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海綿城市建設(shè)技術(shù)要點(diǎn)淺議

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海綿城市建設(shè)技術(shù)要點(diǎn)淺議

摘要:我國(guó)城市內(nèi)澇隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快而日益嚴(yán)重,海綿城市能夠有效的解決城市水資源短缺和內(nèi)澇的問(wèn)題,在城市建設(shè)中起到至關(guān)重要的作用。本文簡(jiǎn)單介紹了海綿城市提出的背景及海綿城市的定義及其作用,分析了海綿城市建設(shè)技術(shù)措施及技術(shù)要點(diǎn),并作出了展望。

關(guān)鍵詞:海綿城市;技術(shù)要點(diǎn);綠色屋頂

1海綿城市提出的背景

1.1水資源短缺

我國(guó)人均水資源量?jī)H有2100m3,全國(guó)年平均缺水量500多億m3,有近三分之二的城市缺水,水資源供需矛盾日益突出,與此同時(shí),隨著城市總水量的增加,地下水的開采日益嚴(yán)重,導(dǎo)致地下水水位持續(xù)下降,根據(jù)中國(guó)水資源問(wèn)題與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究中指出,我國(guó)地下水超采面積已經(jīng)達(dá)到19萬(wàn)km2。1.2水質(zhì)惡化我國(guó)水質(zhì)惡化主要體現(xiàn)在面源污染,面源污染主要由土壤中的泥沙顆粒、氮磷、農(nóng)藥以及大氣顆粒物等組成,具有空間分布較廣、成分復(fù)雜、水質(zhì)不穩(wěn)定等特點(diǎn),又由于種植業(yè)污水、養(yǎng)殖業(yè)污水、生活污水、工業(yè)污水等沒(méi)有得到集中、統(tǒng)一的處理,直接排放到河流及湖泊中,導(dǎo)致大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨著地表徑流流入水體中,江河湖泊受到不同程度的污染,導(dǎo)致水質(zhì)進(jìn)一步的惡化。

1.3洪澇頻發(fā)

隨著城市建設(shè)用地面積的增加,降雨時(shí)雨水匯集面積增大,雨水流量增大,導(dǎo)致雨水下滲速度減緩,造成城市雨水管工作負(fù)荷增大,愈來(lái)愈多的雨水在城市內(nèi)部道路積蓄,以至于出現(xiàn)部分積水甚至洪澇災(zāi)害。1.4水生態(tài)功能退化改革開放以來(lái),我國(guó)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),難免會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境產(chǎn)生一些負(fù)面的影響,在郊區(qū)農(nóng)村地段,大量的工業(yè)廢水和生活污水不經(jīng)處理直接排放至河流中,導(dǎo)致水質(zhì)污染嚴(yán)重,水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)。根據(jù)對(duì)全國(guó)濕地的調(diào)查結(jié)果顯示,由于基建、圍墾等的占用,濕地的面積不斷減少,2004到2014年期間我國(guó)濕地總面積減少了8.82%,自然生態(tài)的循環(huán)遭到破壞,例如池塘出現(xiàn)“藻華”等。

2海綿城市的定義及作用

為了適應(yīng)城市發(fā)展、面對(duì)雨水帶來(lái)的挑戰(zhàn),我國(guó)提出了“海綿城市”的理念,具體是指城市能夠像海綿一樣,在面對(duì)環(huán)境變化和自然災(zāi)害時(shí)具有很好的彈性。我國(guó)針對(duì)海綿城市提出了“六字方針”,包括“滲”、“滯”、“蓄”、“凈”、“用”、“排”,六字方針在海綿城市中起到的作用及應(yīng)用的技術(shù)措施詳見表1。在海綿城市的建設(shè)初期,在初步處理雨水這方面的技術(shù)較為成熟,并有一定的經(jīng)驗(yàn)積累,為了達(dá)到解決發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾,達(dá)到水資源、水安全和水生態(tài)的良性循環(huán),我國(guó)對(duì)于污水污染治理提出了技術(shù)設(shè)施及技術(shù)要點(diǎn),大致可以分為收集調(diào)蓄處理技術(shù)和源頭分散處理技術(shù)。收集調(diào)蓄處理技術(shù)主要是對(duì)雨水進(jìn)行收集然后對(duì)其進(jìn)行處理,而源頭分散處理技術(shù)主要是對(duì)雨水污染源進(jìn)行處理,從而降低污染。

3海綿城市建設(shè)的技術(shù)設(shè)施及要點(diǎn)

3.1綠色屋頂

綠色屋頂作為海綿城市建設(shè)的重要治理措施,是指利用植物對(duì)屋頂進(jìn)行綠化的方法,主要由植被層、基質(zhì)層、過(guò)濾層、排水層和防水層組成,在削減徑流、凈化水質(zhì)、促進(jìn)雨水資源化利用以及城市景觀等方面具有良好的效果。植被層起到吸收、過(guò)濾、攔截雨水中部分污染物的作用;基質(zhì)層作為綠色屋頂?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)層,在選擇基質(zhì)時(shí),不僅要考慮基質(zhì)的吸附效果和是否適合屋面植被生長(zhǎng),也要考慮屋面的荷載情況;過(guò)濾層主要起到防止基質(zhì)中的顆粒物隨著雨水徑流被沖走的作用;當(dāng)多余的雨水無(wú)法滯蓄時(shí),排水層可以排出,避免了屋面荷載過(guò)高而對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的損害;防水層可以防止污水下滲進(jìn)入屋面。

3.2人工濕地

人工濕地是指人工建造的模擬天然濕地功能的體系,利用沙、石、土等按照一定比例混合而成的填料,再在填料床上種植植物,主要由三大部分組成,一是基質(zhì)層,常用的基質(zhì)包括沸石、礫石等;二是微生物種群,如放線菌、細(xì)菌等;三是植被層,人工濕地常見種植的植被有蘆葦、茭白等?;|(zhì)層主要起到沉淀和吸附的作用,郭本華等研究了沸石、頁(yè)巖陶粒和碎石三種不同的基質(zhì)構(gòu)建的人工濕地對(duì)磷的去除效果,結(jié)果表明,碎石對(duì)磷的平均去除率可達(dá)95%,沸石對(duì)磷的平均去除率達(dá)35%。植被能夠?yàn)槲⑸锓N群提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境、減緩整個(gè)系統(tǒng)的水流速度、促進(jìn)雨水與基質(zhì)的反應(yīng)等,因此在選擇植被種類時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮植被的成活率、抗水性、生長(zhǎng)期以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值等。人工濕地對(duì)海綿城市建設(shè)具有重要作用,主要體現(xiàn)在對(duì)雨水徑流的控制和污染物的削減,同時(shí)作為一個(gè)獨(dú)立的生態(tài)單元,起到凈化雨水的作用。

3.3生物滯留池

生物滯留池是指利用植物、微生物及土壤之間的關(guān)系來(lái)處理雨水中的污染物,是集物理、化學(xué)、生物為一體的過(guò)程,包括蓄水層、植被層、填料層及排水層。蓄水層主要起到預(yù)處理雨水以及儲(chǔ)存雨水的作用;植被層可以截留一部分雨水沖刷下的顆粒物,也可以防止水土流失,對(duì)徑流的形成起到減緩速度的作用;填料層不僅作為植被層的載體,還有一定的截污滯蓄作用,許航等利用了蛭石、沸石、珍珠巖這三種常見的基質(zhì)層材料來(lái)探討對(duì)污水截污效果分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明蛭石和沸石對(duì)TP、TN、NH4+-N的去除效果較好;生物滯留池的排水層在底部設(shè)置排水管,起到臨時(shí)儲(chǔ)存雨水的作用,雨水排入水管后進(jìn)行收集循環(huán)利用。普通生物滯留池對(duì)于雨水截污凈化的效果有一定限制,現(xiàn)國(guó)內(nèi)對(duì)于生物滯留池的研究往填料改良、內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向前行,生物滯留池作為雨水管理的重要措施之一,應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮出“六字方針”的功效。

4展望

(1)海綿城市作為城市建設(shè)的重要部分,不僅能夠有效解決城市出現(xiàn)內(nèi)澇災(zāi)害的幾率,同時(shí)還解決了城市水資源短缺和水資源分布不均勻的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)海綿城市的最大利用率,要推動(dòng)小海綿單元和大海綿單元的共同結(jié)合,小海綿單元包括綠色屋頂、下凹式綠地等,大海綿單元包括人工濕地、大型綠地及市政道路等。根據(jù)中華人民共和國(guó)發(fā)出的水資源公報(bào),2020年我國(guó)降水量和水資源總量比多年平均值明顯偏多,這足以說(shuō)明了我國(guó)在水資源治理及處理方面有了很大的進(jìn)步,這離不開海綿城市的作用。

(2)在技術(shù)措施中,一是需要加強(qiáng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集,主要包括城市水資源承載力評(píng)估、城市水環(huán)境承載力評(píng)估、洪澇脆弱性評(píng)估;二是要細(xì)化徑流控制指標(biāo),目的是為了提高海綿城市建設(shè)在不同量級(jí)降雨條件下的“彈性”;三是改進(jìn)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,使用水文水力模型進(jìn)行模擬計(jì)算,大大提高表1海綿城市“六字方針”的作用六字方針技術(shù)措施作用滲可滲透路面、自然地面從源頭減少?gòu)搅?,凈化初雨污染滯植草溝、下凹式綠地不讓雨水很快流走,延緩徑流峰現(xiàn)時(shí)間蓄人工湖、蓄水池降低徑流峰值流量,為雨水利用創(chuàng)造條件凈污水處理設(shè)施及管網(wǎng)減少面源污染,改善城市水環(huán)境用道路沖洗、綠化澆灌合理利用水資源排河道排水、雨污分流使排水防澇設(shè)施與天然水系河道相結(jié)合等了準(zhǔn)確性;四是要完善監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng),不僅包括排水泵站的提升流量和蓄水池液位,還應(yīng)該包括氣象監(jiān)測(cè)、海綿設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、水環(huán)境監(jiān)測(cè)等。

(3)目前海綿城市建設(shè)處于探索和發(fā)展階段,要根據(jù)不同地區(qū)特色來(lái)制定建設(shè)技術(shù)指南?,F(xiàn)在對(duì)海綿城市的建設(shè)偏向于城市給排水系統(tǒng)的規(guī)劃與改造、城市市政工程排澇能力評(píng)估、低影響開發(fā)技術(shù)措施的優(yōu)化等,而海綿城市的建設(shè)不能僅僅限于此,要與城市環(huán)境氣候、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等領(lǐng)域結(jié)合起來(lái),這樣才能將海綿城市的作用發(fā)揮到最大化。

(4)在大數(shù)據(jù)迅速發(fā)展的背景下,應(yīng)當(dāng)將海綿城市與物聯(lián)網(wǎng)、GIS、BIM等結(jié)合應(yīng)用。利用大數(shù)據(jù)收集和分析各地的雨水資料,組成海綿城市智慧化平臺(tái),與各部門實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享、運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)共同維護(hù)等,提高治理能力及效率。

作者:徐雪婧 王欣 單位:中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司

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