低影响开发下的海绵城市建设研究——以镇江市为例

低影响开发下的海绵城市建设研究以镇江市为例 张雪松 糜金帅 江苏省交通技师学院 镇江交通产业集团有限公司 摘 要： 海绵城市是探索新形势下中国城镇水生态平衡的新思路, 为缓解城市雨洪问题提供新的方法。本文在总结国内外的理论与实践基础上, 以镇江市为例, 验证低影响开发技术的在海绵城市建设中的应用效果和操作方法。研究表明:低影响开发技术对城市道路系统改造、降低城市不透水率和水体净化方面具有显著优势。但是仍需在城市总体规划、政策奖励机制方面全面统筹城市水系统开发建设, 进一步优化海绵体设计及智慧水系统平台的建设。关键词： 海绵城市; 雨洪管理; 低影响开发; 作者简介：张雪松 (1989 年 1 月生) , 女, 黑龙江省哈尔滨市人, 硕士研究生, 助讲, 研究方向:交通运输规划与管理。1“海绵城市”提出背景当今中国正面临着各种各样的水危机:水资源短缺, 水质污染, 洪水, 城市内涝, 地下水位下降, 水生物栖息地丧失等, 问题非常严重1。2014 年习近平总书记在住房和城乡建设部城市建设司 2014 年工作要点中提出“督促各地加快雨污分流改造, 提高城市排水防涝水平, 大力推行低影响开发建设模式, 加快研究建设海绵型城市的政策措施”。2015 年全国范围内的 16 个“海绵城市”试点城市正式铺开。我国全国范围内降水不均区域性洪涝灾害严重。城市内涝问题日益凸显, 多地暴雨、洪涝、干旱等灾害同时并存。城镇化带来的水资源的过度开发和污染问题亟待解决。城市化和各类灰色基础设施建设打破了原有的生态平衡和水循环平衡。城市呈现出暴雨后的汇流加速、洪峰值高等明显的内涝特征。我国城市雨洪问由狭隘的、简单的工程思维导致。2“海绵城市”建设发展现状海绵城市是希望城市下雨时可以吸水、蓄水、渗水、净水, 并在需要时可以“释放”雨水。海绵城市建设将天然水循环系统与人工供排水措施相结合, 尽可能实现雨水按照自然生态系统完成积存、渗透净化, 改善城市水系统2。海绵城市是由上世纪 90 年代美国乔治王子郡的一个居住区内建设的雨水花园发展而来, 用一个生态滞留和吸收雨水的场地来代替传统的雨洪管理系统3。海绵城市通过概念的提出、发展、形成和实践, 已经形成较成熟的理论体系。2003年俞孔坚教授首次提出“海绵”的概念, 将其比喻为河流、湿地对城市内涝干旱灾害的调蓄能力。2004-2010 年间, 俞孔坚、王丽娟、董淑秋、候玉栋、唐孝炎等学者从城市规划、城市内涝、雨洪调蓄等层面开展实践探索。基于“海绵城市”理论的实践从宏观、中观到围观的工作已经开始, 在雨洪调蓄、重构城市水系统方面取得显著成效。例如北京市建设的综合水安全格局和水生态基础设施研究4、区域内水系统形成“城镇海绵系统”以及公园、小区、道路等具体集水单元的实践探索。2010 年以来, 习近平总书记多次提出构建“海绵城市”的政治主张, 极大的推动了“海绵城市”从理论研究层面向实践探索方面的摸索。我国学者对雨洪管理、城市规划、城市建设、海绵体等方面进行探索, 提出很多建设性意见和建议。2015 年开始出现以海绵城市作为主要研究对象的硕士学位论文, 主要集中在海绵城市背景下街道景观设计、城市道路系统优化设计、低影响开发、解决城市内涝等方面。具体的措施可以归纳为路工程设计的 LID 设计及雨水综合利用措施, 公园、小区改造增加完善的雨水收集及回用系统、广场等透水砖铺装下渗、绿色屋顶、渗透塘、渗井等。3 研究方法传统雨洪管理以城市地下排水管网为主, 由城市地下管道组成, 强调“快排”。该方式是导致城市雨洪内涝发生的直接原因。在我国提出“海绵城市”之前, 不少国家已经形成较成熟的雨洪管理理论, 例如美国的最佳雨洪管理实践、“低影响开发”、日本的雨水储留渗透计划、澳大利亚的水敏性城市设计、英国的“可持续性城市排水系统”等。本文从低影响开发和降低城市不透水率出发, 讨论中国海绵城市建设研究。3.1 低影响开发 (LID) 二战后, 西方世界率先提出低影响开发的概念, 为降低快速城镇化带来的城市水问题。美国从上世纪 90 年代在最佳场地管理 (BMPS) 的基础上提出用于雨洪管理的低影响开发理念。低影响开发的宗旨是保证项目开发前后的水文特征不变。我国城市在发展过程大面积使用灰色地面, 造成地表径流无法下渗, 城市建设前后的水文特征发生明显变化。借助 LID 措施对城市进行改造规划可以有效降低城镇化过程中对生态系统的破坏程度。在实施的过程中应结合当地的降水、土地环境、城市状况、地下污染物等因素, 因地制宜的推进适合我国国情的低影响开发。3.2 城市不透水率不透水地面是城镇化带来的必然产物, 已有研究表明不透水地面在暴雨天气给城市排水管网带来巨大压力。用不透水率表示硬化地面对城市水文特征变化的影响5。不透水率越高表明综合环境越差。4 镇江“海绵城市”建设4.1 项目概况2015 年镇江市被批准为国家首批 16 个海绵城市建设试点城市之一。镇江市海绵城市试点区域位于城市主城区, 面积 22 平方公里, 均为老城区。用地类型以居住、公共及商业用地为主。海绵城市项目为渗、蓄、滞、净、用、排共计396 个, 其中试点区项目 302 个。镇江市采用 LID、可持续排水系统以及水敏性城市建设等技术综合解决排水、内涝、灾害应对和初期雨水污染等问题的思路和方法。根据镇江市长、短历时设计暴雨在收集、处理、整编 31 年的系列降雨资料基础上, 结合国内外先进技术, 应用水文学、统计学及 GIS 等工程技术建立了镇江市长、短历时暴雨强度公式及雨型。作为城市排水防涝及海绵城市设计管理的重要依据可以客观反映当地的设计降雨过程, 指导海绵城市的优化设计。24 小时雨量采用暴雨公式为:式中:i设计暴雨强度 (mm/min) ;t暴雨历时 (min) ;T M设计重现期 (年) ;t 取 1440 分钟, 总雨量=i*1440 分钟。288×5 分钟雨型分配图如 1 所示。图 1 288×5 分钟雨型 (同频分析法统计) 分配图 下载原图4.2 海绵城市设计自 2010 年起, 镇江市应用 LID 理念和可持续排水系统思路以降低城市不透水率为目标的官塘新城、镇江新区生态示范区和高校园区的规划已经完成。在规划中采用生态草沟、雨水花园、透水铺装、绿色屋顶等措施实现雨洪的调蓄和渗排。海绵城市实施至今已在 2014 年至 2016 年的暴雨天气得到印证, 确保路面不积水, 小区不存水的效果, 对镇江市水生态系统的恢复正在逐步发挥功能。(1) 城市道路改造。镇江市针对现有情况, 对金山湖片区道路进行优化升级设计。通过改造实际建成区道路的不透水结构形式, 控制和减少道路对城市水系统的影响5。基于 LID 理念对金山湖路进行改造设计, 沿道路方向不设雨水管道, 人行道铺装采用透水混凝土。将道路两侧绿化带建设为下凹式绿带、浅碟形边沟、采用豁口式缘石将机动车道地面径流引入绿化带, 并设置过砾间工程过滤净化受污雨水, 降雨径流通过生态聚生毯边坡等 LID 设施后渗入土壤, 土壤饱和后就近排入水系, 达到水质和水量控制目标。金山湖路改造后在 2015年 6 月 2 日强降雨过程中经受住了考验, 路面无积水现象。结合金山湖路的建设经验, 镇江市正在推进官塘新城、高校园区、汽车城和镇江新区的神态化道路的建设 (详见图 2) 。图 2 金山湖路改造设计横断面示意图 下载原图(2) 城市不透水面改造。镇江市早期开发的居住区大量地面为灰色地面, 强降雨天气下雨水积存现象显著。针对现有状况, 对试点项目硬化地面采取“排、渗”结合方式, 综合利用 LID 技术控制小区内水系统。以应对 30 年一遇降雨和消减 70%的城市面源污染为目标进行老小区改造设计。采取的措施包括:还原原水系通道, 以小区内汇水主线为轴向构建下沉式渗水绿地, 形成水生态廊道, 同时建设渗井、渗沟、渗池等雨水利用设施改变传统集排水模式;透水铺装, 停车场铺装采用多孔嵌草砖, 小区内道路采用透水混凝土路面, 沿道路边缘设地下排水边沟经小区内水生态廊道最终进入金山湖;绿色屋顶改造, 让雨水一部分在屋顶滞留, 供给屋顶绿化用;另一部分通过落水管截留, 即通过屋顶排水管, 使雨水流入雨桶、蓄水池、或者透水区域, 而不是流入雨水管道中。目前江二社区为示范海绵城市的试点项目, 停车场改造已完成, 多次经历强降雨考验, 地面未见积水, 效果良好。(3) 雨水下渗净化改造。镇江市雨水入渗绿地建设主要指城市公园绿地和中央绿廊, 建设要点包括下沉式绿地建设, 河水循环流动工程、生态浮岛工程、混凝土沉淀工程和砾间工程等生态修复工程。通过深入绿地、砾间工程、沉淀工程等减少源面污染, 通过河水循环流动工程、生态浮岛工程提高原生态水系的环境容量, 提高城市水系统的自我消解能力。5 海绵城市建设的对策建议通过对镇江市海绵城市试点项目的跟踪分析, 提出以下建议: (1) 转变思路, 提前规划。转变城市排水管网设计思路, 结合 LID 技术, 从“吸、渗、蓄、净、排、用”角度出发进行宏观控制, 知道初期雨水的渗蓄设计、管道设计、排涝设计和灾害应对措施; (2) 引入奖励机制, 对海绵工程项目进行政策扶持, 通过多类型的优惠措施, 限制破坏、奖励保护; (3) 优化海绵体设计。基于 LID技术开发下海绵城市建设, 城市道路系统的改造需结合交通工程、结构工程技术进一步优化设计, 改善施工, 确保海绵体的过水能力与当地降水一致; (4) 建设智慧供排水平台。通过 GIS、在线监测和 SWMM 等一系列技术实现智慧化供排水管理, 提高城市供排水系统的水敏感性。参考文献1王浩.城市化进程中水源安全问题及其应对J.给水排水 2016, 42 (4) :1-3. 2海绵城市建设技术指南低影响开发雨水系统构建 (试行) 发布实施J.城市规划通讯, 2014 (21) . 3李宇超.海绵城市建设的理论与实践以西咸新区海绵城市建设为例D.西北农林科技大学, 2016. 4俞孔坚, 李迪华, 袁弘, 等.“海绵城市”理论与实践J.规划研究, 2015, 39 (6) :26-36. 5刘珍环, 李猷, 彭建.城市不透水表面的水环境效应研究进展J.地理科学进展, 2011 (3) :275-281.