甘肅東南地區(qū)海綿城市建設(shè)技術(shù)應(yīng)用分析

王小虎，陳 兵，李柏生，胡海濤，張 雷

（1.甘肅天水綠色裝配式建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 天水 741000；2.甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

“海綿城市”一詞是在2012 年4 月在“2012 低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”中被首次提出，在此之后，“海綿城市”的理念越來越多地受到各地政府及建設(shè)行業(yè)人士的關(guān)注和認(rèn)可，甚至國家層面都將其上升為重要的戰(zhàn)略目標(biāo)，在廈門、武漢、深圳、上海、北京等30 多個城市進(jìn)行了試點(diǎn)建設(shè)，并取得了良好的效果。甘肅省地處西部地區(qū)，大部分地區(qū)干旱少雨，而甘肅省東南部地區(qū)年降雨量相對較多，急需進(jìn)行更加科學(xué)、更加環(huán)保、更加合理的城市建設(shè)，海綿城市建設(shè)理念正好與現(xiàn)代城市建設(shè)發(fā)展規(guī)劃相吻合，因此，進(jìn)行海綿城市建設(shè)對甘肅省生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作具有重要意義。

1 海綿城市相關(guān)概念

1.1 海綿城市的概念

2015 年印發(fā)的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》中指出：“海綿城市是指通過加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理，充分發(fā)揮建筑、道路和綠地、水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流。實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。”

顯然，海綿城市并不是指一項(xiàng)技術(shù)，而是一種城市建設(shè)方式和建設(shè)思路，需要利用建筑、市政、環(huán)境、園林等多方面專業(yè)技術(shù)相互配合、相互協(xié)作才能實(shí)現(xiàn)[1]。

1.2 海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)要素

海綿城市建設(shè)的關(guān)鍵要素也是海綿城市建設(shè)通常采用的6 大綜合技術(shù)措施，分別是：滲、滯、蓄、凈、用、排。

（1）“滲”是指通過自然滲透將雨水快速地滲入地下，減少地表徑流，其作用是涵養(yǎng)地下水，補(bǔ)充地下水資源，還能通過土壤對雨水水質(zhì)進(jìn)行凈化，改善城市的微氣候。雨水滲透的方法有很多，常用的方法是改變路面、地面的鋪裝材料，增加其透水性，如鋪裝透水景觀、透水道路；根據(jù)屋頂?shù)某兄?、防水和坡度，適當(dāng)進(jìn)行綠色屋頂改造，以實(shí)現(xiàn)屋頂雨水的減排和凈化。

（2）“滯”是指透過細(xì)微地調(diào)整地形，減緩雨水徑流速度，從而延緩雨水滲透的時(shí)間，減少地表積水現(xiàn)象。滯留雨水的方式通常有設(shè)置雨水花園、生態(tài)滯留池、人工濕地等，其目的和原理基本都是利用園林、綠地中的樹木和草地，對雨水進(jìn)行吸附、降解，增加雨水在土壤上部的滯留時(shí)間，從而增加雨水的下滲量，并且通過設(shè)置低洼區(qū)域，對雨水進(jìn)行適當(dāng)?shù)男罘e。

（3）“蓄”是指通過人工引流將降雨存蓄在指定的位置，以備需要時(shí)重復(fù)利用，其主要目的是將雨水存蓄起來，進(jìn)行調(diào)蓄和錯峰排放。通常的做法是設(shè)置蓄水池，在蓄水池內(nèi)設(shè)置好進(jìn)水管、出水管、水泵位置和檢查井，蓄水池底部加設(shè)防水布或土工布完成蓄水和排放。

（4）“凈”是指通過土壤滲濾、人工濕地過濾、生物處理等方式對雨水進(jìn)行凈化。雨水經(jīng)凈化可以回用到城市中。根據(jù)城市環(huán)境特點(diǎn)，可以將雨水凈化區(qū)域環(huán)境分為居住區(qū)、工業(yè)區(qū)和市政公共區(qū)3 類，而雨水凈化過程通常分為3 個步驟，土壤滲濾凈化、人工濕地凈化和生物處理凈化。凈化后的水按照就地利用的原則，在不同的區(qū)域環(huán)境，其用途也不盡相同。

居住區(qū)雨水收集凈化后，可以大量用于居住區(qū)內(nèi)綠化的灌溉、沖廁、洗車等方面。工業(yè)區(qū)雨水收集凈化，因?yàn)榭紤]到工業(yè)廢棄產(chǎn)物，所以需要對下滲雨水進(jìn)行截污二次凈化處理，并利用生物技術(shù)再次凈化，隨后就可循環(huán)利用到如工業(yè)冷卻水補(bǔ)水、混凝土攪拌、廠區(qū)綠化灌溉等對水質(zhì)要求不是很高的地方。市政公共區(qū)雨水收集凈化后一方面可以用于市政綠化灌溉和公廁沖廁，另一方面可以排入河流、湖泊，補(bǔ)給水源。

（5）“用”是指將經(jīng)過凈化后的雨水盡可能地循環(huán)利用，并且盡可能地利用在原地。停車場收集的雨水凈化后可用于洗車，小區(qū)收集的雨水凈化后可用于小區(qū)綠化的灌溉?？傊?，收集雨水經(jīng)凈化后可以根據(jù)具體的環(huán)境，用于不同的場景，如建筑施工、綠化灌溉、沖廁、洗車、消防用水、景觀用水等。

（6）“排”是指當(dāng)雨水峰值過大時(shí)，為避免內(nèi)澇等災(zāi)害，將收集起來的雨水通過預(yù)先設(shè)定好的方式經(jīng)過市政管網(wǎng)排入河流。這就需要將排水設(shè)施根據(jù)天然水系河道的特征合理設(shè)置，地面排水系統(tǒng)根據(jù)地下雨水管道協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)超大雨水的及時(shí)排放。當(dāng)降雨峰值過大時(shí)，就能滿足一般排放和超標(biāo)排放的需求，避免內(nèi)澇災(zāi)害[2]。

2 海綿城市建設(shè)對城市的積極影響

2.1 減少城市內(nèi)澇

目前，城市高樓林立，人口密集，車輛尾氣排放量大，城市上空的熱氣流無法疏散，形成“雨島效應(yīng)”，城市局部氣流上升引起對流性降雨的發(fā)生，“雨島效應(yīng)”是城市產(chǎn)生內(nèi)澇的原因之一。另外，在城市建設(shè)過程中，采用大量的硬質(zhì)鋪裝，導(dǎo)致降雨不能及時(shí)下滲，改變了原有的生態(tài)體系，產(chǎn)生地表徑流，當(dāng)遇到強(qiáng)降雨時(shí)的徑流量洪峰，傳統(tǒng)的城市排水系統(tǒng)往往不能滿足排水需求，就會發(fā)生內(nèi)澇問題，此為形成城市內(nèi)澇的另一個重要原因[3]。

控制地表徑流恰恰就是海綿城市建設(shè)最重要的目的之一，通過減少路面和地面的硬質(zhì)鋪裝，促進(jìn)雨水滲透；通過設(shè)置植草溝、滯留帶等措施，降低雨水匯集速度。像這樣通過各類雨水處理基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和共同作用，降低地表雨水徑流量，從而達(dá)到減少城市內(nèi)澇的目的。

2.2 減少水體污染

城市對水體的污染主要是指在降雨時(shí)，特別是發(fā)生暴雨時(shí)，在地面或路面形成的雨水徑流沖刷并攜帶著沉積在地面上或下水管網(wǎng)的污染物匯入自然河流或其他水體，導(dǎo)致水體環(huán)境污染。

海綿城市建設(shè)的6 大技術(shù)措施中的“凈”，就是利用生態(tài)濾池、土壤滲濾或人工濕地過濾等措施將徑流雨水中的污染物進(jìn)行過濾和降解，從而實(shí)現(xiàn)凈化水體、保護(hù)水資源環(huán)境、維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的目的。

2.3 減少水資源消耗

甘肅省地處大西北，水資源匱乏，而城市的發(fā)展和建設(shè)對水資源的需求很大，城市建設(shè)過程中對地面的過度硬化，造成降水無法下滲，地下水得不到充分的補(bǔ)給，使水資源緊缺問題更加嚴(yán)重。再加上降雨形成地表徑流，容易引起水資源污染，一定程度地影響了水資源的質(zhì)量和數(shù)量，更是加劇了水資源緊缺的問題。

海綿城市建設(shè)可以通過雨水調(diào)蓄池收集雨水，再通過各類凈化設(shè)施對雨水進(jìn)行凈化處理，達(dá)到水質(zhì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，再利用于市政綠化帶澆灌和路面灑水等工作，從而減少市政自來水的消耗，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約和循環(huán)利用。

3 甘肅東南地區(qū)海綿城市建設(shè)建議

甘肅東南地區(qū)，地形高差變化復(fù)雜，水系相對較多，植被資源較豐富，基于當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)條件特征，海綿城市建設(shè)的規(guī)劃布局應(yīng)契合當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣?，最大限度地保護(hù)原有的水生態(tài)系統(tǒng)，保持和維護(hù)已有的自然排水系統(tǒng)，并對受到破壞的自然排水系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)和恢復(fù)。海綿城市建設(shè)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的生態(tài)特點(diǎn)將雨水的滲透、滯留、積蓄、凈化、循環(huán)使用和排水有機(jī)結(jié)合，綜合考慮城市內(nèi)澇防治、徑流污染控制、雨水資源化利用和水生態(tài)修復(fù)等多項(xiàng)目標(biāo)，統(tǒng)籌規(guī)劃城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

3.1 城市道路

城市道路作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，占建設(shè)用地的比例超過了30%，并且其面層大多屬于不透水材料。同時(shí)，當(dāng)前城市道路排澇壓力大、路面污染嚴(yán)重，傳統(tǒng)的管道排水方式已難以滿足現(xiàn)代城市建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的需求。城市道路建設(shè)過程中運(yùn)用海綿城市建設(shè)理念和措施，在控制雨水徑流、污染排放等方面可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。例如，對城市道路兩旁的人行道進(jìn)行透水鋪裝，可采用透水磚、透水混凝土、透水瀝青混凝土、嵌草磚、碎石等，但是透水鋪裝對道路路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性存在潛在的影響風(fēng)險(xiǎn)，所以應(yīng)該在透水鋪裝的透水基層內(nèi)設(shè)置排水管或排水板，以防止雨水滲入道路路基。城市道路徑流雨水應(yīng)該通過有組織的匯流，經(jīng)過過濾、凈化等預(yù)處理措施后引入道路中間或道路兩旁的綠地內(nèi)，通過綠地的滲透、過濾、存蓄，實(shí)現(xiàn)城市道路雨水的收集和重復(fù)利用。另外，城市道路中間的綠化帶和道路以外的綠地應(yīng)設(shè)置下沉式綠地、生物滯留帶和雨水濕地等下凹式地形，以便更加有效地對雨水進(jìn)行滲透、過濾和積蓄。此外，城市道路海綿城市建設(shè)措施還包括生態(tài)樹池、生物滯留帶、道路滲井、立體交通滯留池等，都可以在不同的區(qū)域發(fā)揮不同的作用，共同配合，實(shí)現(xiàn)海綿城市的建設(shè)。

3.2 建筑小區(qū)

對于建筑小區(qū)內(nèi)海綿城市建設(shè)措施主要涉及建筑屋面、小區(qū)道路和小區(qū)綠化的相關(guān)設(shè)施建設(shè)。在傳統(tǒng)住宅區(qū)中，可以將綠地改造成下沉式雨水花園，用來收集周邊道路或硬質(zhì)場地的雨水；停車場也可以改造成能透水的植草磚，用來收集和滲透周圍的雨水；小區(qū)內(nèi)的小樹林可以改造成具備滯留雨水作用的生態(tài)樹池，用來收集周邊開放場地中的雨水；住宅小區(qū)的硬質(zhì)廣場可以結(jié)合透水鋪裝、排水明溝及生物滯留設(shè)施，組成一個集收集、凈化、儲存功能于一體的雨水收集利用循環(huán)系統(tǒng)[4]。對于建筑屋面的設(shè)置，表面可以種植綠色植被，用來吸收降雨峰值期間多余的雨水徑流，同時(shí)通過植物根系凈化過濾，將雨水收集到雨水收集設(shè)施中存儲起來，以備回用；綠色屋頂?shù)讓討?yīng)包括輕質(zhì)土層、防根系穿透層、排水層、防水層等多層結(jié)構(gòu)，既保證植物的正常生長，同時(shí)必須保證建筑屋頂表層的結(jié)構(gòu)安全。另外，綠色屋頂還可以吸收建筑熱量，緩解城市熱島效應(yīng)。

3.3 城市公園

城市公園往往是一個城市綠化面積最大、植被最密集的區(qū)域，城市公園根據(jù)海綿城市的建設(shè)理念和思路進(jìn)行海綿城市設(shè)施的布置，將對整個城市的海綿城市效應(yīng)發(fā)揮巨大的促進(jìn)作用。城市公園可以設(shè)置大量的植草溝、大面積的下凹綠地、地下儲水箱等設(shè)施，將城市公園綠地中的各種設(shè)施連成系統(tǒng)，在發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí)，通過管道收集和傳輸周邊的雨水徑流，設(shè)置不同層級的植物組合，凈化雨水，雨水桶收集存儲雨水，有條理地進(jìn)行雨水處理，消化雨水徑流，同時(shí)過濾和凈化雨水中的污染物。

城市公園內(nèi)的道路應(yīng)采用透水鋪裝，道路兩旁的綠地或植草溝地面應(yīng)略低于道路路面，使雨水不會匯集在道路上，而是流入兩旁的綠地和植草溝，同時(shí)也能有效解決公園道路長期受雨水沖刷而損壞的問題。

在道路兩旁設(shè)置下沉式綠地或雨水花園，雨水可以從道路徑流流入綠地或花園，雨水經(jīng)過綠地，徑流速度被降低，水質(zhì)得以過濾凈化，最終還可以在綠地內(nèi)得以存蓄，既避免了雨洪時(shí)內(nèi)澇的危害，同時(shí)雨水花園景觀效果又能滿足市民的觀賞需求。

公園內(nèi)設(shè)置大面積的下凹綠地，可以有效地收集公園周邊建筑、道路和廣場的地表徑流雨水，快速匯集周邊雨水，統(tǒng)一下滲，避免內(nèi)澇。當(dāng)下凹綠地儲水量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可以通過溢流管排放至市政管道，以平衡海綿城市雨水循環(huán)系統(tǒng)的流動。針對甘肅東南地區(qū)地形高差變化多的特點(diǎn)，可以利用山坡地形，在山坡坡底設(shè)置集水地形和滲透設(shè)施，甚至山坡可以設(shè)置為梯形田，起到滯蓄雨水的作用，使雨水能就地滲透。

3.4 城市廣場

現(xiàn)代城市建設(shè)中，對地面進(jìn)行大面積的硬化，土壤經(jīng)過反復(fù)的夯實(shí)，幾乎喪失透水性能。常規(guī)的硬質(zhì)工程對于雨水的管理并不完善，排放方式只是簡單地將污染問題從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方，并沒有對雨水的有害后果作出相應(yīng)的處理。因此，城市中的大面積硬化廣場，由于排水不暢，經(jīng)常在強(qiáng)降雨時(shí)形成積水。而廣場內(nèi)排水設(shè)施不足，導(dǎo)致暴雨期間，廣場及建筑屋頂雨水漫流至車行道路，產(chǎn)生大量的徑流污染，最終匯入市政管網(wǎng)，市政管網(wǎng)無法滿足雨洪時(shí)超標(biāo)的排水需求，形成內(nèi)澇。因此，在城市廣場建設(shè)時(shí)進(jìn)行針對性的排水設(shè)計(jì)，對廣場及其相連的商業(yè)街道進(jìn)行單面找坡，使雨水徑流至生態(tài)樹池，兩者雨水最終在生態(tài)池中統(tǒng)一下滲、凈化和再利用。

4 結(jié)語

海綿城市是現(xiàn)代城市發(fā)展的必然趨勢，甘肅省按照國家戰(zhàn)略發(fā)展方向，加快推進(jìn)海綿城市建設(shè)，充分利用原有的山、河、林、濕地等自然原始地形地貌，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)，積極在城市道路、城市公園、住宅小區(qū)、城市廣場建設(shè)中采用透水鋪裝、下沉式綠地、雨水花園、地下儲水箱等海綿城市技術(shù)措施，對雨水進(jìn)行自然積蓄、自然滲透、自然凈化，對城市原有生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和修復(fù)，有效地解決城市雨污水徑流、城市洪澇災(zāi)害等問題，對甘肅省的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)建設(shè)具有重要地促進(jìn)意義。