馬瀾，辛玥，崔為強

(沈陽市規(guī)劃設計研究院，沈陽 110013)

淺析LID技術在海綿城市中的應用

馬瀾，辛玥，崔為強

(沈陽市規(guī)劃設計研究院，沈陽 110013)

海綿城市是利用低影響開發(fā)理念LID來緩解或排除城市內澇、缺水和水生態(tài)污染等問題，成為提升城市現(xiàn)代化的標志。論文通過國內外城市建設規(guī)劃的相關報道，著重分析了利用LID技術建設海綿城市所帶來的經濟社會價值及實際重大意義，為發(fā)展海綿城市建設提供借鑒和啟發(fā)。

雨水循環(huán)系統(tǒng);低影響開發(fā);海綿城市;應用案例

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.034

1 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展和大城市人口迅速增長，在各個城市中的傳統(tǒng)雨水排放問題對生態(tài)環(huán)境、人們出行帶來嚴重威脅和破壞。當遇到暴雨季節(jié)許多城市不同程度頻繁地出現(xiàn)內澇，造成路面大量積水，地鐵站進水，相對洼地導致民宅及商業(yè)網點被淹現(xiàn)象。其原因可歸納為城市的雨水循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴重的失效，包括：蒸發(fā)、凝結、降水、徑流、市政管網排水、城市河道排水等環(huán)節(jié)，而起到關鍵作用的管網排水系統(tǒng)老化，很難發(fā)揮有效排水的作用。

早期國內城市規(guī)劃設計是采用前蘇聯(lián)的模式，尚未考慮地域區(qū)間形成雨季的多發(fā)性及頻繁性，地下排水管網的徑流過小，過小管徑清淤不便，進而導致老城區(qū)每年雨季都出現(xiàn)不同程度的水災。本文通過分析城市地下空間地影響開發(fā)雨水系統(tǒng)規(guī)劃設計的目標與目前國外城市雨水循環(huán)系統(tǒng)的應用，對發(fā)展我國海綿城市的規(guī)劃設計提供一些可借鑒的思考。

2 水資源再利用的重要性

改革開放使中國城市規(guī)模在不斷擴大，出現(xiàn)的特大城市、大城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化都不同程度受到用地空間的局限，致使雨水、污水合流排放，對自然生態(tài)環(huán)境造成嚴重污染。其最明顯的特征是城市缺水現(xiàn)象。目前我國的淡水資源總量是28000×108m3,全球排名第四，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，但由于人口數量大，人均水量只有2300m3，是全球人均水資源最貧乏國家之一。

國家水利部最近公開的2016年《地下水動態(tài)月報》報道，全國地下水普遍“水質較差”。在長江、黃河、淮河、海河和松遼等流域，污染和超采正在成為流域內地下水的主要威脅。監(jiān)測范圍基本涵蓋了地下水開發(fā)利用程度較大、污染較嚴重的地區(qū)，監(jiān)測對象以淺層地下水為主，易受地表或土壤水污染下滲影響，水質評價結果總體較差。在2103眼水井的水質評價結果顯示：無I類水；II至III類水418個，占總數的19.9%；IV類水691個，占32.9%；V類水994個，占47.3%。

其中，主要污染指標除總硬度、錳、鐵和氟化物可能由于水文地質化學背景而監(jiān)測值偏高外，“三氮”污染情況較重，部分地區(qū)存在一定程度的重金屬和有毒有機物污染?！癐V類水已經不適合人類飲用，V類水污染就更加嚴重。實際上，這兩類水都已經不適合人類接觸。值得注意的是，淺層地下水的污染，與地表水的污染存在“相互影響”的關系。

國家住建部2014年提出，城市規(guī)劃設計建設要遵循低影響開發(fā)理念 (lowimpactdevelopment,LID)，LID的新理念是指雨水系統(tǒng)的科學管理。與之對應的提出發(fā)展建設海綿城市的示范區(qū)域。其中明確指出，由于城市建設和擴建，道路采用瀝青或水泥材質，使原本自然地面比例逐漸減少，雨水可以通過滲透、蒸發(fā)、沉淀等過程來補充的地下水流失，人為地破壞了自然水文循環(huán)。遇到降雨的時候，只單一地考慮讓雨水迅速排出，沒有考慮對其收集及利用，缺乏市政地下管線的雨水從源頭到末端全過程監(jiān)控的系統(tǒng)。

借鑒北歐城建管理經驗，泛指源頭大部分采用綠色屋頂、生物滯留帶、透水道路、下沉式綠地等；中途采用植被緩沖帶、調節(jié)池、人工土壤滲濾等；末端采用蓄水池、濕地、雨水罐等設施,可以緩解城市內澇、消減城市徑流流量、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，是一種綠色可持續(xù)的排水模式，與傳統(tǒng)雨水排水相比更注重“自然儲存、自然入滲和自然凈化”[1]。

當前，我國傳統(tǒng)雨水排放模式的弊病是將雨水沿著路面的橫縱坡度產生徑流，通過市政排水井收集，泵站提升，快速地將雨水排放到江河流水系中。另外，初期降雨會伴隨著生活垃圾及其他污染物等一起排放到城市河道，對地表層水環(huán)境生態(tài)造成了破壞侵蝕；大量雨水排放也是一種水資源的浪費。由于各種原因使水資源污染與短缺，存在全球性各國待解決的問題。因此，建立一個高效的生態(tài)城市排水系統(tǒng)，充分利用雨水在城市水循環(huán)系統(tǒng)和河流域水環(huán)境系統(tǒng)中起到可持續(xù)發(fā)展的重要作用。

3 LID理念與海綿城市的關聯(lián)性

LID理念是1990年美國喬治省馬里蘭環(huán)境資源署首次提出，低影響開發(fā)（lowimpactdevelopment,LID）是從基于微觀尺寸景觀控制的BMPs措施（最佳管理措施）發(fā)展而來的[2]。其特點為以分散式小規(guī)模城市有效地面實施對雨水徑流進行源頭控制，具體方式是不需大面積的土地，能將大部分雨水截留，通過滲透、過濾等方法，確保補充地下水的水質、水量，以雨水作為可利用資源。

海綿城市是基于LID發(fā)展基礎上，構想城市規(guī)劃設計為地表像海綿一樣收縮自如，當城市環(huán)境發(fā)生變化、產生自然災害、防洪防澇的時候可以更加便利地應對。海綿城市遵循低影響開發(fā)理念的基本原則，就是短暫地將進入排水系統(tǒng)的雨水存儲起來，緩慢滲透或匯集到生態(tài)水系系統(tǒng)，在減輕城市排水負擔的同時又可以有效提高原有城市市政排水設施抵御暴雨的能力[3]。將海綿城市與城市生態(tài)環(huán)境相結合，擺脫了城市傳統(tǒng)排水設計。海綿城市建設不是單一地從設計出發(fā)，要從最佳實質的規(guī)范、規(guī)劃入手，最大限度地保護原有自然河流、濕地、湖泊、草地等水文環(huán)境；由于城市建設而遭到破壞的生態(tài)環(huán)境，采用LID技術和設施進行修復和恢復；對于新開發(fā)的項目要控制開發(fā)的強度，降低城市不透水面積，城市規(guī)劃部門要嚴格遵循LID技術進行驗收，盡可能減少開發(fā)對城市的原有生態(tài)環(huán)境的破壞[4]。

4 LID技術在海綿城市中的應用

目前,發(fā)達國家對海綿城市積累了一些成熟的經驗，并把LID技術與海綿城市相結合建設作為城市治水的新方向大力推廣。各個國家都制定相關的法規(guī)，如：德國、新西蘭、丹麥等國家由于磷、氮兩種元素過量排放到江河湖泊造成水域的富營養(yǎng)化，使得水生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化。最優(yōu)管理措施得到廣泛應用，管理措施是在工程、非工程項目中減少或預防水資源污染成為有效途徑，美國在BMPs措施的基礎上提出了LID理念。同時，LID理念在澳大利亞稱為水敏感性城市設計，在英國稱為可持續(xù)排水系統(tǒng)，對治理雨水、水生態(tài)保護和利用起到了一定效果。

4.1 生物滯留帶

LID技術首例應用在美國，20世紀90年代由馬里蘭州的喬治王子郡的薩默塞特居住區(qū)和波特蘭NESiskiyou綠色街道采用道路系統(tǒng)與市政排水系統(tǒng)相結合。雨水通過路邊石的標高大于周圍地表，雨水集中流向雨水口使雨水快速進入種植池中，種植區(qū)域內最大積水高度15cm。在每一塊路邊石上都設計一個46cm的倒梯形斷口，使得雨水通過斷口流入種植區(qū)域中，種植區(qū)域被18cm高的河卵石砌成截水壩。依據降雨量的不同，雨水將從一個種植池流入到另一個種植池，這樣能讓植物和土壤吸收水分又能有效地緩解了市政排水量。當種植區(qū)域的水達到最大的蓄水量時，剩余的雨水就近排入市政管網中。

種植區(qū)域雨水被多品種植物減緩水徑流，吸收凈化有污染的物質和滲透到土壤，NESiskiyou每年只需要對植物進行簡單地修剪或除污；沙層是對種植區(qū)域土壤提供通風和排放，協(xié)助土壤中污染物的沖洗；種植區(qū)域的土壤為植物提供雨水儲存和養(yǎng)分吸收，土壤可以過濾和分解污染物如重金屬、碳氫化合物和營養(yǎng)物，同時定期檢測土壤里的重金屬含量以確定是否需要換土。生物滯留帶是雨水經過沉淀，水質自然分層，渾濁層在下部清澈的水質可以代替自來水進行的灌溉、沖洗路面等[4，5]。Debusk(2011)通過對該地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，生物滯留可以減少地表徑流量的97%～99%[6]；Reeves（2000）研究表明，干植草溝比濕植草溝去除徑流污染物效果更好，但去除懸浮物效果最好的是濕植草溝[7]。

4.2 綠色屋頂

綠色屋頂就是在屋頂種植綠色的植物，世界上最早發(fā)展綠色屋頂是德國，通過國際屋頂綠化協(xié)會和專業(yè)人士的促進發(fā)展，德國的屋頂綠化率已達到10%以上。綠色屋頂是多種建筑材料植物層，由表皮層、土壤層和排水層組成。從LID角度看，綠色屋頂所表現(xiàn)的優(yōu)點如下：

1)由于汽車尾氣、建筑物材料等排放的熱量，導致城市中的溫度不斷上升，在城市和鄉(xiāng)村之間產生的溫差就是城市熱島效應。建設綠地和公園可以吸收80%的排放熱量，這也是現(xiàn)在全世界都在提倡保留原生態(tài)系統(tǒng)打造文明生態(tài)城市的原因。綠色屋頂可以通過吸收和濕化干燥的空氣，減少城市的熱島效應。

2)綠色屋頂可以過濾空氣中的灰塵、部分金屬顆粒以及吸附在大氣中和雨水中的有害物質，吸收二氧化碳釋放氧氣。

3）延緩城市雨水排放，減少城市排水系統(tǒng)在降雨高峰期的壓力。也可以收集部分雨水沖洗道路、澆灑綠地等。

德國對低影響開發(fā)理念非常重視，不管新建、改建還是擴建的項目，都細致地考慮到雨水的開發(fā)和利用。提出地面水景觀設計理念將適宜建筑設計為“綠色屋頂”，利用“綠色屋頂”來滯留雨水，一方面可以減少雨水徑流流量，也可通過植物增加雨水的蒸發(fā)量，改善生態(tài)環(huán)境。

對于不適宜建設綠色屋頂的建筑，經帶有過濾性能的雨漏管道將雨水直接接入5個地下蓄水池，可存儲水量達到2600m3，其中預留900m3地下蓄水池應對強降雨量的補充，雨水在地下蓄水池中沉淀之后經過生態(tài)凈化設施，水質得到生物性和化學性的凈化，再由水泵與地面的水景觀相連接，形成雨水循環(huán)系統(tǒng)，另一部分雨水用于日常沖洗廁所、澆灑綠地、清洗道路和消防用水[4]。

4.3 透水地面道路

城市道路在城市中占有重要的地位，城市道路不僅要排放自身的雨水徑流，還要排放建筑與園區(qū)內雨水同時進入市政排水管網系統(tǒng)，增加了城市道路的雨水流量，可見城市雨水系統(tǒng)設計在海綿城市LID理念下具有重要社會效益。Dreelin (2006)等人發(fā)現(xiàn)普通道路路面產生的徑流要比透水路面多93%[7]。

上海世界博覽園其雨水控制與利用是根據上海市水資源實際情況設計，采取控制為主，利用為輔的原則[6]。設計理念是建造后不增加雨水排放量；不減少滲透雨水量；緩解減少暴雨季節(jié)雨徑流流量，減少對市政管網的壓力。停車場均采用透水混凝土材質鋪設，保證水文特征與開發(fā)前一致[4]。由于大部分地表采用透水地面，所以不再設置雨水排放系統(tǒng)及雨水收入口，雨水以滲透到土壤為主。對于建筑的雨水排放系統(tǒng)設計了兩條雨水管，一條為雨水收集管，一條為雨水排放管。收集管線負責收集屋面雨水流入到蓄水池，蓄水池之后是排放管至市政雨水管線接口。排水管線還負責沿線上電力電信井、閥門井等的排水。運用LID設計理念起到了局域地區(qū)的示范作用。

5 結語

建設生態(tài)城市推進海綿城市建設并采用低影響開發(fā)技術設施,從保護原有生態(tài)系統(tǒng)、恢復生態(tài)系統(tǒng)和修復生態(tài)系統(tǒng)提出對城市雨水面源污染的控制是當今可持續(xù)發(fā)展的趨勢。值得強調的是，我國城鎮(zhèn)化建設的規(guī)劃設計必須轉變傳統(tǒng)設計理念，采用LID技術對海綿城市的建設發(fā)展具有借鑒和啟發(fā)意義，因此，需盡快修改制定出相關的國家城市建設規(guī)劃標準。

【1】王國榮,李正兆,張文中.海綿城市理論及其在城市規(guī)劃中的實踐構想[J].山西建筑，2014,40(36):51-53.

【2】林川,侯丹卉,房志勇.城市地下空間低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)設計[J].施工技術，2010,39(12):468-471.

【3】鄒寧，許乙青，邱燦紅.南方多雨地區(qū)海綿城市建設研究——以湖南省寧鄉(xiāng)縣為例[J].經濟地理，2015,35(9)；35-38.

【4】弓亞棟.建設海綿城市的研究與實踐探索——以西安市某小區(qū)為例[D].西安：長安大學，2015.

【5】孫芳.基于海綿城市的城市道理系統(tǒng)化設計研究[J].2015（5）：89-95.

【6】張亞峰,馮旭東,張伯侖,陳立宏,梁超,趙雷.世博中心雨水控制與綜合利用系統(tǒng)[J].給水排水，2010,36(9):12-20.

【7】United statesEnvironmental Protection Agency;Low impact developmentaliteraturereview;October2006.

The Application of LID in the Sponge City

MA Lan,XIN Yue,CUI Wei-qiang
(ShenyangUrbanPlanningDesign&ResearchInstitute,Shenyang 110013,China)

The sponge city is to relieve or eliminate citywater logging, water shortage and water environment pollution etc. By using lowimpact development concept LID. It is the sign of urban modernization. This article analysis the social value and great significance bring byspongecityconstructionusedLIDtechnology,toprovidesomereferenceandinspirationforthedevelopmentofthespongecityconstruction.

rainwatercirculatingsystem;LID;spongecity;case

TU823.6;TU984

A

1007-9467（2016）09-0123-04

2016-06-01

馬瀾（1984～），女，遼寧沈陽人，工程師，從事節(jié)能減排研究，（電子信箱）183654112@qq.com。

【Keywords】rainwatercirculatingsystem;LID;spongecity;case