海綿城市雨水收集與凈化的改造探究
——以南寧市南湖公園為例

武艷芳，梁欣冉，李 雷，李新華，張易茗

（棕櫚生態(tài)城鎮(zhèn)發(fā)展股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，伴隨著城市化進程的快速發(fā)展，城市地面出現(xiàn)大面積硬質化[1]，生態(tài)空間不斷受到擠壓，使得熱島效應加劇、城市內澇頻現(xiàn)，雨水資源大量流失，水資源缺乏等問題日益突出。在城市水環(huán)境日益嚴峻的情況下，提高城市的防洪排澇能力，改善城市水環(huán)境，是解決城市水環(huán)境問題，實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的有效路徑[2]。“海綿城市”作為新一代城市雨洪管理概念，可有效緩解城市化帶來的諸多環(huán)境問題[3]。2015 年，全國陸續(xù)開展海綿城市建設試點工作，截至2023 年，全國系統(tǒng)化全域推進海綿城市四批，共計70 座城市[4]，由于不同城市生態(tài)自然基地條件和現(xiàn)有建設基礎的不同，導致海綿化改造難度較大，因地制宜的將城市傳統(tǒng)景觀與海綿城市理論結合，開展合理且高效的城市更新改造對于促進城市水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展至關重要[5]。因此，本文就南寧市南湖公園的工程項目為例，對海綿城市理念下進行雨水高效收集凈化的改造研究，以期為我國海綿城市的建設和發(fā)展提供依據(jù)。

1 工程概況

本工程位于南寧市南湖公園。南寧市是全國首批海綿城市建設試點城市，其南湖公園自1973 年建園，以優(yōu)美的湖區(qū)景色而著稱。公園每年接待市民游客達千萬人次，是南寧市民和游客重要的休閑娛樂空間，也是“綠城”南寧的一張靚麗名片。但是，由于年久失修，南湖公園現(xiàn)狀情況與其定位和功能嚴重不相匹配。

南湖公園總占地面積為192.2hm2，其中陸地面積85.2hm2，水域面積107hm2。陸域面積中，綠地面積為58hm2，道路、鋪裝面積為27.2hm2，整體地勢基本呈四周高，中間低分布，最高高程為82.72m，最低高程為68.71m。南寧常年降水較豐富，多年平均降水量為1298mm。

2 項目問題

2.1 客水難消納

南湖公園周邊密集分布著老舊小區(qū)，這些區(qū)域地下管道配備不足，嚴重影響降雨的匯水、溢流和儲存。公園主園路現(xiàn)狀為水泥路面，經(jīng)長年累月風吹日曬，部分道路已出現(xiàn)明顯破損，局部地段變形下凹在雨天形成積水。此外，公園范圍內硬化面積總計27.2hm2，高達整個陸地面積的31.9%，導致地面雨水難以下滲，客水難消納。因此，利用南湖公園大面積的陸地，布局低影響開發(fā)設施，消納周邊道路及場地的客水是非常必要的。

2.2 水環(huán)境質量差

南湖位于城市中心區(qū)，是城區(qū)重要的內湖水體。近年來，受到合流制管道溢流和初期雨水污染，南湖水體環(huán)境較差，水環(huán)境為Ⅴ類。目前，南湖僅有桃源路、雙擁路、公園值班室旁、星湖路、南湖橋等5 個排水口，由于其流域內污水管網(wǎng)尚未全部建設，且老舊小區(qū)未完全實現(xiàn)雨、污分流，故各排出口均為雨污合流制形式，且受原各排入南湖出水口的截流倍數(shù)局限，初期雨、污混合水不可避免的進入南湖。作為市民重要的活動空間，南湖水體環(huán)境的污染造成的影響是非常明顯的。因此，改善南湖水體環(huán)境質量，開展南湖公園綜合改造、南湖水質改善、南湖合流制溢流污染控制等一系列項目。

3 南湖公園海綿城市改造措施

針對南寧市降雨量大、降雨天數(shù)多的降雨特征，南湖水環(huán)境改善以及客水消納的迫切需求，本工程海綿化設計強調以滲、滯、蓄、凈、用、排六位一體措施相結合。根據(jù)場地硬化地面的分布、周邊居住區(qū)的徑流控制要求開展雨水收集及與凈化為主的海綿城市建設，有序組織雨水徑流，并對各類海綿化設施的類型、布局和規(guī)模進行優(yōu)化組合。

雨水收集系統(tǒng)改造設計的主要目的是有序組織雨水徑流，將公園硬化地面和周圍市政道路、居住小區(qū)中的雨水收集至低影響開發(fā)設施中進行滯蓄、凈化。本工程設計的雨水收集系統(tǒng)主要包括公園內的硬化地面雨水收集和客水雨水收集兩部分。

3.1 公園內硬化地面雨水收集與凈化

3.1.1 傳輸型植草溝

植草溝[6]指種植有植被的地表溝渠，其可收集徑流雨水，起著對硬化地面徑流的傳輸和截流作用，常布置于道路較平緩的一側。其主要原理是通過土壤及植草溝植物過濾和吸附徑流雨水中攜帶的污染物，同時可截流綠地中的雨水至調蓄池，從而減少地面的匯水量，降低了公園的內澇風險。結合南湖公園現(xiàn)狀，本工程可于旱溪匯水分區(qū)建設植草溝，并將其與地面底部的管道組合使用，以收集綠地中較為干凈的雨水于調蓄池并進行雨水資源的回用。

干式植草溝主要是針對道路兩側硬化面積設計的一種植草溝，南湖公園因出現(xiàn)多處地面凹陷且易積水的道路，需要在部分傳輸雨水徑流的道路區(qū)域，布局植草溝。項目需要進行植草溝改造的位置共5 處，分別是匯水區(qū)內支干道路外側綠帶、集翠園停車場中間綠帶以及津頭立交、教育路客水匯流入口處，其主要目的是攔截外側場地雨水徑流中的大顆粒物。該干式植草溝的坡度需大于1∶3，種植的植物多為高度為0.1～0.2m 的草皮草。植草溝如圖1 所示。

3.1.2 生物滯留設施

生物滯留設施用于臨時滯留和凈化雨水，并通過自然蒸發(fā)、土壤滲透、過濾、吸附、植物截留、生物降解，能夠有效減少徑流量、削減峰值流量和凈化雨水，一般用于處理城市屋頂、機動車道、人行道以及其他不透水鋪裝表面上形成的雨水徑流[7]。常見的生物滯留設施有簡易型生物滯留設施，其主要利用開放的綠地空間承接和貯存雨水，一定程度上可減少徑流外排，常見的設計包括下沉式綠地。此外，復雜型生物滯留設施也常被用于雨水的收集與凈化，該設施下部的土壤多經(jīng)過一定的改良并結合多種凈化性能較好的填料鋪設于陸面底部，從而起到強化雨水中污染物的去除效果和增強過濾雨水的滲透能力。設計過程中，需科學選擇植被、植草和填料，以實現(xiàn)公園后期的景觀效果和低成本維護。因此，本工程生物滯留設施選址在綜合考慮南湖公園周邊建筑、地下設施、坡度、底層土壤的滲透性和地下水位深度等因素，在公園景觀效果較為單一的4 座的停車場設計生物滯留設施，使其在滿足一定的景觀豐富度的基礎上，實現(xiàn)停車場初期雨水的初期雨水徑流污染控制。

3.1.3 雨水花園

雨水花園是一種模仿自然界雨水匯集及滲漏的一種人工淺凹綠地，主要用于匯集并匯聚和吸收來自屋頂以及地面的雨水，并通過植物及各填料層的綜合作用使?jié)B漏的雨水得到凈化，凈化后的雨水不僅可以補給給地下水，也可以用于城市景觀用水以及廁所用水。為實現(xiàn)公園雨水徑流污染高效控制，本項目需要在沃頓酒店、津頭立交、財政廳、教育路、酒吧街、明珠小區(qū)、小麻崗、北門東側、麻村、城市之星酒店、碧湖路西段和碧湖路東段共計13 處設計雨水花園，用于滯留和凈化雨水。此外，復合型雨水花園系統(tǒng)也在公園設計中常見，其主要是對已排入雨水管道中的初期雨水徑流進行控制的措施。南湖公園的復合雨水花園改造的場地多設計于公園的雨水匯水區(qū)。雨水花園如圖2 所示。

圖2 雨水花園

3.1.4 植被緩沖帶

植被緩沖帶是以生物滯留為核心的低影響開發(fā)設施，適合設計于圍湖的濱水綠地以及透水性較差的硬質化陸面周邊，其坡度的設計存在一定的科學性，常見坡度為2%～6%，當坡度大于6%時植被緩沖帶對徑流雨水的凈化效果較差[8]。因此，在本工程設計中將以南湖公園環(huán)湖路為界，結合科學的植物搭配、土壤改良、微地形改造等技術措施設置了外緣植被緩沖帶和濱水植被緩沖帶用于徑流雨水的凈化預處理。植被緩沖帶如圖3 所示。

圖3 植被緩沖帶

3.2 客水徑流收集系統(tǒng)

海綿化改造應充分利用大面積的綠地空間用以接納周邊市政道路及居住較為密集區(qū)域的匯水，且需謹慎設計公園雨水的匯水區(qū)域、并做好雨水的預處理、溢流銜接等保障措施，將低影響開發(fā)設施充分融入公園的改造中，從而充分實現(xiàn)周邊雨水的接納。因此，本工程根據(jù)對周邊地區(qū)的匯水范圍調查，開展了透水鋪裝、建筑雨落管斷接、道路匯入交叉口排水明渠截流、小口徑管道雨水截流四個方面的海綿化改造。

3.2.1 透水鋪裝系統(tǒng)

步行通道的透水鋪裝系統(tǒng)改造在海綿化改造中是必不可少的環(huán)節(jié)，鋪裝主要圍繞廣場以及公園主路進行，鋪裝使用年限設計為10 年。

（1）廣場透水鋪裝改造。現(xiàn)狀南湖公園有大型廣場6 座，分別是名樹博覽園入口廣場、李明瑞紀念園、三月三歡歌廣場、濱湖廣場、濱湖圓形廣場和南湖橋頭西廣場。廣場透水鋪裝可采用透水面磚、透水混凝土、草坪磚等以實現(xiàn)陸面的透水效果。

（2）公園主路透水鋪裝改造。公園主園路及其支路多為水泥路面，透水性較差，且部分道路超過年限已出現(xiàn)破損及地段變形下凹的現(xiàn)象出現(xiàn)，陸面的凹凸不平容易積水。對此，本工程將部分水泥路面改造為透水混凝土。此外，公園內綠地以及游步道由于人流量較大，陸面及綠地內多處地方被踩踏為黃泥路、影響綠地景觀。因此，將其改造成花崗巖卵石切片的游步道形式并于道路外沿綠地設計淺草溝，以便于初期雨水的凈化預處理，處理后的雨水提高路面底部的穿孔管進行疏導，最好可經(jīng)沉沙井沉淀后排入南湖。

3.2.2 建筑雨落管斷接

南湖公園中存在一定高低差的小區(qū)中設置了建筑雨落管斷接管，該設施改造簡單，雨水收集為屋頂雨水，水質較好，投資??；該設計存在一定的弊端，即僅能收集很少一部分建筑屋面雨水。此外，雨水的下排存在一定限制。由于降雨的不均勻性，在降雨初期，雨落管大部分時間為非滿管流，雨水不會溢流至下游。僅當降雨歷時達到一定程度時，雨落管形成一定壓力后才能排出。

3.2.3 道路匯入交叉口排水明渠截流

南湖公園西側部分人群密集的居住區(qū)暫缺雨水管道，且部分區(qū)域正處公園關鍵的匯水范圍中，導致雨水只能在道路表面流入公園湖體，使得雨水受到一定程度的面源污染，因次，需要在匯水范圍采取一定的表面雨水收集設施，即在南湖公園的入園道路交叉口處設置排水明渠以合理截流初期雨水至附近低影響開發(fā)海綿化設施。

3.2.4 小口徑管道雨水截流

小口徑管道雨水截流在南湖公園海綿化改造中也是必要的，本工程對南湖公園所在周圍的市政道路以及居民區(qū)內的雨水收集井設置小口徑管道，以對公園內的初期雨水進行截流凈化，合理組織雨水的地表徑流以期統(tǒng)一匯集雨水至公園南湖。

4 結語

通過南湖公園海綿化改造，可有效削減公園內硬化地面及周邊區(qū)域的初期雨水對南湖水環(huán)境的污染，是一項具有顯著生態(tài)及社會效益的城市基礎設施建設工程，項目實施后可削減南湖公園60%的水體污染，使得雨水資源可充分得到收集。