□ 閆龍淵 黃武明 周真真

隨著人口城鎮(zhèn)化水平快速提高，廣西常住人口城鎮(zhèn)化率由2010年的40.1%提高到2020年的54.2%，年均提高1.41個百分點，增速高于全國平均水平。但城鎮(zhèn)人口提高的同時，城市建筑與小區(qū)數(shù)量也急劇上升，導(dǎo)致城市下墊面發(fā)生改變，硬化場地不斷增加，造成雨水入滲困難、徑流污染嚴重、地下水位下降等城市問題。

由于我國對建筑與小區(qū)環(huán)境的要求日益提高，以往直接排入雨水管網(wǎng)的排水防澇措施現(xiàn)已略顯落后。每當(dāng)出現(xiàn)暴雨時，傳統(tǒng)排水管網(wǎng)的壓力急劇增大，容易無法及時排出雨水產(chǎn)生內(nèi)澇。因此需要大力推行海綿城市建設(shè)，通過其他合理的方案來解決建筑與小區(qū)的雨水問題。為了實現(xiàn)城市的可持續(xù)協(xié)調(diào)和綠色發(fā)展，柳州市將制定《柳州市海綿城市建設(shè)設(shè)計導(dǎo)則—建筑與小區(qū)》，進一步規(guī)范和系統(tǒng)化海綿城市建設(shè)。

1 海綿城市的意義及發(fā)展

1.1 海綿城市的意義

海綿城市指的是城市像海綿一樣，在應(yīng)對自然環(huán)境時可以做到有一定的“彈性”，即使是在雨量增加的情況下，也能有吸收、積蓄、排出的能力。同時應(yīng)當(dāng)在需要用水的時候?qū)⑿钏尫挪⒂行Ю茫層晁诔鞘兄械难h(huán)更加“自然”。

建設(shè)海綿城市，一是要堅持系統(tǒng)謀劃、藍綠融合、蓄排統(tǒng)籌、水城共融、人水和諧的原則；二是要保證技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠，結(jié)合低影響開發(fā)措施，實現(xiàn)雨水回收再利用，方能減少城市建筑與小區(qū)雨水排水的問題。通過對城市的規(guī)劃建設(shè)管理的進一步要求，充分利用自然條件，如綠地、江河等的吸納能力，進一步規(guī)范管控城市內(nèi)雨水徑流，從而實現(xiàn)透、滯、滲、凈、排的目標(biāo)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。在海綿城市的建設(shè)過程中，還應(yīng)堅持高效排水、有效儲存水資源、為城市發(fā)展提供可持續(xù)水資源的原則，同柳州市海綿城市規(guī)劃理念結(jié)合，達到水資源在城市中的可持續(xù)循環(huán)利用，建設(shè)更加個性化、功能化的建筑與小區(qū)。

目前海綿城市尚處于發(fā)展探索階段，每個城市的自然環(huán)境和經(jīng)濟條件各有不同，需要對不同種類的低影響開發(fā)措施進行充分研究，結(jié)合其他城市地區(qū)已有案例，探索適宜柳州的低影響開發(fā)措施，避免生搬硬套而導(dǎo)致效果不佳，給經(jīng)濟和環(huán)境造成損失。

1.2 建設(shè)現(xiàn)狀

2019年，柳州市完成《柳州市海綿城市試評估自評報告》編制工作，已評估175個項目，其中，建筑與小區(qū)項目共計44項，道路與廣場項目共計83項（竣工24項，續(xù)建59項目），公園綠地項目共計33項，路面積水控制與內(nèi)澇防治項目共計9項，河流整治項目共計5項，黑臭水體整治項目共計1項，總評估面積為36.05km2。通過技術(shù)評估核驗，101個項目（不含續(xù)建項目）的年徑流總量控制率均達到70%以上，其總體雨水年徑流總量控制率為77%。

1.3 發(fā)展目標(biāo)

柳州市海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo)是：小雨不積水、大雨不內(nèi)澇、水體不黑臭、熱島有緩解，建設(shè)或修復(fù)水環(huán)境與生態(tài)環(huán)境，源頭削減外排雨水峰值流量和徑流總量，削減徑流污染，實現(xiàn)雨水的自然入滲和資源化利用。

2 柳州城市排水分析

柳州市地區(qū)屬于季風(fēng)型氣候，從柳州歷年發(fā)生城市內(nèi)澇災(zāi)害的事件來看，降水多集中在夏秋季節(jié)，城市內(nèi)澇相對集中發(fā)生于5—8月。下列對柳州市降雨及排水情況的介紹分析。

2.1 城市降雨量大

由于全球氣候不斷變暖，城市面積的快速拓展，以及城市內(nèi)部熱島效應(yīng)，導(dǎo)致水汽較為容易凝結(jié)，從而產(chǎn)生降雨。加上柳州地處西南，春夏季常年降雨量較大，覆蓋范圍廣，持續(xù)時間長，結(jié)合熱島效應(yīng)，導(dǎo)致強降雨頻率增加，引起內(nèi)澇。

其中，柳州市2019年年平均降雨量為1528.6mm，一日最大降雨量159.4mm，下雨天數(shù)220d。雨季一般始于4月下旬，終于9月上旬初，夏季雨水降水量占全年降水量的70%以上。當(dāng)雨量增加的同時，降雨天數(shù)增加幅度降低，年降雨量與年降雨天數(shù)變化波動較大，極端天氣出現(xiàn)概率有增加的趨勢。

2.2 城市排水防澇壓力大

地處柳江下游的柳州市是廣西最大的工業(yè)城市，因地形地勢的關(guān)系，發(fā)生洪災(zāi)次數(shù)比較頻繁。市區(qū)內(nèi)最低街道高程81.5m，大部分街道高程在85m～95m之間。當(dāng)洪水位達81.5m時，沿江街道便會遭受洪水倒灌，當(dāng)遇到大于5年一遇的洪水時，就會造成洪災(zāi)。2016年凌晨，柳州市遭遇特大暴雨襲擊，據(jù)氣象臺統(tǒng)計，當(dāng)日降雨量達到251mm，為柳州市近幾年以來遭遇的最強暴雨。由于暴雨強度大、持續(xù)時間較長，市區(qū)內(nèi)部分道路出現(xiàn)不同程度的積水情況，造成市區(qū)、汽車城新區(qū)以及一些居民區(qū)等共44個積水內(nèi)澇點。

2.3 不透水面積增加

在城市化過程中建設(shè)了大量建筑物，由此產(chǎn)生大量的硬化地面，降低了地面粗糙度，導(dǎo)致雨水入滲困難，雨水徑流也隨之增加，導(dǎo)致建筑與小區(qū)管網(wǎng)和城市雨水管網(wǎng)的排水壓力陡增，原有排水系統(tǒng)難以滿足需求，而未經(jīng)處理過的雨水直接排入河流中還會提高河流水位并加大面源污染。

柳州市已建成區(qū)擁有大量的城市道路、建筑與小區(qū)、廣場、商業(yè)區(qū)等，植被面積比例低于20%。道路仍為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，道路綠化高出地面，排水主要依賴于道路排水設(shè)施。在建區(qū)域仍保留部分裸露土壤，自然滲水地面面積可占20%～70%，雨水排放方式為管道排水和自然入滲。未建區(qū)域基本無建筑，主要為散落村莊和農(nóng)田荒地，雨水排放主要通過自然入滲。

2.4 城市排水體系不完善

柳州市海綿城市建設(shè)起步時間較晚，于2017年開展海綿城市建設(shè)工作，在新建和改建的建筑與小區(qū)、 道路與廣場、公園綠地等項目，均要求建設(shè)海綿城市工程設(shè)施，各項控制指標(biāo)按照住房城鄉(xiāng)建設(shè)部的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》、廣西壯族自治區(qū)的《海綿城市規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》以及《柳州市海綿城市專項規(guī)劃》的要求實施。舊城區(qū)排水標(biāo)準(zhǔn)相對較低，存在雨污混接、管道老化、市政條件不完善等問題，城區(qū)的排水系統(tǒng)無法滿足城市發(fā)展的進一步需求，易造成城市雨水排水困難。

3 建筑與小區(qū)海綿城市技術(shù)研究

3.1 研究方向

柳州氣候變化較大，極端暴雨的增加會導(dǎo)致設(shè)計降雨量統(tǒng)計值偏差較大，在出現(xiàn)強降雨天氣時無法完全利用雨水，導(dǎo)致出現(xiàn)干旱天氣無水可用的情況，投資效益及低影響開發(fā)設(shè)施利用率不高。由于廣西壯族自治區(qū)出臺的《低影響開發(fā)雨水控制及利用工程設(shè)計規(guī)范》，未對雨水綜合利用率提出統(tǒng)一要求，柳州市建筑與小區(qū)在此方面的重點應(yīng)主要放在解決雨水?dāng)嘟?、雨水入滲、雨水滯蓄的問題上，通過降低市區(qū)雨水管網(wǎng)排水壓力，從而減少洪澇災(zāi)害，提高水資源利用率，降低地表徑流污染。

3.2 一般規(guī)定

3.2.1 研究范圍

建筑與小區(qū)范圍包括民用建筑與小區(qū)、工業(yè)建筑與廠區(qū)的涵蓋項目所在建設(shè)用地的紅線范圍。本次課題組所涉及對建筑與小區(qū)的研究和規(guī)范編寫工作均在此范圍內(nèi)進行。

3.2.2 低影響開發(fā)（LID）

低影響開發(fā)是指基于模擬自然水文條件原理，采用源頭控制和延緩沖擊負荷的理念，通過構(gòu)建微型分散式生態(tài)處理技術(shù)實現(xiàn)雨水徑流總量和污染控制。開發(fā)后的水文特性與開發(fā)前的城市規(guī)劃與建設(shè)模式基本一致。在此基礎(chǔ)上的開發(fā)設(shè)計還應(yīng)遵循生態(tài)性原則、安全原則、因地制宜原則。

（1）生態(tài)性原則，即海綿城市所有的規(guī)劃和建設(shè)都應(yīng)建立在保護環(huán)境的基礎(chǔ)上，在不影響建筑與小區(qū)的使用、安全和美觀的前提下，實現(xiàn)對地表徑流的合理利用與處理，實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用、自我凈化，補充地表水。

（2）安全原則，即通過低影響開發(fā)措施改善城市內(nèi)澇問題，凈化水資源，不會對環(huán)境與建筑小區(qū)造成影響，保障城市居民的安全。

（3）因地制宜原則，即為了發(fā)揮海綿城市建設(shè)在建筑與小區(qū)中的最大化利用效果，因地制宜選擇合理有效的低影響開發(fā)措施，與原有建筑與小區(qū)相配合，實現(xiàn)收集、利用水資源與處理水資源的目的。

3.2.3 年徑流總量控制率與年徑流污染削減率

（1）年徑流總量控制率是指場地內(nèi)累計全年得到控制的雨量占全年降雨總量的百分比。不同用地性質(zhì)的項目應(yīng)考慮實際情況，取值也應(yīng)有所不同。對于老舊小區(qū)存在改建困難、改動范圍小的問題，柳州市應(yīng)根據(jù)自治區(qū)規(guī)范選擇50%的最低控制率；新建建筑與小區(qū)則應(yīng)≥75%，改建的項目應(yīng)≥65%。對于綠地率高且建筑密度低的小區(qū)，還可以適當(dāng)提高控制率指標(biāo)。

（2）年徑流污染削減率是指經(jīng)過預(yù)處理設(shè)施和海綿城市設(shè)施沉淀、凈化等作用后，場地內(nèi)累計1年內(nèi)得到控制的雨水徑流污染物總量占全年雨水徑流污染物總量的比例。削減率的取值可根據(jù)自治區(qū)、柳州市海綿城市專項規(guī)劃確定，結(jié)合項目內(nèi)建設(shè)的情況、用地性質(zhì)、水環(huán)境質(zhì)量要求、徑流污染特征所確定，對于建筑與小區(qū)應(yīng)≥50%。

3.3 研究內(nèi)容

根據(jù)廣西壯族自治區(qū)《低影響開發(fā)雨水控制及利用工程設(shè)計規(guī)范》要求，柳州市主城區(qū)建筑與小區(qū)的低影響措施宜采用雨水滲透、滯蓄系統(tǒng)，通過雨水?dāng)嘟拥姆绞?，切斷硬化面或建筑雨落管的徑流路徑，將徑流合理連接到綠地等透水區(qū)域從而實現(xiàn)對雨水徑流的進行控制，減少進入城市雨水管網(wǎng)的雨水量，降低管道系統(tǒng)的壓力，如圖1所示。雨水?dāng)嘟硬⒎且豁椌唧w的LID措施，其需要同后續(xù)的LID措施組合使用，方能達到對雨水徑流的控制效果，也是本次研究中雖小卻非常關(guān)鍵的步驟和措施[1]。

圖1 雨水?dāng)嘟拥臋M向銜接關(guān)系圖

滲透設(shè)施進水量應(yīng)按下式計算，且不宜大于日雨水設(shè)計徑流總量：

式（1）中：Wc—滲透設(shè)施進水量（m3）；

Fy—滲透設(shè)施受納的集水面積（hm2）；

F0—滲透設(shè)施的直接受水面積（hm2），埋地滲透設(shè)施取0；

tc—滲透設(shè)施產(chǎn)流歷時（min），不宜大于120min；

qc—滲透設(shè)施產(chǎn)流歷時對應(yīng)的暴雨強度[L/（s·hm2）]，按2年重現(xiàn)期計算。

以下將對這幾種低影響開發(fā)系統(tǒng)類型進行分析介紹。

3.3.1 雨水入滲系統(tǒng)

雨水入滲包括綠地入滲、透水鋪裝入滲、綠色屋頂?shù)取?/p>

（1）綠地入滲是指雨水通過地表進入土壤形成土壤水的過程，對當(dāng)代城市具有重要的意義。土壤具有豐富的積蓄雨水的能力，對地表徑流及地下水分的影響巨大。Gill SE等在2007年對英國曼切斯特的研究表明[2]，居民區(qū)的綠化面積每增加10%，地表徑流即可減少4.9%。若再次增加10%，地表徑流還可以減少5.7%。由此看來，綠地入滲可以有效減少地表徑流，對建筑與小區(qū)內(nèi)的雨水具有良好的處理效果，緩解了范圍內(nèi)的雨水積水問題。

由于柳州地質(zhì)為喀斯特地貌，為了防止綠地入滲對環(huán)境造成污染，當(dāng)采用綠地入滲系統(tǒng)時，土壤滲透系數(shù)應(yīng)在10-6m/s～10-3m/s之間且距離地下水位高差大于1m。醫(yī)院、幼兒園、養(yǎng)老院、垃圾站點以及可能含有金屬污染、化學(xué)污染的地區(qū)，不應(yīng)設(shè)置雨水入滲、收集系統(tǒng)，應(yīng)將雨水處理達標(biāo)后再排放。

（2）透水鋪裝入滲是指雨水透過一種多孔介質(zhì)材料的鋪裝材料下滲，適宜在硬化地面選用，具有降低地面徑流系數(shù)、儲水、回補地下水的功能。在趙飛等人對透水鋪裝的研究中表明，采取收集措施后對徑流的削減能力較無措施時提高了10%，但當(dāng)透水鋪裝使用率低于總面積的1/3時，對雨水徑流的控制能力將明顯降低[3]。結(jié)果顯示，透水鋪裝在提高了硬化下墊面的雨水滲透能力的同時，有效地減少了地面積水的問題，為建筑與小區(qū)內(nèi)居民、工人等提供了良好的生活環(huán)境，適合在柳州市大力推廣。

（3）綠色屋頂是當(dāng)前重要的城市暴雨管理措施之一。屋頂作為不透水下墊面，通常占城市不透水下墊面面積的40%～50%，而綠色屋頂一般由植被層、基質(zhì)層、過濾層、排水層等結(jié)構(gòu)組成，可以有效削減暴雨徑流，改善徑流水質(zhì)，同時具有景觀作用。李俊生等對南京金陵小學(xué)行政樓綠色屋頂項目研究的結(jié)果顯示[4]，本項目通過使用綠色屋頂?shù)腖ID措施，對雨水徑流截流率達62.7%，有效地削減了雨水徑流量和洪峰流量，對延緩徑流發(fā)生時間，降低城市雨水管網(wǎng)壓力起到了明顯效果。但綠色屋頂應(yīng)對較大降雨時的效果不佳，當(dāng)其滯留能力達到飽和狀態(tài)時，截流能力將大幅降低。

與此同時，綠色屋頂對削減徑流污染也起到了關(guān)鍵的作用。有研究表明，傳統(tǒng)屋面材質(zhì)的屋頂徑流中的TN、NH3-N、TP、COD等濃度遠超地表水V類水標(biāo)準(zhǔn)，污染嚴重。Harper等通過9個月的連續(xù)監(jiān)測，結(jié)果表明，綠色屋頂對TN、TP以及TOC的去除效果較為良好，污染物濃度從最初的30mg/L、60mg/L、500mg/L降至5mg/L、10mg/L、50mg/L[5]。

3.3.2 雨水滯蓄系統(tǒng)

建筑與小區(qū)內(nèi)可以采用雨水滯蓄系統(tǒng)，主要類型有雨水花園、下凹綠地、蓄水池等，通過依靠種植灌木、樹木、花草等耐水植物以及土壤的吸水作用，將雨水暫存滯留后緩慢滲透入土壤，從而達到減少雨水徑流的目的，同時還可以對雨水起到一定的凈化效果，如圖2所示。

圖2 生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)圖

其中雨水花園是比較常用的類型之一，指由人工開挖的淺凹綠地，通常設(shè)置在建筑場區(qū)內(nèi)地勢較低的區(qū)域，不需要直接同雨水排水系統(tǒng)結(jié)合，可以有效地滲蓄雨水徑流，并且在建筑與小區(qū)內(nèi)兼顧了景觀綠化的作用，一舉兩得。在唐雙成等人的監(jiān)測研究過程中，經(jīng)過4年28場降雨的記錄，僅有4場降雨后出現(xiàn)了雨水溢流的情況，且溢流量較低，僅發(fā)生在短時間高強度暴雨過程中。記錄中即便出現(xiàn)雨水溢流情況，年徑流削減率依然可達96.8%[6]。研究表明雨水花園可以顯著降低雨水徑流，且兼具美觀實用的功能，但應(yīng)注意設(shè)施滲透性能會隨著使用時間的增加而降低，主要原因是雨水花園內(nèi)的植物生長會形成土壤大孔隙從而減少滯蓄能力，應(yīng)做好嚴格的地質(zhì)勘探，防滲透，防污染。

雖然滯蓄入滲的方式確實起到了增加雨水對地下水的補給作用，但是可能會增加污染物進入地下水的風(fēng)險，對水質(zhì)及土壤造成污染。就此問題，賈忠華等人在西安的兩個雨水花園設(shè)置多個監(jiān)測點，對地下水位及水質(zhì)進行監(jiān)測，研究表明雨水花園所在地的地下水位有明顯抬高，雨水花園的土壤可以在較長時間內(nèi)蓄存并緩慢釋水，從而補給地下水[7]。水質(zhì)指標(biāo)氨氮（NH4-N）濃度在短期內(nèi)明顯降低，總氮（TN）及硝態(tài)氮（NO3-N）在短期內(nèi)濃度明顯增加，但長期看無顯著差別，對水質(zhì)造成的負面影響不大。

3.4 研究分析與討論

根據(jù)以上對柳州市雨水排水、低影響開發(fā)設(shè)施的分析表明，雨水降雨量大的地區(qū)應(yīng)采取適宜的低影響開發(fā)措施，這對構(gòu)建現(xiàn)代化海綿城市具有良好的改善效果和深遠的意義，有助于減少因建筑與小區(qū)面積增加所帶來的地表徑流系數(shù)下降問題，不僅可以對地下水進行一定的補充作用，還有利于降低整座城市的雨水管網(wǎng)壓力，當(dāng)遭遇強降雨時可快速排出城市雨水，減少內(nèi)澇發(fā)生的概率。但同時應(yīng)該注意對場地內(nèi)土壤和地下水位的勘探，若地下水位距地表過近或土壤滲透系數(shù)過小，都可能對地下水質(zhì)、土壤造成污染，因此不適宜采用雨水入滲系統(tǒng)。

不同類型的低影響開發(fā)措施還有著不同的經(jīng)濟性和景觀效果，應(yīng)根據(jù)場地的需要和經(jīng)濟條件選擇合理有效的措施，達到經(jīng)濟效益最大化，如表1所示。

表1 常見的低影響開發(fā)設(shè)施比選一覽表

同時由于柳州市降雨量變化較大且受限于經(jīng)濟條件，根據(jù)廣西壯族自治區(qū)《低影響開發(fā)雨水控制及利用工程設(shè)計規(guī)范》，柳州市建筑與小區(qū)主要考慮采用雨水入滲、滯蓄設(shè)施，而雨水的收集、利用、處理應(yīng)根據(jù)項目類型和條件予以決定是否采用。收集后的雨水可用于沖廁、景觀補水、灌溉等，促進水資源的高效利用。

4 結(jié)語

隨著城市的不斷發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，除了對良好生活環(huán)境的基本訴求外，還逐漸對居住環(huán)境提出了更高的要求，不僅需要建筑與小區(qū)的美觀與個性并行，還需要擁有更好的使用體驗。海綿城市概念的提出很好地解決了建筑范圍內(nèi)內(nèi)澇、積水的問題，還實現(xiàn)了對雨水的回收再利用，節(jié)約水資源，利用水資源，最大限度地發(fā)揮建筑與小區(qū)的生態(tài)價值。

對于建筑與小區(qū)的海綿城市設(shè)計規(guī)劃，應(yīng)從實際出發(fā)，盡量維持場地開發(fā)前后的水文特征，在建筑方案的階段著手研究，根據(jù)土壤環(huán)境選擇適合場地使用的低影響開發(fā)措施，通過雨水入滲與滯蓄達到削減地表徑流，減少城市雨水管網(wǎng)壓力，消除城市內(nèi)澇，促進柳州市海綿城市建設(shè)和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。