海綿城市建設(shè)背景下城市內(nèi)澇監(jiān)測及治理技術(shù)

謝一銘 柴森友 王俊洋 張新宇

摘要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人民的生活水平與生活質(zhì)量日益提高，人民的活動對環(huán)境以及全球化的氣候變化的影響也在增大。由于內(nèi)澇問題日益嚴(yán)重，給人們帶來了很大經(jīng)濟(jì)損失，逐漸進(jìn)入人們的視野。因此本文基于海綿城市建設(shè)思路提出了城市內(nèi)澇檢測的運(yùn)用以及相對有效的治理改進(jìn)措施，希望可以為我國海綿城市建設(shè)的發(fā)展提供一些參考。

關(guān)鍵詞：海綿城市;城市內(nèi)澇;治理

Abstract： In recent years， with the rapid development of science and technology， people's living standards and quality of life have been improved day by day， and the impact of people's activities on the environment and global climate change has also increased. Due to the increasingly serious waterlogging problem， it has brought great economic losses to people and gradually entered people's field of vision. Therefore， this paper proposes the application of urban waterlogging detection and relatively effective improvement measures based on the idea of ??sponge city construction， hoping to provide some references for the development of sponge city construction in my country.

Keywords： sponge city; urban waterlogging; governance

1 引言

我國目前正處于不斷發(fā)展的階段，同時也是城市化建設(shè)不斷推進(jìn)以及深入的時期。伴隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國面臨的水資源、水安全等問題日益顯著。人們的生產(chǎn)生活以及不斷變化的全球氣候每時每刻都在影響著水循環(huán)要素的時空分布特征，使得城市的特大內(nèi)澇災(zāi)害問題日益嚴(yán)重，而對于我國的城市內(nèi)澇問題就需要結(jié)合我國的現(xiàn)狀進(jìn)行討論，以促進(jìn)城市內(nèi)澇問題的解決。

2 我國城市內(nèi)澇問題的現(xiàn)狀及其影響

2.1 我國城市內(nèi)澇問題的現(xiàn)狀

我國水資源空間分布不均勻，大致體現(xiàn)在“南方水多北方水少”。水資源的時間分布也極其不均勻，我國的降水時間分配上呈現(xiàn)明顯的雨熱同期，夏秋多雨而春冬少雨。而且水資源量中有2/3左右是洪水徑流量，形成江河的汛期洪水和非汛期洪水。其中最明顯的表現(xiàn)是上海、廣州、深圳、杭州、武漢、廣西、重慶等地5到8月洪澇災(zāi)害頻發(fā)。另外，人類活動對內(nèi)澇問題的產(chǎn)生也有著巨大的影響。快速的城市化建設(shè)導(dǎo)致的下墊面變化、不透水水泥地面的增加也使得降雨難以滲入地面而集聚在不透水地面上，城市熱島效應(yīng)以及區(qū)域性氣候變化等多方面因素導(dǎo)致的城市強(qiáng)降雨頻率上升，圍湖造田使得水系結(jié)構(gòu)簡化以及湖泊沼澤化進(jìn)程的加快使得調(diào)蓄能力弱化，結(jié)果是匯水加快以致內(nèi)澇的發(fā)生。另外我國的水利工程是重地上而輕地下，基本上較大的水利工程都是經(jīng)由地上調(diào)蓄洪水，而城市地下管道工程還遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上我國如今的發(fā)展需求，其中還有一個重要原因是建設(shè)投入的不足，使得排水滯后而產(chǎn)生內(nèi)澇。

2.2我國城市內(nèi)澇問題的影響

城市內(nèi)澇的影響是表現(xiàn)在多方面的。其對自然環(huán)境的影響是使得各種生物的棲息地變遷從而打破原有的生態(tài)平衡;其對城市經(jīng)濟(jì)的影響是城市內(nèi)澇會淹沒農(nóng)田導(dǎo)致減產(chǎn)甚至無產(chǎn)，淹沒房屋使得因地基積水而產(chǎn)生損壞以及財產(chǎn)進(jìn)水導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失;另外內(nèi)澇還會破壞水電煤氣，堵塞甚至使得交通系統(tǒng)癱瘓，影響居民正常生產(chǎn)生活而導(dǎo)致間接損失。據(jù)應(yīng)急管理部通報，截止7.22日，6月1日主汛期以來，洪澇災(zāi)害造成江西、安徽、湖北、湖南等27省市區(qū)4552.3萬人次受災(zāi)，142人死亡或失蹤，3.5萬間房屋倒塌，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1160.5億元。其對水源也會產(chǎn)生一定的污染，供水設(shè)施和污水排放條件遭到不同程度的破壞，廁所、垃圾堆等被積水長時間浸泡后以及農(nóng)藥殘留等都可以造成水源污染。

3基于SWMM的城市內(nèi)澇監(jiān)測技術(shù)

SWMM模型是美國環(huán)保局開發(fā)的降雨徑流管理模型，可以對單場暴雨或連續(xù)降雨產(chǎn)生的暴雨徑流進(jìn)行動態(tài)分析，可以模擬城市降雨徑流各個方面，包括地表徑流、雨虹調(diào)蓄處理等等。主要原理是將研究區(qū)域劃分為若干子匯水區(qū)、概化節(jié)點、排放口、管段，確定子匯水區(qū)后計算每一子匯水區(qū)坡度面積等。建立模型后模擬設(shè)計降雨下各子匯水區(qū)LID的排水效果，通過比較海綿措施對該區(qū)域產(chǎn)流和峰值流量以及徑流控制的影響。

4 以海綿城市為核心的治理技術(shù)

4.1 何為海綿城市

所謂的海綿城市，即指的是城市能夠像一塊海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對雨水帶來的自然災(zāi)害等方面具有良好的彈性。在不需要水的時候蓄水，而在需要用水之時就可以對前期蓄積的水進(jìn)行充分利用，故海綿城市也可以稱為水彈性城市。建設(shè)海綿城市，就需要將城市中的若干土地通過吸水材料建設(shè)為吸水利用水的海綿體。通過修建滯留池、雨水箱以及下凹雨水花園等具體措施以緩解積水問題。

4.2 海綿城市的治理

對于海綿城市的治理可分為滲、滯、蓄、凈、用、排六個方面。

第一是滲水。由于當(dāng)前城市化進(jìn)程的加快，越來越大范圍的地面鋪上了不透水的水泥瀝青材料，再加上部分道路因年久失修導(dǎo)致的地面沉陷，雨水很難通過滲透作用進(jìn)入地層被吸收掉，這就使得相當(dāng)量的雨水滯留在地面上形成積水，若降雨時間長或者降雨強(qiáng)度大則容易形成大規(guī)模的積水，從而給城市運(yùn)作帶來很大的麻煩，另外由于地面鋪設(shè)有大面積的混凝土，地面雨水只能通過下水管道排出，而大流量的雨水往往容易攜帶許多枯枝殘葉以及各種垃圾，當(dāng)排污口被這些雜物堵塞住，排放雨水的速度會大大降低，而導(dǎo)致積雨的增多。對于這個問題，我們認(rèn)為較好的方案是通過模型預(yù)測以及實地勘察確認(rèn)，找到最容易積雨的路面，因為那些路面大多由于長久失修導(dǎo)致地面沉陷的略微變形使得其比周圍的混凝土低1到2厘米，在道路施工當(dāng)中易于積水路面，因此可用透水混凝土替代不透水混凝土，而找到易于積水的路面并只將此處路面材料替換成為透水混凝土是為了保證經(jīng)濟(jì)效益最大化，因為透水混凝土相比不透水混凝土的材料費用會高出很多。而對于人行路道可以去除不透水混凝土的鋪裝并采用聚氨酯橡膠等材料來進(jìn)行替換，就如同跑道材料相比混凝土來說一般透水效率要大大提高。而對于停車位的改造可以鋪設(shè)植嵌草磚，如若只使用草坪停車的話會使得草坪長久承受重量導(dǎo)致不同程度的塌陷，而只使用不透水磚的話透水效率又極低，使用嵌草磚使得在滿足承重和停車功能要求的同時可以大大加快雨水滲入地下的速度。

第二是滯水。通過微地形的調(diào)整，我們可以建設(shè)整體下凹的生態(tài)滯留池、人工濕地等，而生態(tài)滯留池在降雨產(chǎn)生時可以當(dāng)作暫蓄雨水的地方，而滯留池并不只能作閑置用，還可以在滯留池上建設(shè)健身設(shè)施，在無雨期間為居民提供娛樂空地以避免土地浪費。此外人工濕地除了匯集雨水還承擔(dān)著增加綠地面積、改善和美化生態(tài)環(huán)境的職責(zé)。當(dāng)降雨發(fā)生時，由于微地形的調(diào)整，雨水會順著我們預(yù)設(shè)的路徑源源不斷地匯集到生態(tài)滯留池、人工濕地等處，以避免雨水在人行道或交通道路上匯集，減少降雨對城市運(yùn)作的影響。

第三、四是蓄水和凈水。降雨過程產(chǎn)生的雨水如果短時間內(nèi)大量累積會形成內(nèi)澇從而產(chǎn)生很大的影響，而如此之大的水量如果想辦法蓄起來就可以達(dá)到調(diào)蓄和錯峰的效果。除了利用生態(tài)滯留池以及人工濕地等來蓄水，在一些沒有條件建造生態(tài)滯留池的地方可以在透水路面下設(shè)置3層（基質(zhì)層、過濾層、排水層）。其中雨水經(jīng)由透水磚或透水混凝土進(jìn)入基質(zhì)層再透過土壤進(jìn)行雨水的第一步過濾，而后經(jīng)由過濾層進(jìn)行更加深層的過濾。之后經(jīng)過二次過濾的雨水進(jìn)入排水層，并通過排水管網(wǎng)進(jìn)入蓄水池。如果降雨量太大超過了地表滲流的速度，此時雨水則通過溢流式雨水口排入蓄滲設(shè)施，而超過了雨水蓄滲設(shè)施承載能力的雨水將流經(jīng)排水管網(wǎng)再到蓄水池當(dāng)中。

第五、六就是用水和排水了。每次降雨時通過各種方法收集的雨水經(jīng)過土壤滲濾凈化、人工濕地凈化、生物處理多層凈化、污水廠處理等一系列步驟，達(dá)到符合要求的水質(zhì)后，可用作洗車用水、公園和小區(qū)澆灌用水、道路清潔用水等以最大化得利用這些雨水。另外部分城市由于降雨過多、過頻繁，使得城市內(nèi)澇極易發(fā)生，而如果生態(tài)滯留池以及蓄水池等都已經(jīng)蓄滿了承載能力內(nèi)的水量，便不能承受更多的雨水而導(dǎo)致大量雨水依然滯留在地表導(dǎo)致內(nèi)澇。故還應(yīng)結(jié)合天氣情況進(jìn)行預(yù)測，在下次降水來臨之前應(yīng)通過地面排水與地下雨水管渠相結(jié)合的方式將超標(biāo)的雨水排入河流和海洋中去，從而為下次降水提供足夠的蓄水空間。

5 結(jié)語

隨著城市現(xiàn)代化的建設(shè)以及人口的增多，城市內(nèi)澇問題逐漸被人們所關(guān)注，經(jīng)歷過太多因為城市內(nèi)澇導(dǎo)致災(zāi)害損失的教訓(xùn)，人民迫切希望城市內(nèi)澇問題得到改善甚至解決，因此海綿城市概念被提出來，而海綿城市的建設(shè)和完善可以從根源上改善或解決城市內(nèi)澇問題，讓內(nèi)澇的發(fā)生變少甚至消失，從而推動水彈性城市的建設(shè)，使城市既有“面子”，更有“里子”。

參考文獻(xiàn)

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[2]戴立峰，陳雄志，金溪.基于SWMM模型的城市下穿隧道排水設(shè)計及校核[J].中國給水排水，2014，30（08）：45-48.

作者簡介：

謝一銘：（1998.08—），男，漢族，寧夏省銀川市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué)，水利水電工程專業(yè)，本科生

柴森友：（1998.11—），男，漢族，河南省鄭州市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué)，環(huán)境工程專業(yè)，本科生

王俊洋：（2000.03—），男，漢族，湖南省衡陽市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué)，地理信息科學(xué)專業(yè)，本科生

張新宇：（1999.06—），男，漢族，河南省信陽市，鄭州市中原區(qū)鄭州大學(xué)，環(huán)境工程專業(yè)，本科生

（1.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院?河南?鄭州?450001;2.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境國家級實驗教學(xué)示范中心?河南?鄭州?450001）