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用“海绵城市”让“看海”成为传说

作者:中国环保网来源:中国环保网 浏览次数: 日期:2018年8月10日

近些年来,我国多个城市在夏季遭遇特大暴雨袭击,不但全城看海,有的还付出了生命的代价,“到城市看海”已成为人人皆知的流行语。

一说到城市内涝,人们便会怪罪下水道,认为正是因为下水道不够宽、不够深、不够多,雨水才未能及时排出城市,最终导致内涝。不可否认,这样的说法是正确的,内涝的产生确实与下水道密切相关,但还有一个重要问题值得追问:暴雨之下,城市何来大量的积水?“城市看海”何以在近几年频繁上演?

“一个重要原因是城市发展太快,原本可以让雨水渗透的草地、水沟全部被硬化,变成了马路、停车场,雨水渗不下去,就造成了积水。”国际著名水文气象专家林炳章解释说,和上世纪相比,现在雨水汇流的速度比以前更快,因为都市密度大,热气徘徊在城市上空形成热岛效应,水汽也集中在城市上方,会带来比周边更多的降水。

住建部曾经在2010 年对351 个城市内涝情况专项调研显示:2008-2010 年期间,有213个城市发生过不同程度积水内涝,占调查城市的62%,其中内涝灾害一年超过3 次以上的城市就有137 个;在发生内涝城市中,有57 个城市最大积水时间超过12 小时。

2008~2010 年间样本城市内涝情况统计

资料来源:住建部

 

 

7月16日,北京突降暴雨,西二旗地铁站积水几乎漫过道路上的护栏,据网友爆料,有人被困在公交站,撑着伞坐在垃圾桶上。不知这位小伙子现在下来了吗?毕竟坐在垃圾桶上“看海”略显尴尬,还不安全。

 

一、海绵城市的概念

海绵城市,是新一代城市雨洪管理概念,是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”,也可称之为“水弹性城市”。国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”。 下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

 

1. 关于海绵城市的顶层设计

2012年4月,在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中,“海绵城市”概念首次提出;2013年12月12日,习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调:“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。

2017年3月5日中华人民共和国第十二届全国人民代表大会第五次会议上,李克强总理政府工作报告中提到:统筹城市地上地下建设,再开工建设城市地下综合管廊2000公里以上,启动消除城区重点易涝区段三年行动,推进海绵城市建设,使城市既有“面子”,更有“里子”。

2. 海绵城市的“前因”:传统的开发模式带来的问题
  “雨季一来,城市看海”。我国99%的城市目前都是快排模式,雨水落在硬化地面上只能从管道中集中快排,强降雨一来,修再多管道也不够用。许多城市几十年前的地面径流系数是0.3,现在是0.7,也就是说现在一下雨70%的水要在地面流淌,许多严重缺水的城市就这么让70%的雨水白白流失了。这其中的主要原因是大量工程建设做地面硬化使得形成了“铁壳城市”,导致雨水无法渗透到地下。钢筋水泥过多地替代能够涵养水源的林地、草地、池塘,裸露的土地成为稀缺的资源,自然水循环系统就被切断了,导致城市无法“自由呼吸”,产生“热岛效应”。

 

3.海绵城市的“后果”:LID
  让城市返璞归真、道法自然,建设自然、生态、绿色的基础设施。针对传统城市开发模式的遗留问题,从“源头减排、过程控制、系统治理”着手,通过城市规划、建设的管控,综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程技术措施,控制城市雨水径流,实现低影响城市开发建设(LID),最大限度地减少由于城市开发建设行为对原有自然水文特征和水生态环境造成的破坏,将城市建设成“自然积存、自然渗透、自然净化”的“海绵体”。

 二、 海绵城市详细解读

  把雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合,统筹考虑内涝防治、径流污染控制、雨水资源化利用和水生态修复等多个目标。具体技术方面,有很多成熟的工艺手段,可通过城市基础设施规划、设计及其空间布局来实现.简而言之,海绵城市建设的核心,实质上就是合理地控制降在城市下垫面上的雨水径流,使雨水就地消纳和吸收利用。如何实现呢?可以概括为六个字:渗、蓄、滞、净、用、排

1. 海绵城市——渗
  由于城市下垫面过硬,到处都是水泥,改变了原有自然生态本底和水文特征,因此,要加强自然的渗透,把渗透放在第一位。其好处在于,可以避免地表径流,减少从水泥地面、路面汇集到管网里,同时,涵养地下水,补充地下水的不足,还能通过土壤净化水质,改善城市微气候。而渗透雨水的方法多样,主要是改变各种路面、地面铺装材料,改造屋顶绿化,调整绿地竖向,从源头将雨水留下来然后“渗”下去。

  1.1透水景观铺装

  传统的城市开发中无论是市政公共区域景观铺装还是居住区景观铺装设计中多数采用的都是透水性差的材料,所以导致雨水渗透性差,而在这一方面可以通过透水铺装实现雨水渗透,或通过水渠和沟槽将雨水引流至街道附近的滞留设施中。

 

1.2透水道路铺装
  传统城市开发建设中道路占据了城市面积的10%-25%,而传统的道路铺装材料也是导致雨水渗透性差的重要隐私之一,除了景观铺装方面可以通过透水铺装实现雨水渗透之外,还可以将园区道路、居住区道路、停车场铺装材料改为透水混凝土,加大雨水渗透量,减少地表径流,渗透的雨水储蓄在地下储蓄池内经净化排入河道或者补给地下水,减少了直接性雨水对路面冲刷然后快速径流排水对于水源的污染。

 

1.3.绿色建筑
  海绵城市建设措施不仅在于地面,屋顶和屋面雨水的处理也同样重要。在承重、防水和坡度合适的屋面打造绿色屋顶,利于屋面完成雨水的减排和净化。对于不适用绿色屋顶的屋面,也可以通过排水沟、雨水链等方式收集引导雨水进行贮蓄或下渗。

1.4.绿色建筑

  对于不适用绿色屋顶的屋面,也可以通过排水沟、雨水链等方式收集引导雨水进行贮蓄或下渗。

 

  2. 海绵城市——蓄

  即把雨水留下来,要尊重自然的地形地貌,使降雨得到自然散落。现在人工建设破坏了自然地形地貌后,短时间内水汇集到一个地方,就形成了内涝。所以要把降雨蓄起来,以达到调蓄和错峰。而当下海绵城市蓄水环节没有固定的标准和要求,地下蓄水样式多样,总体常用形式有两种:塑料模块蓄水、地下蓄水池。

 

  2.1.蓄水模块

雨水蓄水模块是一种可以用来储存水,但不占空间的新型产品;具有超强的承压能力;95%的镂空空间可以实现更有效率的蓄水。配合防水布或者土工布可以完成蓄水,排放,同时还需要在结构内设置好进水管、出水管、水泵位置和检查井。

 

  2.2.地下蓄水池

  雨水收集池,由水池池体、水池进水沉沙井、水池出水井、高、低位通气帽,水池进、出水水管、水池溢流管、水池曝气系统等几部分组成。

   

 3. 海绵城市——滞

  其主要作用是延缓短时间内形成的雨水径流量。例如,通过微地形调节,让雨水慢慢地汇集到一个地方,用时间换空间。通过“滞”,可以延缓形成径流的高峰。具体形式总结为三种:雨水花园、生态滞留池、渗透池、人工湿地。

 

  3.1.雨水花园

  是指在园林绿地中种有树木或灌木的低洼区域,由树皮或地被植物作为覆盖。它通过将雨水滞留下渗来补充地下水并降低暴雨地表径流的洪峰,还可通过吸附、降解、离子交换和挥发等过程减少污染。其中浅坑部分能够蓄积一定的雨水,延缓雨水汇集的时间, 土壤能够增加雨水下渗,缓解地表积水现象。蓄积的雨水能够供给植物利用,减少绿地的灌溉水量。

3.2.生态滞留区

  概念上来讲生态滞留区就是浅水洼地或景观区利用工程土壤和植被来存储和治理径流的一种形式,治理区域包括草地过滤,砂层和水洼面积、有机层或覆盖层、 种植土壤和植被。生态滞留区在对于土壤的要求和工程技术上的要求不同于雨水花园,形式根据场地位置不同也较为多样,如生态滞留带、滞留树池等。

 

  植草沟

  植浅草沟具有输水功能,具有一定的截污净化功能。适用于径流量小及人口密度较低的居住区、工业区或商业区、公园、停车场及公共道路两边,可以代替路边的排水沟或者雨水管渠系统。植草沟沟顶宽0.5~2m,深度0.05~0.25m,边坡(垂直:水平)1:3~1:4,纵向坡0.3%~5%。可设置在雨水花园、下凹式绿地前作为预防处理。

雨水塘
  雨水塘是渗水洼塘即利用天然或人工修筑的池塘或洼地进行雨水渗透,补及地下水,雨水塘能有效地削减径流峰值。但雨水塘护坡需要种植耐湿植物,若雨水塘较深(超过60cm)护坡周边就要种植低矮灌木,形成低矮绿篱,消除安全隐患。同时整个雨水塘系统还要形成微循环才能防止水体腐坏。

雨水湿地
  雨水湿地人工雨水湿地是一个综合的生态系统,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协调原则,将雨水花园、生态滞留池收集的雨水进行集中的净化。而且其具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点,极其适合海绵城市建设中多出应用。

t:minor-latin'>护坡周边就要种植低矮灌木,形成低矮绿篱,消除安全隐患。同时整个雨水塘系统还要形成微循环才能防止水体腐坏。

 

 

4. 海绵城市——净
通过土壤的渗透,通过植被、绿地系统、水体等,都能对水质产生净化作用。因此,应该蓄起来,经过净化处理,然后回用到城市中。雨水净化系统根据区域环境不同从而设置不同的净化体系,根据城市现状可将区域环境大体分为三类:居住区雨水收集净化、工业区雨水收集净化、市政公共区域雨水收集净化。根据这个三种区域环境可设置不同的雨水净化环节,而现阶段较为熟悉的净化过程分为三个环节:土壤渗滤净化、人工湿地净化、生物处理。


  4.1.雨水净化系统
  土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

 

  人工湿地净化:分为2个处理过程,一是初级净化池,净化未经土壤渗滤的雨水;二是次级净化池,进一步净化初级净化池排出的雨水,以及经土壤渗滤排出的雨水;经二次净化的雨水排入下游清水池中,或用水泵直接提升到山地贮水池中。初级净化池与次级净化池之间、次级净化池与清水池之间用水泵进行循环。


 

  4.2.雨水净化系统三大区域环境

  居住区雨水收集净化

  居住区雨水收集净化过程中由于居住区内建筑面积和绿化面积较大,雨水冲刷过后大量水体可以经生态滞留区、雨水花园、渗透池收集起来经过土壤过滤下渗道模块蓄水池中,相对来说雨水径流量较少。所以利用海绵城市雨水收集系统将雨水惠存、下渗、过滤然后经过生物技术净化之后就可以大量用于绿化灌溉、冲厕、洗车等方面。 

工业区雨水收集净化

  工业区有别于居住区,相对来说绿地面积较少,硬质场地和建筑较多,再加上工业产物的影响,所以在海绵城市雨水收集和净化环节就要格外注意下渗雨水的截污环节。经过承载海绵城市原理的园林设施对工业污染物的过滤之后,雨水经过土壤下渗道模块蓄水池,在这个过程中设置截污处理对下渗雨水进行第二次的净化,进入模块蓄水池之后配合生物技术再次净化后再次的循环利用到冷却水补水、绿化灌溉、混凝土搅拌等方>   4.1.雨水净化系统
  土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

市政公共区域雨水收集净化

  市政公共区域雨水收集净化对比前两个区域环境有着不一样的方面,绿地面积大,不同地区山体高程不同所以导致径流量不同,并且河流、湖泊面积较大,所以减缓雨水冲刷对山体表面的冲击破坏和对水源的直接污染是最为重要的问题。就上述问题来讲,市政区域雨水净化在雨水收集方面要考虑生态滞留区和植物缓冲带对山体的维护作用以及对河流、湖泊的过滤作用。在雨水调蓄方面主要使用调蓄池来对下渗雨水进行调蓄,净化后的水一方面用于市政绿化和公厕冲厕,一方面排入河流、湖泊补给水原,解决了水资源短缺的问题。

 

  5. 海绵城市——用

  在经过土壤渗滤净化、人工湿地净化、生物处理多层净化之后的雨水要尽可能被利用,不管是丰水地区还是缺水地区,都应该加强对雨水资源的利用。不仅能缓解洪涝灾害,收集的水资源还可以进行利用,如将停车场上面的雨水收集净化后用于洗车等。我们应该通过“渗”涵养,通过“蓄”把水留在原地,再通过净化把水“用”在原地。

 

雨水资源利用

·花畦:池底覆以土壤并种植吸附污染物的湿生植物,具有调节与改善水质的功能。

·植草沟:用植被覆盖的集水、排水渠,主要用于疏散暴雨径流以及移除污染物,提升水质,保留乡土植被维护景观品质,提供生物栖息的空间,且植草沟设置及维持保养的费用低于传统的地下管线。

·渗滤沟:渗滤沟是利用卵石、碎石等空隙为雨水提供滞蓄空间的方法,在地面设卵石沟或卵石槽导引地表径流至卵石间的孔隙。

·渗透性铺装:采用渗透性地面铺装是让雨水回归大地,解决地下水回灌问题,具有入渗、滞留的能力,有减洪、水质净化与地下水涵养的优点。

的水要在地面流淌,许多严重缺水的城市就这么让70%的雨水白白流失了。这其中的主要原因是大量工程建设做地面硬化使得形成了“铁壳城市”,导致雨水无法渗透到地下。钢筋水泥过多地替代能够涵养水源的林地、草地、池塘,裸露的土地成为稀缺的资源,自然水循环系统就被切断了,导致城市无法“自由呼吸”,产生“热岛效应”。

雨水收集系统

·绿地生态水渠:结合现状地形设计渗透型集水渠,渗滤沟+穿孔管+贮存池或渗滤池。

·道路渗滤沟:

主园路渗滤沟:行人较多,雨水稍有污染,结合绿地过滤设计渗滤沟

硬质广场路面:结合地面找坡及铺装设计,广场中每隔20m左右设置渗滤沟

停车场:设计多孔沥青车道结合植草砖停车区,尽可能让雨水下渗,此处雨水污染较大,结合弃流及土壤渗滤设置穿孔管集水。

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·花畦:池底覆以土壤并种植吸附污染物的湿生植物,具有调节与改善水质的功能。

·植草沟:用植被覆盖的集水、排水渠,主要用于疏散暴雨径流以及移除污染物,提升水质,保留乡土植被维护景观品质,提供生物栖息的空间,且植草沟设置及维持保养的费用低于传统的地下管线。

·渗滤沟:渗滤沟是利用卵石、碎石等空隙为雨水提供滞蓄空间的方法,在地面设卵石沟或卵石槽导引地表径流至卵石间的孔隙。

·渗透性铺装:采用渗透性地面铺装是让雨水回归大地,解决地下水回灌问题,具有入渗、滞留的能力,有减洪、水质净化与地下水涵养的优点。

的水要在地面流淌,许多严重缺水的城市就这么让70%的雨水白白流失了。这其中的主要原因是大量工程建设做地面硬化使得形成了“铁壳城市”,导致雨水无法渗透到地下。钢筋水泥过多地替代能够涵养水源的林地、草地、池塘,裸露的土地成为稀缺的资源,自然水循环系统就被切断了,导致城市无法“自由呼吸”,产生“热岛效应”。

雨水净化系统

·土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

·生物处理:结合人工湿地设计生物处理系统,处理冲厕、盥洗排水的净化系统。

4.1.雨水净化系统
  土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

雨水贮存系统

·地下贮水沟:结合生态集水渠设计地下贮水沟,既是集水沟,也是贮水设施。贮存的水过滤后在重力作用下直接供给附近低标高厕所冲厕以及绿地灌溉,贮存沟内溢流出的雨水排入下游净化池中。

·地下贮水池:根据景观场地设计及绿化灌溉就近原则,设置自动滴灌式贮水池,主要设置在阳光草坪高位坡地上,抽取清水池中雨水,贮存在坡顶土层下方贮水池中,结合滴灌系统,利用重力作用灌溉下游草坪。

4.1.雨水净化系统
  土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

6. 海绵城市——排
  是利用城市竖向与工程设施相结合,排水防涝设施与天然水系河道相结合,地面排水与地下雨水管渠相结合的方式来实现一般排放和超标雨水的排放,避免内涝等灾害。有些城市因为降雨过多导致内涝。这就必须要采取人工措施,把雨水排掉。
  当雨峰值过大的时候,地面排水与地下雨水管渠相结合的方式来实现一般排放和超标雨水的排放,避免内涝等灾害。经过雨水花园、生态滞留区、渗透池净化之后蓄起来的雨水一部分用于绿化灌溉、日常生活,一部分经过渗透补给地下水,多余的部分就经市政管网排进河流。不仅降低了雨水峰值过高时出现积水的几率,也减少了第一时间对水源的直接污染。

雨水净化系统
  土壤渗滤净化:大部分雨水在收集时同时进行土壤渗滤净化,并通过穿孔管将收集的雨水排入次级净化池或贮存在渗滤池中;来不及通过土壤渗滤的表层水经过水生植物初步过滤后排入初级净化池中。

 

三、24种海绵城市设计措施图解

城市住宅区海绵策略

随着城市居住用地面积不断增加,城市自然地表被居住区域的不透水硬质材料替代,雨水自然下渗、净化和收集面临很大挑战。住宅区的景观用地应考虑结合海绵城市设计方法,在有限的绿化面积里,采用下渗、滞留、净化的策略,缓解城市居住区洪涝灾害。

 

1、传统住宅区——宅间雨水花园

传统住宅区中的绿地可以改造成下沉式宅间雨水花园,用来收集周边硬质铺装的雨水。

 

2、传统住宅区——停车场雨水花园

传统住宅区中的停车场可以改造成透水植草砖生物滞留带,用来收集周围雨水。

3、传统住宅区——活动场地

传统住宅区中的树池可以改造成滞留式生态树池,用来收集开放场地中的雨水。

4、传统住宅区——宅间道路

传统住宅区中的宅间道路和绿化带可以改造成透水路面和生物滞留池,用来收集道路上的雨水,避免路面雨水沉积对居民生活造成影响。

 

5、传统住宅区——车行道

传统住宅区中的车行道考虑机动车荷载,一般不建议使用透水路面,而是利用道路两侧绿化带收集、消纳路面雨水径流。

 

6、新型住宅区——地库顶板小区园路

传统住宅区中的车行道考虑机动车荷载,一般不建议使用透水路面,而是利用道路两侧绿化带收集、消纳路面雨水径流。

 

7、新型住宅区——地库顶板小区广场

高层住宅区中的硬质广场可以结合透水铺装、排水明沟及生物滞留设施,设计成一个集收集、净化、储存雨水于一体的良性循环系统。

 

8、新型住宅区——地库顶板小区绿地

高层住宅区中的硬质广场可以结合透水铺装、排水明沟及生物滞留设施,设计成一个集收集、净化、储存雨水于一体的良性循环系统。

 

绿色屋顶海绵策略

雨洪来临时,建筑屋顶产生的径流是导致城市内涝的重要原因之一。因此,将城市的建筑屋顶改造为绿色屋顶能有效缓解城市雨水径流压力。一方面,通过海绵城市结构来收集、储存雨水,并利用雨水进行浇灌,可以节省各种能耗;另一方面,绿色屋顶将形成良好的城市景观,提升城市的整体绿化率。

绿色屋顶策略中,表面种植绿色植被,用以吸收雨洪期间多余的雨水径流,通过植物根系净化过滤,将雨水收集到雨水桶进行存储回用;绿色屋顶底层有轻质土层、防根系穿透层、排水层以及防水层等多层结构保护,同时能保护建筑表层,多样植物搭配的绿色植被层可以吸收建筑热量,缓解城市热岛效应。

 

 

 

 

 

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