我國是一個干旱缺水嚴重的國家,盡管淡水資源量占全球水資源量的 6% ,居世界第 4 位,但人均水資源量僅為世界平均水平的 1 /4,是全球人均水資源量最貧乏的國家之一。一方面隨著城市化水平的不斷提高,城市化進程對人類生存與發展必不可少的水資源及城市水環境的影響愈來愈顯著,另一方面,歷年城市內澇等災害對人類生命財產安全造成的嚴重損失引起了社會廣泛的關注,雨水的控制利用工程勢在必行。
從全國各省市來看,北京市屬于雨水控制利用發展較快的城市之一,其規范化的管理制度也是學習的榜樣。2008 年北京市奧運場區的設計為雨水控制利用設計提出了許多新技術新理念,目前北京市已進入雨水利用示范與實踐階段。北京市相繼頒布了相關規范,包括北京市水務局編制的《北京市房地產建設項目水土保持方案技術導則》和《北京市公路建設項目水土保持方案技術導則》北京市規劃委員會頒發的《關于印發〈新建建設工程雨水控制與利用技術要點( 暫行) 〉的通知》( 市發〔2012〕1316 號文) ,北京市人民政府辦公廳頒發的《關于印發進一步加強城市雨洪控制與利用工作意見的通知》( 京政辦發〔2013〕48 號) 以及2014 年正式實施的北京市地方標準《雨水控制與利用工程設計規范》( DB 11 /685—2013 ) 。其中,《雨水控制與利用工程設計規范》更是對各類工程的雨水控制利用工程進行了進一步的規范,為城市建設雨水利用工程以及城市排水安全提供了更有力的保障。
為貫徹落實習近平總書記講話及中央城鎮化工作會議精神,保護和改善城市環境,節約水資源,促進生態文明建設,由中華人民共和國住房和城鄉建設部組織編制了《海綿城市建設技術指南———低影響開發雨水系統構建》( 試行) 。該指南提出了海綿城市建設雨水系統的構建原則、控制目標及技術框架等相關內容,為城市水土保持雨水控制利用體系與措施布局提供了新思路,對解決城市內澇問題以及雨水資源利用具有極其重要的意義。
1 海綿城市與低影響開發雨水系統
1.1 海綿城市
海綿城市是指城市能像海綿一樣具有良好的“彈性”,在下雨時吸水、蓄水、滲水和凈水,需要時再將儲存的水釋放加以利用,即可適應環境變化,有效應對自然災害。從建設途徑來講,海綿城市的建設: 一是對原有生態系統進行保護,維持城市開發前的自然水文特征; 二是對已破壞區域通過生態的手段進行恢復和修復; 三是低影響開發。從統籌規劃的角度看,海綿城市應將低影響開發系統、城市雨水管網系統和超標雨水徑流排放系統統籌考慮,相互補充,相互依存。
1.2 低影響開發雨水系統
1.2.1 低影響開發理念
傳統的雨水處理技術是以“排”為主,排放模式多以管道渠道、水池、泵站等為主,難以應付快速發展的城市帶來的多重水問題,同時面臨當今水資源短缺的問題,雨水的排放同樣造成了一種水資源的浪費。20 世紀 90 年代由美國馬里蘭州的Prince George’s County 提出了低影響開發理念( LID: Low Impact Development) ,該理念核心在維持場地開發前后水文特征不變,即可通過滲透、儲存等方式盡可能減少雨水外排。
低影響開發系統強調雨水為一種資源,不能隨項目的開發直接任意排放。與傳統利用管道( 渠)排放的雨水系統不同,低影響開發系統不僅強調采用小型、分散、低成本且具有景觀功能的雨水措施控制徑流總量和污染物水平,而且強調在規劃設計階段到項目實施階段的源頭就要系統地考慮應用低影響開發的理念和措施,以實現維持場地原有水文條件的總體目標。從我國城市發展看,低影響開發技術和傳統技術的結合是緩解我國城市水澇、控制徑流污染、保護水源、高效利用雨水資源、改善城市景觀和生態環境的經濟有效的途徑。
1.2.2 低影響開發技術措施類型
低影響開發技術措施具有高效、簡單化的特點,可分為滲透技術、儲存技術、轉輸技術和截污凈化技術。其中滲透技術包括下凹式綠地、生物滯留設施、透水鋪裝、綠色屋頂、滲井和滲透塘等;儲存技術包括雨水蓄水池、雨水罐、雨水濕地和濕塘等; 轉輸技術包括植草溝和滲管 ( 渠) 等; 截污凈化技術包括植被過濾帶和初期雨水棄流設施等。《海綿城市建設技術指南》中對各項低影響開發設施的設計要求和相關計算均進行了詳盡的描述,并根據不同類型用地的功能、構成、土地利用布局和水文地質等特點,對各類用地中低影響開發設施進行選用。筆者結合水土保持工作的經驗,對各類措施的選用進行了匯總( 具體如表 1 所列) 。
2 水土保持方案中雨水控制利用與措施配置
城市水土保持是指對城市新建項目開發過程中產生的水土流失的預防與治理,同時也是對城市及城市周邊原有環境的綠化美化與水土保持治理。雨水的控制與利用問題一直是水土保持關注的重點內容,同時也是水土保持方案措施布局的重要組成部分。根據《中華人民共和國水土保持法》的相關要求,水土保持方案的編制是可能造成水土流失的建設項目必須開展的前期工作,而雨水的控制與利用問題一直是水土保持關注的重點內容,雨水控制利用對應的措施已被納入水土保持方案措施體系中,其配置模式也是水土保持措施布局的一個重要環節。海綿城市的提出無疑為水土保持方案編制工作提供了重要的參考,是方案編制的有利工具。
將城市水土保持與海綿城市相結合,主要是在于低影響開發系統在雨水控制利用中的措施配置體現,措施的選擇應因地制宜,因害設防,同時也要水利發展研究兼顧經濟有效性和簡單易行性。
2.1 建筑與小區
建筑與小區是城市建設項目的一個主要部分,從內容上來說可包括住宅類項目、公建類項目( 包括學院、醫院等社會公建設施) 和廠房類項目,作為城市點狀工程建設,該類工程雨水控制利用的目的就是減少場地內外排雨水的峰值流量和徑流總量,從而有效減輕市政雨水管網的壓力,提高市政管網的排澇標準,減小城市內澇的發生可能,從“點”治理,對城市的發展起著至關重要的作用。場地雨水主要為屋面雨水、綠地和道路廣場雨水。因場地可利用空間較大,可依據場地建筑密度、綠地率和土地利用狀況進行組合配置,所有的低影響開發措施都可以考慮使用。一般來說,建筑與小區雨水排放流向為: 屋面雨水和路面雨水散排至室外綠地進行入滲,結合綠地雨水徑流通過地表匯流或室外雨水管的方式排至周邊雨水入滲設施進行下滲,超出入滲能力雨水經室外雨水管排入雨水調蓄池等儲存設施進行收集與調蓄,多余雨水排入市政雨水管網。
常用建筑與小區低影響開發雨水系統排放流程如圖 1 所示。
其中雨水徑流排入低影響開發設施之前要進行預處理,除了初期棄流設施外,可使用植被過濾帶、前置塘、沉淀池等對流入低影響開發設施的徑流進行過濾處理,也可在條件允許的情況下選用植草溝、滲管( 渠) 輸送雨水,以降低雨水徑流中的污染物指標。
從儲存技術來看,屋面雨水可選用雨水罐收集,整體也可選用雨水蓄水池和雨水濕地等,儲存的同時兼備調蓄作用。儲存的雨水可以作為場地綠化灌溉、道路澆灑的優先水源。儲存技術相比其他技術措施建設費用和維護費都要高得多,但在雨水資源利用方面具備更顯著的作用,所以在選用的時候要從長遠的角度考慮,同時應加強對該部分技術的經濟可行性進行研究,以提供更多可靠的依據。
2.2 城市道路
城市道路是城市的交通網絡,也是城市排水的依托,雨水的安全合理排放更是對城市交通順暢、洪澇災害防治和人民生命財產安全起到了直接的重要作用。城市道路工程場地范圍有限,且雨水徑流污染情況較嚴重,其排放的徑流雨水應經處理后引入紅線內綠化帶,空間不足時可由政府協商引入紅線外城市綠地內。綠化帶應優化設計成下凹式綠地、生物滯留帶和雨水濕地等以盡可能消納雨水徑流。
一般來說,城市道路雨水排放流向為: 路面雨水散排至周邊透水鋪磚路面進行下滲,或同透水路面雨水徑流排至周邊綠化帶及其雨水調蓄設施中進行入滲,超出入滲能力雨水經雨水口和連接管排入市政雨水管網。
常用城市道路低影響開發雨水系統排放流程如圖 2 所示。
其中道路雨水徑流排入低影響開發設施之前特別要進行預處理,一方面是對有融雪劑的雨水的絕對棄流,另一方面是對普通路面雨水的棄流、凈化處理,避免污染物影響周邊綠化帶植物的生長。除了初期棄流設施外,可使用植被過濾帶、前置塘、沉淀池等對流入低影響開發設施的徑流進行過濾處理,也可在條件允許的情況下選用植草溝、滲管( 渠) 輸送雨水,以降低雨水徑流中的污染物指標。綠化帶內低影響開發設施應采取必要的防滲措施,防治雨水下滲對路面及路基的強度和穩定性造成破壞。
城市道路的主要目標是對洪峰的控制與調節,確保雨水可以安全盡快排放,避免雨水滯留導致的洪澇災害。因場地空間有限,且地下多為市政管網,故一般很難建設雨水儲存設施,如果有條件可以通過政府協商排放至周邊城市綠地廣場。