徐海洲
(北京禹冰水利勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司,北京 100080)
海綿城市作為我國(guó)近年來(lái)城市建設(shè)的新理念,與傳統(tǒng)城市相比,具有綠色、環(huán)保的功能。傳統(tǒng)城市雖然能夠保證道路的整潔和城市的美觀,但排水系統(tǒng)不完善,城市街區(qū)、道路硬化等問(wèn)題極易造成雨季時(shí)降雨累積于路面,引發(fā)城市內(nèi)澇現(xiàn)象[1,2]。海綿城市,即水彈性城市,是指城市能夠像海綿一樣在遭遇降雨時(shí)進(jìn)行“吸水”,在城市用水時(shí)將這些雨水進(jìn)行釋放。與傳統(tǒng)城市相比,海綿城市通過(guò)宏觀與微觀相結(jié)合的方式,統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè),不僅能夠在城市遭遇降雨時(shí)將雨水“吸收”,降低地表徑流,緩解城市內(nèi)澇;而且“吸收”的雨水可以進(jìn)行再次利用,解決城市缺水問(wèn)題和城市熱島效應(yīng)[3,4]。海綿城市建設(shè)的方針遵照“滲、滯、蓄、凈、用、排”,而“滲水”和“凈水”又是雨水能否收集和再次利用的關(guān)鍵因素。因此,“滲水”和“凈水”技術(shù)在海綿城市建設(shè)中起到重要作用。
海綿城市建設(shè)過(guò)程中雖然圍繞“滲、滯、蓄、凈、用、排”,但滲水在海綿城市建設(shè)中發(fā)揮著重要作用,如果雨水無(wú)法下滲便無(wú)法進(jìn)行后續(xù)凈化、收集以及再利用的過(guò)程;而雨水下滲過(guò)程中,由于路面占據(jù)城市面積的比例較大,道路的雨水下滲功能將直接影響雨水徑流以及后續(xù)處理過(guò)程。
透水混凝土即多孔性混凝土,由骨料、水泥、外加劑和少量水混合攪拌合成,與傳統(tǒng)混凝土相比,透水混凝土能夠更為迅速的使雨水下滲。透水混凝土由于其多孔透氣性能,能夠快速的下滲雨水,降低雨水徑流流量,延緩地面雨水徑流形成時(shí)間,甚至保證路面不積水,進(jìn)而解決城市內(nèi)澇問(wèn)題[5]。與此同時(shí),下滲的雨水經(jīng)凈化后,一方面可以儲(chǔ)存,然后將收集的雨水用于城市綠化灌溉等方面,實(shí)現(xiàn)雨水循環(huán)利用,從而節(jié)省水資源;另一方面透水混凝土表面也可以根據(jù)設(shè)計(jì)理念進(jìn)行顏色噴灑,并與周邊的景觀設(shè)施相結(jié)合,形成特有的搭配風(fēng)格,間接的提高市民生活水平[6]。
透水鋪裝格作為透水鋪裝中最為常見(jiàn)的設(shè)施之一,采用塑料框架與石塊相結(jié)合的方式,既可以保證雨水的快速下滲,也可以保證路面的承載負(fù)荷。透水鋪裝格以開(kāi)孔率較大的塑料為骨架,內(nèi)部裝填密實(shí)度較高的石塊,進(jìn)行填埋和路面鋪設(shè)。由于透水鋪裝格塑料骨架的開(kāi)孔率高達(dá)95%,因此,能夠使得雨水快速通過(guò)孔隙進(jìn)行下滲,延緩地表徑流時(shí)間[7]。此外,塑料骨架內(nèi)裝填的石塊等材料密度和質(zhì)量較大,具有較高的承載負(fù)荷能力,能夠有效地支撐較大的人員流量和密度,甚至是較多的車輛數(shù)量,因此,透水鋪裝格通常被應(yīng)用于廣場(chǎng)、居住區(qū)等區(qū)域。楊迪軒[8]也認(rèn)為透水鋪裝在海綿城市建設(shè)中能夠加快雨水下滲,緩解地表徑流。他們以陜西省西咸新區(qū)灃西新城作為海綿城市的試點(diǎn),在灃西新城海綿城市建筑園區(qū)等示范點(diǎn)設(shè)置了透水鋪裝,透水鋪裝鋪設(shè)后能夠保證雨水的快速下滲,并且降低雨水與路面的撞擊聲音。
綜上所述,透水設(shè)施在海綿城市建設(shè)過(guò)程中能夠有效緩解城市內(nèi)澇現(xiàn)象,降低城市雨水徑流,并且收集雨水,對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充。另外,道路占據(jù)城市面積較大,當(dāng)鋪設(shè)透水設(shè)施時(shí),由于透水設(shè)施具有較好的透水性能,可以通過(guò)水分自然蒸發(fā)和蒸騰作用調(diào)節(jié)路面溫度,緩解城市熱島效應(yīng)[9]。此外,當(dāng)城市遭遇降雨尤其是暴雨時(shí),雨水密集度較大,降落的雨水與路面產(chǎn)生的撞擊聲音會(huì)影響甚至干擾市民生活,而當(dāng)采用透水設(shè)施時(shí)雨水撞擊路面產(chǎn)生的聲音可以在透水設(shè)施的孔隙中運(yùn)動(dòng),并通過(guò)摩擦、撞擊等過(guò)程轉(zhuǎn)化成熱能,進(jìn)而降低雨水產(chǎn)生的噪聲[10]。但透水設(shè)施也存在相應(yīng)的問(wèn)題。例如,承載強(qiáng)度和使用時(shí)間。一方面,與傳統(tǒng)路面相比,透水設(shè)施雖然具有較好的透水性能,能夠緩解雨水徑流現(xiàn)象,但由于透水設(shè)施的多孔性能使得其承載負(fù)荷能力降低,而道路作為城市建設(shè)中的關(guān)鍵因素將直接影響城市的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)透水設(shè)施與道路大面積結(jié)合時(shí)極易造成道路承載性能降低,較高的車流量的密集度、樓宇建造的范圍和大小甚至可能會(huì)使得路面出現(xiàn)凹陷、崩塌,嚴(yán)重干擾市民日常生活水平和城市的安全性[11]。因此,如何合理化、規(guī)范化構(gòu)造透水設(shè)施和道路,既保證路面的安全性和穩(wěn)定性,同時(shí)兼顧透水性能、快速下滲雨水是實(shí)現(xiàn)海綿城市道路建設(shè)的關(guān)鍵問(wèn)題。另一方面,透水設(shè)施與道路結(jié)合后在一定時(shí)間內(nèi)可以利用其較高的孔隙性能下滲雨水,但隨著降雨次數(shù)、降雨密度以及降雨量的不斷累積,降雨過(guò)程中攜帶的顆粒污染物和地表徑流包含的污染物會(huì)不斷填塞透水設(shè)施的孔隙,進(jìn)而降低透水設(shè)施的透水性能[12]。此外,由于透水設(shè)施與路面結(jié)合的特殊性及經(jīng)濟(jì),無(wú)法進(jìn)行再次翻新、重復(fù)使用。因此,如何有效提高透水設(shè)施的使用效率和時(shí)間是透水設(shè)施能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一。
海綿城市建設(shè)的核心是實(shí)現(xiàn)雨洪資源化,即雨水循環(huán)利用,因此下滲、收集后的雨水只有經(jīng)過(guò)凈化作用才能被用于綠化灌溉、洗車沖刷以及緩解城市熱島效應(yīng)。雨水花園作為海綿城市建設(shè)中常見(jiàn)的功能設(shè)施,不僅具有凈化雨水功能,而且能夠作為自然景觀和城市綠地美化周邊環(huán)境,豐富、提高人們生活水平。
雨水花園的凈化功能主要植物和微生物協(xié)同完成。植物可以通過(guò)根系對(duì)地表徑流攜帶的污染物和土壤中的污染物進(jìn)行吸附和降解,吸附后的污染物可以通過(guò)植物內(nèi)部輸送組織被輸送至植物頂端,植物頂端被收割后對(duì)污染物進(jìn)行后續(xù)處理,而植物則可以在春季時(shí)繼續(xù)生長(zhǎng),通過(guò)收割—生長(zhǎng)—收割的方式循環(huán)處理污染物[13]。而雨水花園中的微生物是海綿城市中降解地表徑流污染物的主體。土壤或植物根系通常作為微生物的載體,不僅能夠?yàn)槲⑸锾峁┥婵臻g、防止微生物流失,并且較大的比表面積能夠增加微生物與污染物的接觸,進(jìn)而提高污染物降解效率。閆丹丹等[14]認(rèn)為雨水花園是海綿城市凈化污染物的重要設(shè)施之一,能夠高效的去除地表及土壤中的污染物。以陜西省西安市某高校內(nèi)土壤為研究對(duì)象,土壤中重金屬污染十分嚴(yán)重,其中Cu、Zn 和Cd 的點(diǎn)超率已經(jīng)高達(dá)75%~87.5%、14.29%~62.5%和85.71%~87.5%。建設(shè)雨水花園后,其匯流面積可以達(dá)到604.7m2,匯流比約為20:1,通過(guò)微生物與植物的協(xié)同作用能夠高效的去除土壤中的重金屬元素,經(jīng)檢測(cè)僅在土壤表層有微量Cu 和Zn 元素存在且未達(dá)到污染標(biāo)準(zhǔn)。然而,雨水花園也存在相應(yīng)的問(wèn)題。例如,植物的選擇、地理環(huán)境。雨水花園中的植物通常選用本地的植物,一方面本地植物土植物能夠更好地適應(yīng)生存環(huán)境,植物成活率較高,數(shù)量也較多,種植的成本也較低;另一方面,栽種本土植物可以更好地維持城市自身生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性;此外,選擇植物時(shí)也需要考慮植物的多樣性和耐澇耐旱性能,多樣化的植物不僅能夠保證生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功能,而且通過(guò)景觀設(shè)計(jì)可以作為景點(diǎn)設(shè)施;植物的耐澇耐旱性能則能夠保證植物適應(yīng)極端環(huán)境,并高效的發(fā)揮其凈化功能[15]。此外,地理環(huán)境也是影響雨水花園建設(shè)的關(guān)鍵因素。不同地區(qū)地形和地勢(shì)的差異會(huì)引起路面坡度不同,進(jìn)而影響雨水徑流流速。因此,坡度較大的路面需要設(shè)置緩沖帶等設(shè)施,控制雨水徑流流速,保證雨水下滲的時(shí)間,延長(zhǎng)雨水與土壤中微生物接觸凈化的時(shí)間并充分收集凈化后的雨水。地質(zhì)和地貌則會(huì)影響植物栽種的種類、密度以及附屬設(shè)施等,當(dāng)所在地區(qū)地質(zhì)較為松軟時(shí),植物的密度和蓄水池等附屬設(shè)施的選擇和埋深需要考慮土地的承載負(fù)荷。
綜上所述,雨水花園建設(shè)過(guò)程中應(yīng)充分了解、熟悉雨水花園的模式,并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)氣候、地質(zhì)以及環(huán)境等條件,因地制宜綜合規(guī)劃,合理選擇栽種植物的種類和密度,實(shí)現(xiàn)雨水花園凈化雨水功能的同時(shí)兼顧景觀效應(yīng),并保證當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
海綿城市作為綠色、環(huán)保工程能夠緩解城市內(nèi)澇和熱島效應(yīng),實(shí)現(xiàn)雨洪資源化,其中“滲水”和“凈水”技術(shù)在海綿城市建設(shè)過(guò)程中起到重要作用,是實(shí)現(xiàn)雨水是否能夠收集及再次利用的關(guān)鍵。因此,在城市整體規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ)之上,如何因地制宜并根據(jù)所在地區(qū)的氣候、環(huán)境等條件有效的將“滲水”和“凈水”設(shè)施“融入”城市建設(shè),并保證城市的穩(wěn)定性和安全性是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)的重要因素。