源头削减措施在海绵城市建设中的应用

□文/刘爱珠

海绵城市建设能更好地提升城市的安全性和对气候变化的适应性；削弱城市建设带来的影响，消减城市自然灾害损失，保护生物多样性，促进生产，适应气候变化；同时带来公共健康改善、社区环境提升、资产升值等综合社会效益。

1 海绵城市建设背景

暴雨洪涝灾害对城市水利、农业、交通、工业等方面造成直接经济损失，导致自然资源减少、环境污染和生态退化等问题［1］。

传统城市采用粗放的、高强度的土地开发模式，改变了城市的生态环境和城市下垫面，将原有的生态系统破坏，地表径流大幅增加。海绵城市的本质就是将城市与生态结合，改变原有城市建设理念，实现人与自然环境协调发展的目的。

2 天津市现状问题分析

2.1 气候条件

天津市属于暖温带气候，平均降水量在400～1 000 mm/a，降水受夏季温带海洋气团或变性热带海洋气团影响，主要集中在6～8月，降水量占全年的4/5左右，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，冬季地下水的补充较弱，水资源严重短缺［2］。

2.2 土壤条件

1）土壤渗透性较差。天津平原地区浅层土壤结构以黏土、粉质黏土、粉土为主，渗透系数较低，特别是建成区内土壤压实严重，以弱透水、微透水和不透水为主。

2）浅层地下水位高。天津市平原区浅层地下水埋深一般在1.5～10 m，高地下水位带来土层蓄水总量小、排涝难度大等不利因素，对部分海棉设施的应用也有一定限制。

3）土壤盐渍化程度高。天津市盐渍土壤面积占总土地面积的比例接近40%，不利于植物的生长和雨水资源的回收利用。另外，天津市咸水区域约占总土地面积的60%，土壤次生盐碱化的风险较高。

2.3 水系统

从水生态、水环境、水安全、水资源［3］四个主要方面分析。

2.3.1 水生态

主要关注城市的整体水系格局、生态岸线修复、水面率等，完善水系格局，拓宽疏浚河道，保证补水水源，实现分级蓄水；实现水生态修复的同时，提高城市水系景观和水文化服务功能。

2.3.2 水环境

针对地表水污染产生原因进行解析。

1）污水管网建设不完善、老城区截流不够彻底。

2）初期雨水未处理。城市的快速扩张导致地面硬质化比例大大增加、初期雨水无法得到有效的截留和处理而直接进入受纳水体，给河流水体带来污染；农业面源污染导致水体污染。

3）工业废水处理。工业废水处理设施多集中在大中型企业且处理后的水回用率低；中小型企业工业废水处理达标率不高，监督措施有待加强。

4）现状水体流动性差，枯水期有断流现象，没有可靠的补水水源。

2.3.3 水安全

1）排水防涝主要问题

（1）局部雨水排水系统达标率低，部分排水系统不完善。

（2）排水标准偏低，缺乏针对超标雨水的应对措施［4］。

（3）老城区已建成排水管网年代久远且，多为合流制排水管网且排水管渠养护不到位，导致排水管网淤积堵塞严重，排水能力大大下降。

（4）部分道路设置雨水口较少，收水量较小，路面雨水不能及时排入雨水管网。

（5）部分排水河道沟渠没有有效的管理、养护机制，造成河道沟渠淤积严重。

2）防洪问题

（1）在河道行洪范围内存在不少阻水违章建筑，阻塞河道行洪，极大影响河流调蓄和过流能力。

（2）工程管理体制不健全。

2.3.4 水资源

1）高度依赖引滦、引江、引黄等外调水源满足。

2）非常规水（污水处理回用、雨水利用等）利用率有待提高。

3）水源保护与管理有待加强。随着城市的建设，水质威胁因素大大增多，应按照规定的饮用水水源保护区，加强安全防护，禁止一切危害水源水质的活动。

3 源头削减措施的实例分析

3.1 设计理念

海绵城市建设的实质是控制雨水径流。天津市海绵城市建设过程中根据城市气候特点、水资源情况侧重“蓄、排、用”的措施处理。

1）尽量复原已破坏的生态环境，例如恢复河道、湖泊水面等，增加城市的海绵蓄水空间，利于城市的雨水蓄存设施错峰排水。

2）建设集中的雨水收集调蓄池、小型的雨水池、储水罐等设施，从源头到末端形成层层蓄存的方式，统筹水资源的蓄存和利用。

3）过量的雨水通过生态系统或地下管网引入河流湖泊，保证城市的汛期安全。

4）通过各种绿色设施促进雨水下渗和净化，补充地下水形成良好水循环。

3.2 设计思路

在“源头减排、过程控制、末端治理”的海绵城市建设全过程中，雨水的渗、蓄、滞、净、用等综合效益，主要依靠对降雨的体积控制来实现。利用规划进行雨洪控制，保持和利用河道、景观水系的滞洪、蓄洪及排洪能力，结合绿化景观进行雨水径流入渗、滞蓄消纳和净化的设计。加强雨水渗透对地下水的补给，保持地下水自然涵养能力，因地制宜地采用雨水收集与利用措施。源头削减措施主要指在地表径流产生的源头采用一些工程性和非工程性的措施消减径流量，减少进入径流的污染物总量［5］。具体包括绿色屋顶、雨水罐、下沉式绿地、透水路面、植草沟等。在屋顶绿化中，应安装蓄水装置，收集雨水或灌溉水，过滤后循环利用，明确景观绿化用水应优先采用雨水或再生水。在方案设计阶段制定水系统规划方案，合理利用各种水资源，设置分质供水系统，综合利用雨水等水资源；雨水等非传统水源在储存、输配过程中应有防止污染的消毒杀菌措施；在条件允许的情况下，采用湿地工艺等进行景观用水的预处理和循环用水的循环净化；合理规划地表与屋面雨水径流途径，降低地表径流，采用多种渗透措施增加雨水渗透量，比如公共活动场地、人行道、露天停车场的铺地材质采用可以提高雨水入渗率的渗水性材料，为增加贮留渗透量采用景观贮流渗透水池、屋顶及中庭花园、渗井和下凹式绿地等。合理确定雨水积蓄、处理及利用方案，比如雨水收集利用系统应设置雨水初期弃流装置和雨水调节池，收集利用系统可与景观水体设计相结合；处理后的雨水水质达到相应用途的水质标准后，宜用于绿化、景观、空调冷却等用水。

3.3 工程实例

3.3.1 河畔公寓

天津河畔公寓距离建筑物10 m 外的路面采用透水铺装，总面积1 560 m2，以此来降低小区雨水径流。对小区中部和北侧围墙边现状较好的绿化进行设计方面的保留，重新铺设草皮，提升景观并降低标高，进行适当范围内的雨水调蓄。小区南侧绿化将现状甬道改造为间隔性铺砖便道并在人行便道旁增设3 m宽植草沟。对于现状的雨水管道，由于小区建造时间不长，雨水管道保留，对雨水口和管道进行清通并将雨水口改造为截污型雨水口。改造同时也对每栋楼前雨水立管下方设置雨水桶，楼后雨水立管下设置雨水花坛，用来增加小区的雨水调蓄能力并方便对收集后的雨水进行资源化利用。由于市政道路标高大于小区标高，雨水无法通过地表径流排入市政管道，为了防止由于雨水倒灌而造成的内涝积水等现象，将南侧绿化标高降低。雨水通过地表径流有组织的排入小区南侧绿化内，不仅解决了小区内部道路积水导致居民出行的问题且实现了雨水的调蓄。改造后加权计算的径流系数为0.45，比改造前的0.57减小了0.12。

3.3.2 世芳园

小区内现状道路铺装全部升级为透水铺装，总更换面积约为5 155 m2，小区南侧围墙边绿化保留，对其余绿化重新铺设草皮，用以提升景观。在围墙内增设植草沟并在小区南侧绿化内甬道旁新增植草沟。由于排水管网问题较小，原有的排水管道继续利用并进行雨水口和管道的清通，将现有雨水口改造为截污型雨水口。每栋楼前雨水立管下方设置雨水桶，用于收集雨水进行资源化利用；在楼后雨水立管下方设置雨水花坛，用于增加小区的调蓄容积。通过对小区内道路的竖向设计，优化排水径流组织方式，在极端暴雨情况下满足雨水通过地表径流排放到市政道路上。改造后的世芳园，将土路面和道路铺装几乎全部改造为透水铺装并且增加了绿化面积，改造后绿化面积占整个小区面积的23.3%，较之前增加了6.3%。

3.3.3 经验总结

透水性路面砖虽然具有适应场地能力强、施工方便、造价低廉等优点，但是其整体性、承载能力相对较差；在使用过程中容易出现砖块皮碎、松动、隆起、错台等病害。同时，在北方冰冻地区雨雪渗入透水砖孔隙后反复冻融会导致冻胀破坏，大大减小透水砖的使用寿命。

天津市的空气中尘土等较大颗粒物较多，为了增加透水砖的透水性能，其孔隙率一般较大。在使用过程中，如不及时清理，很有可能对透水砖的孔隙造成堵塞，降低透水砖的透水、净化的效果。

4 结语

海绵城市是遵循顺应自然、与自然和谐共处的低影响发展模式，加大对城市雨水径流源头水量、水质的刚性约束，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解城市内涝、控制面源污染，最终改善和保护城市生态环境，实现新型城镇化城市建设与生态文明的协调发展。