徑流生物削減技術(shù)。兼具景觀功能的地表淺溝既可暫時(shí)滯留雨水徑流，也可作為輸水渠道，溝中植草和土壤的滲透與輸送配合以生物降解等作用即可有效控制雨水徑流[9]。

植草溝作為雨水徑流源頭控制的前期處理措施，可以代替部分傳統(tǒng)的雨水管道，適用于人口密度較低的住宅小區(qū)以及停車場、廣場、公園或城市道路周邊。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)中的削減徑流量和污染物的技術(shù)措施，還有諸如屋面雨水自動(dòng)棄流與收集技術(shù)[4]、滲透管/渠、滲透井/塘、雨水調(diào)蓄塘/池、植物緩沖帶等。海綿城市建設(shè)的每項(xiàng)建筑及規(guī)劃措施具有自己獨(dú)特的類型和結(jié)構(gòu)。單個(gè)技術(shù)措施可能無法最大化發(fā)揮作用，但是若能考慮建筑及場地的自然條件和限制條件，對(duì)單個(gè)技術(shù)措施合理組合，優(yōu)化利用，就能在實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益的同時(shí)，更好地滿足人們對(duì)社會(huì)生態(tài)效益的需求。