海綿城市路面集雨技術(shù)分析

韓春妮 王博 仝玉琴

摘要：為了能夠資源化利用雨水，增加雨水的下滲量，進(jìn)行地下水資源的涵養(yǎng)，同時(shí)，發(fā)揮對暴雨洪峰的延緩以及對徑流總量的控制作用，達(dá)成對初期雨水的滯留，降低面源污染程度，基于對海綿城市的理解，研究海綿城市路面集雨技術(shù)。具體地，海綿城市路面集雨技術(shù)包括雨水滯蓄、雨水傳輸、雨水貯存以及雨水利用技術(shù)4大類，實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合城市中的場地條件與主要目標(biāo)選擇單項(xiàng)技術(shù)或組合技術(shù)，通過4類技術(shù)的配合實(shí)現(xiàn)海綿城市路面雨水滲透、存儲(chǔ)、調(diào)節(jié)、傳輸、凈化、排水等多種目標(biāo)，對其總體徑流量、徑流峰值以及徑流污染等狀況進(jìn)行科學(xué)與有效控制。

關(guān)鍵詞：海綿城市：雨水資源化利用;路面集雨技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU20 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）09-0041-06

近年來，氣候變化以及由其引起的環(huán)境承載力等因素的存在使很多城市出現(xiàn)“逢雨必澇、雨后即旱”的問題，致使我國目前城市水生態(tài)面臨兩個(gè)極端：①部分城市內(nèi)澇嚴(yán)重，雨洪管理成為對城市發(fā)展產(chǎn)生影響的重要安全隱患;②一些城市面臨缺水危機(jī)，水資源供應(yīng)嚴(yán)重不足。此外，水生態(tài)惡化、水安全欠缺保障以及水污染問題等亦亟待解決。在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的進(jìn)程中，我國頻頻發(fā)生城市氣象災(zāi)害，多次大城市內(nèi)澇要求加強(qiáng)對城市集水、排水等工程的重視。

較之其他可再生水資源而言，雨水優(yōu)勢突出，可就地收集，處理步驟也很簡單，水質(zhì)硬度比較低，內(nèi)含土壤所需營養(yǎng)成分，且不會(huì)對土壤與地下水造成污染。通過有效收集雨水，可緩解由于過度開采地下水導(dǎo)致的城市地面區(qū)域下陷情況，解決城市內(nèi)澇與城市惡性水循環(huán)等諸多問題，進(jìn)一步地，增強(qiáng)城市水資源蓄養(yǎng)能力以及防澇抗洪能力，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。海綿城市可對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，亦能應(yīng)對洪澇災(zāi)害，特別是在環(huán)境優(yōu)化方面優(yōu)勢明顯。對此，文章研究海綿城市的路面集雨技術(shù)，以此達(dá)到提高城市雨水資源利用率的目的。

1海綿城市建設(shè)

以海綿的水分性質(zhì)為視角進(jìn)行相應(yīng)的分析，海綿城市可被簡單地視作同海綿相類似的城市，這類城市的遷移速度非常快，同時(shí)，能夠較為充分地對水資源加以利用。在出現(xiàn)降水天氣之時(shí)，海綿城市可以采取多樣化的方式（如下滲、調(diào)蓄、吸收以及凈化等）對雨水進(jìn)行收集，并在需要的條件下快速地將收集的雨水釋放出來，有效地發(fā)揮出對地下水的補(bǔ)充、路面的沖洗以及灌溉等作用。以海綿的力學(xué)性質(zhì)為視角進(jìn)行分析，海綿城市所具有的恢復(fù)、回彈與壓縮優(yōu)勢明顯，可有效應(yīng)對外界環(huán)境的改變與自然災(zāi)害的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對不必要災(zāi)害發(fā)生率的降低。分析城市“海綿體”的主要構(gòu)成，通常包括人們生活的小區(qū)配套設(shè)施以及綠地系統(tǒng)中的其他部分，而小區(qū)配套設(shè)施又包括屋頂花園、植草溝以及綠化植被等。

傳統(tǒng)城市比較簡單，只是圍繞“排”的概念做了相關(guān)強(qiáng)調(diào)，并未從雨水的可持續(xù)利用與發(fā)展方面作詳細(xì)探討，采取的措施比較少。在社會(huì)日益進(jìn)步的推動(dòng)之下，我國很多城市的道路都變得越來越寬，路面大多以石材路面與瀝青路面為主，它們所采用的材質(zhì)均不易透水，若只是簡單地將水徑流排出而不加以收集與利用，必然會(huì)造成水資源的長期浪費(fèi)以及城市的內(nèi)澇與徑流污染。表1所示為海綿城市與傳統(tǒng)城市的對比。海綿城市建設(shè)思路如圖1所示?？傮w而言，在進(jìn)行海綿城市的建設(shè)之時(shí)，需要重點(diǎn)考慮3方面的問題：①強(qiáng)調(diào)對原有生態(tài)系統(tǒng)的維持及保護(hù);②采取相應(yīng)的措施對已遭受破壞的水體以及其他的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)與恢復(fù);③通過對影響程度相對較低的技術(shù)及開發(fā)措施的采用及實(shí)施，合理建設(shè)城市自然生態(tài)環(huán)境。

2海綿城市路面集雨的目標(biāo)

對海綿城市進(jìn)行路面集雨處理，應(yīng)將政府制定的相關(guān)政策以及當(dāng)前所需解決的雨水收集及其管理問題作為目標(biāo)出發(fā)點(diǎn)。結(jié)合政府的相關(guān)決定及其部署工作，可以明確海綿城市雨水的收集及資源化利用方向，即在以相應(yīng)的收集技術(shù)為支持完成對雨水的收集工作后，進(jìn)一步執(zhí)行對它們的就地滲回補(bǔ)、直接利用或調(diào)蓄排放等任務(wù)，以此實(shí)現(xiàn)雨水的綜合利用對于所收集、儲(chǔ)存并直接利用的雨水而言，同樣具有相關(guān)的要求，即它們的水質(zhì)應(yīng)能與《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》以及現(xiàn)行的國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。

2.1增加雨水的下滲量。進(jìn)行地下水資源的涵養(yǎng)

在我國較多的城市中，水資源缺乏的問題都比較嚴(yán)重，各城市應(yīng)對地下水的開采進(jìn)行全面與合理地規(guī)劃，然而，基于過度開采行為的存在，導(dǎo)致我國部分城市面臨地下水位下降的情況，局部地區(qū)甚至出現(xiàn)了地面的下沉，這對城市的安全與可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。進(jìn)行海綿城市建設(shè)，收集與利用雨水資源，在一定程度上有效緩解城市的缺水狀況，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對地下水的及時(shí)與有效補(bǔ)充成為一件亟待解決之事。

城市在出現(xiàn)降水天氣，雨水落到地面后，首先會(huì)產(chǎn)生徑流，之后向地下滲透，讓雨水參與至大自然的水循環(huán)中。海綿城市采用相應(yīng)的透水、過濾等技術(shù)，可將雨水滲透地面，幫助城市進(jìn)行地下水的涵養(yǎng)。而增加雨水向下滲透的總量，對雨水資源進(jìn)行有效而充分地利用，還能進(jìn)一步地節(jié)省公園綠地以及小區(qū)配套設(shè)施等的用水量，實(shí)現(xiàn)對水資源的節(jié)約。所以，海綿城市路面集水的首要目標(biāo)即增加下滲，將各項(xiàng)技術(shù)可以在雨水的滯留、滲透以及凈化等方面發(fā)揮的功能與作用有效地發(fā)揮出來，進(jìn)行地下水資源的補(bǔ)充以及水源的涵養(yǎng)。

2.2發(fā)揮對暴雨洪峰的延緩以及對徑流總量的控制作用

現(xiàn)階段，當(dāng)發(fā)生暴雨與大暴雨天氣之時(shí)，我國仍有為數(shù)不少的城市依舊面臨著城市排水管網(wǎng)應(yīng)對難度大、網(wǎng)管溢流量多的窘境，路面徑流會(huì)隨著排水口進(jìn)入城市管網(wǎng)，增加市政管網(wǎng)的壓力，如果僅是單純地通過對城市的地下管網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)的改造來控制徑流量，所需要消耗的人力與物力等資源是非常多的。對此，應(yīng)發(fā)揮海綿城市作用，采用多種路面集雨技術(shù)進(jìn)行雨水的吸收、滲透以及滯留，在零就地消納雨水的基礎(chǔ)之上，科學(xué)與有效地將暴雨階段雨水向市政管網(wǎng)的排放流量減少，發(fā)揮出對暴雨洪峰的延緩作用，同時(shí)，合理控制徑流總量。

2.3滯留初期雨水，降低面源污染

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展以及人民生活水平日益提高等多種積極因素的影響下，環(huán)境保護(hù)特別是水環(huán)境優(yōu)化所受到的重視程度越來越高。分析水環(huán)境的主要污染源，現(xiàn)階段主要由兩大部分構(gòu)成：①點(diǎn)源污染（Point Source Pollution）;②非點(diǎn)源污染（Non-pointPoint Source Pollution）。非點(diǎn)源污染又可稱作面源污染，指的是在降雨產(chǎn)生的地表徑流、土壤側(cè)向水以及地下水等的作用下，地表所積累的各種污染物質(zhì)會(huì)流進(jìn)受納水體之中，由此而引起相應(yīng)的污染?？紤]非點(diǎn)源污染的來源，以降雨所產(chǎn)生的徑流為主，特別是近些年來我國很多城市經(jīng)常發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害，致使雨水同污水之間相互混合，在很大程度上威脅著人類的身體健康。在這一背景之下，及時(shí)與有效地控制雨水中的各類污染物，實(shí)現(xiàn)對雨水的資源化利用成為一項(xiàng)極為必要之事。

以海綿城市中的綠地為例，它是城市中有著較大的集中用地面積的地塊，降雨天氣特別是暴雨天氣發(fā)生時(shí)，降落到這一地塊的雨水量是非?？捎^的，這一時(shí)期，綠地及其周圍將會(huì)產(chǎn)生比較明顯的徑流，種植于綠地中的植物非常多，它們的根系以及所生存的土壤等均有過濾雨水的功能，能夠發(fā)揮對初期雨水徑流的凈化作用，采用路面集雨與相應(yīng)的處理技術(shù)，可對綠地及其周圍雨水進(jìn)行收集與過濾，并將其排人綠地水體。流經(jīng)綠地內(nèi)部的雨水徑流，總體而言有比較好的水質(zhì)，如果將其排人到河流與湖泊之中，可在一定程度上降低對水體的污染程度。所以，以海綿城市中的綠地以及相關(guān)路面的集雨技術(shù)為支持對初期的雨水徑流造成的污染進(jìn)行控制，既能有效利用綠地雨水徑流資源，又能將面源污染范圍減輕，改善區(qū)域雨水徑流水質(zhì)，優(yōu)化水環(huán)境。

3海綿城市路面集雨技術(shù)

傳統(tǒng)排水系統(tǒng)多采用硬排水方式對雨水進(jìn)行處理，海綿城市則將對與自然生態(tài)相接近的軟排水方式的采用作為重點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)對路面雨水的受納。從本質(zhì)上來看，海綿城市路面集水技術(shù)是對傳統(tǒng)雨水排水的優(yōu)化及增強(qiáng)。配合使用多種不同功能的路面集水技術(shù)，海綿城市可實(shí)現(xiàn)“滲蓄滯凈用排”的循環(huán)理念。此處，以雨水資源化利用目標(biāo)為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行集水、輸水、貯水與取水4部分劃分，結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)的主要功能，將海綿城市路面集水技術(shù)分為雨水滯蓄技術(shù)、雨水傳輸技術(shù)、雨水貯存技術(shù)以及雨水利用技術(shù)，表2所示為技術(shù)類型及其適用對象。

3.1雨水滯蓄技術(shù)

主要用人工的方式創(chuàng)造對土壤滲透以及雨水收集等有利的各種條件，通過道路、綠地等下墊面收集與處理雨水，包括透水鋪裝技術(shù)、下沉綠地技術(shù)、雨水桶（罐）技術(shù)、蓄水池技術(shù)等。

1）透水鋪裝技術(shù)。是海綿城市應(yīng)用最廣的一種路面集雨技術(shù)，可就地滯蓄與滲透雨水，主要是在城市中的停車場、步行道以及廣場等位置建設(shè)與鋪設(shè)大量的不透水路面，以此對雨水的滯留形成推動(dòng)，達(dá)到增加雨水滲透量、減緩暴雨徑流速度、降低其流量，同時(shí)，將滯留的時(shí)間延長，緩解排水系統(tǒng)壓力的目的如圖2所示。透水鋪裝技術(shù)對多種透水性材料（較之傳統(tǒng)硬質(zhì)鋪裝材料生態(tài)性與可持續(xù)性更高）加以應(yīng)用，可增大雨水向下滲透的可能性，將徑流的流量以及峰值降低，在一定程度上完成短時(shí)間內(nèi)的蓄水任務(wù)。該技術(shù)可節(jié)省雨水管網(wǎng)后期的升級與維護(hù)費(fèi)用，更加經(jīng)濟(jì)。

2）下沉式綠地技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)常常結(jié)合地勢低洼處實(shí)施，以對地勢的順應(yīng)為前提，適當(dāng)節(jié)省工作量，通常，技術(shù)實(shí)施位置的高程大約比路面或者鋪設(shè)的硬化地面低20m，如圖3所示。下沉式綠地技術(shù)在海綿城市路面集雨工程中的應(yīng)用亦比較廣泛，有著很突出的滲雨水以及補(bǔ)充地下水的優(yōu)勢，能夠在較大程度上緩解傳統(tǒng)市政管網(wǎng)的排水壓力，達(dá)到對雨水的凈化、非點(diǎn)源污染的阻止以及污染物的削減等目的。在技術(shù)實(shí)時(shí)的過程中，最好不要設(shè)置過大的坡度，合理的做法應(yīng)是在雨水口的位置鋪設(shè)一些塵沙或鵝卵石，使它們發(fā)揮局部分散式蓄滯雨水的作用。此外，還可以在綠地的周圍設(shè)置一些溢流口，對超出標(biāo)準(zhǔn)的雨水進(jìn)行排放，避免出現(xiàn)短時(shí)積水的情況。

3）雨水桶（罐）技術(shù)。一種較為靈活的經(jīng)濟(jì)型技術(shù)，在雨水資源化利用中有較多應(yīng)用。雨水桶（罐）這種裝置比較簡單，用于收集與回收雨水，便于安裝，多布置在建筑旁邊的位置。在出現(xiàn)降雨天氣之時(shí)，雨水會(huì)經(jīng)過雨落管直接流人雨水桶（罐）之中，由雨水桶（罐）對其進(jìn)行一段時(shí)間的存儲(chǔ)。對于污染程度比較小的雨水來說，可以將它們直接用于景觀等的灌溉;如果雨水受到了比較嚴(yán)重的污染，則需接受集中的凈化處理，之后用作洗車與沖廁等。雨水桶（罐）技術(shù)在土地緊張的地區(qū)適用性較高，可在一定程度上緩解這些地區(qū)的雨洪問題。

4）蓄水池技術(shù)。在建筑小區(qū)及公園綠地系統(tǒng)中的應(yīng)用比較多，該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施目的為收集與滯蓄雨落管傳輸?shù)奈蓓斢晁约暗缆酚晁畯搅鳎赏ㄟ^與地下空間的結(jié)合完成地下蓄水設(shè)施的建設(shè)，應(yīng)用蓄水技術(shù)，達(dá)到節(jié)省空間的目的，亦為難以在地上改造的地區(qū)提供可能。

3.2雨水傳輸技術(shù)

雨水傳輸技術(shù)主要在海綿城市路面集水處理的中間環(huán)節(jié)應(yīng)用，經(jīng)常采用多種人工與生態(tài)措施進(jìn)行徑流輸送，輸送過程可實(shí)現(xiàn)雨水的下滲與凈化，故該技術(shù)大多能同時(shí)將“滲”、“滯”、“凈”功能發(fā)揮出來，有比較廣泛的應(yīng)用，植草溝技術(shù)與旱溪技術(shù)等是其主要的技術(shù)。

1）植被淺溝（植草溝）技術(shù)。以線狀布置為主，通常會(huì)與道路附屬綠地或建筑周邊綠地相結(jié)合實(shí)施，在滲透性鋪裝或植被等的支持下，該技術(shù)能夠?qū)τ晁膹搅鬏斔妥饔冒l(fā)揮出來，達(dá)到對徑流峰值及流量的削減目的，并在雨水傳輸過程中對其進(jìn)行收集與凈化。降雨較強(qiáng)時(shí)，該技術(shù)的傳輸作用能夠得到更好的發(fā)揮，它將超出標(biāo)準(zhǔn)的雨水傳輸給排水系統(tǒng)，由排水系統(tǒng)執(zhí)行對這些雨水的排放任務(wù)，避免出現(xiàn)路面積水的狀況。植草溝的邊坡坡度小于30%，縱坡小于4%，流速大約為0.8m/s，可進(jìn)行鵝卵石、消能坎等的設(shè)置，對植草溝人口處雨水中的固體雜物進(jìn)行物化處理。

2）旱溪技術(shù)。在海綿城市中，旱溪技術(shù)的應(yīng)用不是太廣，但其有很強(qiáng)的適用性，實(shí)施過程中可同景觀生態(tài)相互結(jié)合，屬于一種以自然的溪流形態(tài)為依據(jù)，有效利用卵石及植被等的雨水景觀技術(shù)，主要用生物及植被來模擬自然狀態(tài)下的溪流，線性布置比較普遍。在降水比較多的時(shí)期，旱溪技術(shù)能夠發(fā)揮蓄積雨水的作用，而在降水較少的時(shí)期，則可作為造景景觀供人觀賞，將區(qū)域?qū)τ晁到y(tǒng)的生態(tài)調(diào)蓄功能良好地發(fā)揮出來。

在技術(shù)的具體實(shí)施環(huán)節(jié)，通常會(huì)將一些體積較大的石塊放置在底部位置，以此達(dá)到對雨水滲透的延緩目的。此外，通過在石塊上鋪設(shè)鵝卵石，還能起到減緩雨水沖刷的作用。部分情況下，還可考慮在旱溪兩側(cè)布置一些沉砂石或小型卵石，它們相互配合可削減徑流流速。通過在旱溪上游人口與拐彎處將溪床的寬度增大，與石塊砂石等相互配合，亦可以發(fā)揮出減緩徑流流速的作用，對過量沖刷情況加以避免。

3.3雨水貯存技術(shù)

又稱生物滯留技術(shù)，主要在降雨時(shí)截留、滯蓄與儲(chǔ)存雨水，一般貯存技術(shù)均具有凈化截污功能，降雨會(huì)在傳輸設(shè)備的作用下匯集于貯存設(shè)備之中，接受調(diào)蓄及凈化處理。應(yīng)用較為廣泛的雨水貯存技術(shù)有生物滯留區(qū)技術(shù)、雨水花園技術(shù)等。

1）生物滯留區(qū)技術(shù)。具有滲水功能，對工程技術(shù)及區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)與特性有較高的要求，能對雨水進(jìn)行蓄滯。以技術(shù)規(guī)模及位置為依據(jù)，生物滯留區(qū)技術(shù)又分為滯留帶技術(shù)與滯留池技術(shù)，小型生態(tài)樹池技術(shù)亦屬于滯留技術(shù)。在對生物滯留區(qū)布局進(jìn)行規(guī)劃之時(shí)，應(yīng)與市政道路附屬綠化設(shè)施等相結(jié)合，大型區(qū)域適宜布置滯留池與滯留帶，小型區(qū)域則更加適合進(jìn)行生態(tài)樹池的布置，以此做到對綠化要求的滿足，確保不會(huì)對通行產(chǎn)生影響。

2）雨水花園技術(shù)。該技術(shù)可較為廣泛地應(yīng)用于海綿城市路面集雨工程之中，屬于一種自然條件下形成的，或通過人工挖掘而形成的淺凹綠地技術(shù)，主要通過植被與微生物等將其對雨水的吸附以及凈化功能發(fā)揮出來，在匯集周邊道路及建筑小區(qū)內(nèi)雨水之后，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對水源的涵養(yǎng)以及地下水的補(bǔ)充。一般地，雨水花園技術(shù)常根據(jù)地勢來實(shí)施，多在地勢低洼處實(shí)施，通過對有較強(qiáng)吸附功能的植物的種植，完成對雨水的初期處理以及滯蓄任務(wù)，是滿足生態(tài)化與可持續(xù)性要求的雨洪管理技術(shù)，其技術(shù)原理如圖4所示。蓄水層、覆蓋層、種植涂層、人工填料層以及礫石層均是技術(shù)實(shí)施要點(diǎn)。

作為低影響開發(fā)常見率最高的一種技術(shù)，雨水花園技術(shù)一般通過小型的雨水花園對路面、硬質(zhì)廣場等地的雨水徑流進(jìn)行收集。為避免破壞建筑地基，需要嚴(yán)格控制3m以上的距離。

3.4雨水利用技術(shù)

雨水在被蓄滲與凈化處理之后，會(huì)進(jìn)一步回收與利用，這時(shí)便會(huì)用到雨水利用技術(shù)。面對水資源的短缺，我國很多地區(qū)均需強(qiáng)化對雨水的資源化利用，如將路面雨水收集與凈化處理之后用于洗車與環(huán)保環(huán)衛(wèi)等;借助雨落管、雨水罐技術(shù)收集屋面雨水之后對其進(jìn)行簡單的凈化處理，澆灌周邊綠地等。雨水利用技術(shù)的實(shí)施在雨水資源化利用中非常關(guān)鍵，屬于最終環(huán)節(jié)的技術(shù)。

4結(jié)語

文章以雨水資源化利用的核心目標(biāo)為基礎(chǔ)，將海綿城市的路面集雨任務(wù)分為集水、輸水、貯水、取水4個(gè)部分，同時(shí)，根據(jù)各類技術(shù)的主要功能，劃分海綿城市路面集雨技術(shù)為雨水滯蓄技術(shù)、雨水傳輸技術(shù)、雨水貯存技術(shù)以及雨水利用技術(shù)4大類。實(shí)際上，海綿城市路面集雨技術(shù)的種類較為繁雜且多樣，不同類型的技術(shù)有時(shí)會(huì)有多項(xiàng)功能，如滯蓄技術(shù)還能在不同時(shí)刻將貯存功能發(fā)揮出來等。所以，在今后的具體實(shí)踐中，應(yīng)與場地的實(shí)際條件以及所需達(dá)成的主要目的等相結(jié)合科學(xué)、有效地做出單項(xiàng)技術(shù)或組合技術(shù)的選擇，不能受傳統(tǒng)觀點(diǎn)的束縛而拘泥在某一技術(shù)的單一功能之上，而是要通過對4大類技術(shù)的共同配合，完成對路面雨水的滲透、存儲(chǔ)、調(diào)節(jié)、傳輸、凈化及排水等目標(biāo)，對徑流總量、徑流峰值以及徑流污染進(jìn)行有效控制。