海绵城市建设的发展及实用性探讨 更新时间:2018-08-16

海绵城市建设的发展及实用性探讨

    近年来,城市内涝已经成为困扰中国各大城市的新城市病。北京、武汉、上海、广州等大城市在夏日暴雨后总会伴随着积水成河、交通瘫痪的窘境。我国城市排水设施设计标准较低,没有针对性更强的市排涝标准体系,由此导致了暴雨时节出现严重积水及内涝问题,加剧了城市水污染及生态环境恶化等问题。因此传统的城市雨水快速收集与排放、“末端”雨水处理措施已经不再适用。 201411月,住房和城乡建设部发布《海绵城市建设技术指南》,预示着我国城镇排水防涝系统的建设将由“修大管子”转向建设城市“海绵体”,在降雨时能够就地或就近吸收、渗透、存储、净化雨水,补充地下水、调节水循环;在干旱时能够将蓄存的水释放出来,加以利用,使得城市水循环接近自然。

1、什么是海绵城市?

  海绵城市是指通过加强城市规划建设和管理,充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。国际上类似的雨洪管理技术体系还有美国的LID低影响开发(Low Impact Development),英国的SuDS可持续排水系统(Sustainable Drainage Systems),澳大利亚的WSUD水敏感性城市设计(Water Sensitive Urban Design)和新西兰的LIUDD低影响城市设计与开发(Low Imapact Urban Design & Development)。这种理念均倡导充分利用自然地形地貌来滞蓄雨水径流,充分利用下垫面自然条件促进雨水下渗,充分利用天然植被、土壤和微生物来净化水质。海绵城市建设的核心是通过源头分散控制理念实现雨水控制与利用的雨水管理。其旨在通过雨水资源化解决水危机及洪灾问题,对城市社会、经济和环境有重要意义。在美国LID低影响开发的背景下,波特兰涌现了很多以雨水花园为概念的场地设计,较为典型的就有Mount Tabor中学雨水花园,波特兰Mount Tabor中学雨水花园之前是一个停车场,设计团队将这片灰色区域成功改造成了校园内的一个绿色空间,被称为雨水花园。                                               

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花园内的植物和砾石在雨水最终抵达城市排水系统之前可以吸收和保持上千加仑的雨水,可以有效地储存解决下雨天校园内的积水问题。虽然雨水花园只有两千平方英尺的面积,但它却收集并净化了从三万平方英尺的屋顶、停车场及沥青场地汇聚而来的雨水径流。据估算,雨水花园为城市节约了十万美元以上的基础设施更新资金。另一方面,雨水花园也为学生们和老师们提供了一个更加优美、舒适的环境来学习和生活,深受师生们的喜爱。

2、与传统雨水处理的差异

  海绵城市与传统城市处理雨水的模式差异明显(图一)。传统城市建设模式对于雨水主要依靠管渠、泵站等灰色设施来排水,以快速排除末端集中控制为主要规划设计理念,往往造成逢雨必涝,旱涝急转的现象。海绵城市是为了解决传统城市雨水处理模式所导致的水资源流失、排水系统瞬时压力大、内涝频繁,旱涝急转而提出的概念。强调优先利用植草沟、雨水花园、下沉式绿地等绿色措施来组织滞纳雨水,以慢排缓释源头分散控制为主要规划设计理念。

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(图一)

 

3、海绵城市在我国的现存问题

海绵城市是一个蓄水-净水-再释放利用的过程,而在我国,政府看上这个新概念的大背景语境只有一个-----解决内涝,这是一个真切影响到城市生产及市民生活的大问题。至于能不能净水,能不能再利用,都不是十万火急的事情,实在无法实现也是可以接受的,尤其近年来,我国大小城市群动辄经历十年一遇百年一遇的暴雨,现有的排水系统根本承受不住这种单位时间内的巨大压力,而海绵城市的雨水阻滞能力正好能缓解单位时间内的排水压力。听起来海绵城市建设对于中国这个拥有不少特大城市群的国家十分友好,无需再大范围升级换代城市管网系统,减少了不可估量的经济开支,同时还能美化城市的环境,优化市民的居住感受。那为什么至今,海绵城市建设在中国仍然是一个没有完善的概念呢?个人认为现阶段中国海绵城市存在三个问题

.针对性的模式

海绵城市借鉴自日本及欧美发达国家的相关经验及研究,但是这些国家的原有排水设施本来就修的很不错,一用就是百来年。而且气候差异也很大,最典型的例子就是西雅图,这个被各种学者无数次拿出来证明海绵城市可行性的美国西北第一大都市,然而,学者们似乎忘记了这是个温带海洋性气候的城市。同理的还有德国等西欧国家,全年细雨绵绵,但是一个月的降雨量可能还及不上珠三角一场夏季典型大暴雨的降雨量。日本情况比较相似,但是日本的地下排水管网也许比路都贵,一下就失去了比较的必要。我国东西南北跨度极大,气候特点各不相同,达到区域统筹仍需时间。

.缺少定量分析

把需要的东西一一罗列,只能探讨其可能性,不足以支撑整个概念。何况海绵城市建设是一个巨大的系统工程。从14年至今,小区域的试行,和各种产品的推广从未停止,各种新奇的念头不断涌现,但是仍然没有机构或公司针对一个城市级别的系统进行数据化的雨量分析。大大小小的试点也变成了圈钱和赌博的工具,就好像不试尺码的就想着买新鞋,但学费可不是一双鞋可以估量的。

.压力

是的,压力。第一个吃螃蟹的人需要的是勇气,敢于牺牲的勇气,吃力不讨好的勇气。虽然近年已经试行了很多试点,但是这是个仍然没有研究透彻的学术问题,国内至今没有真正被证明的成功案例,管不管用,谁心里也没谱。作为一项受益长久的市政工程,海绵城市建设已经慢慢变成了以城市为单位的区域性工程,区域化的雨量,地表透水性等与海绵城市建设相关的数学分析也开始,政策上也变成了和绿建一样的强制性标准,相信在得出一定结果之后,海绵城市建设一定会有不同以往的真正发展!

4、海绵城市建设设计

17年有幸参与了滨江学院的景观配合设计,第一次也是至今唯一一次真正在设计上接触到了海绵城市建设,结合这次设计及其他设计实例,我对海绵城市在设计阶段的实际应用有了更进一步的理解。

在滨江学院的设计过程中,分区域设置了很多块下沉式绿地,在中心广场设置了可透水的线性排水沟,加上结合了景观的路边植草沟,区域内绝大部分的场地雨水均在场地内调蓄,在经过雨水回用池的回收后,少量的场地雨水才排入河道,这意味着这一区域没有雨水排入城市雨水管网,区域雨水管网压力大大减少,虽然场地还在建设,但是我相信滨江学院的海绵城市建设一定会为城市管网的减压作出可见的贡献的!

在完成该项设计后,一个全新的领域被打开了,通过多方了解,海绵城市建设在设计阶段的要求也变得没有那么陌生了

海绵城市建设的基本原则是根据不同空间尺度进行雨洪调蓄,正因为雨洪的风险根据系统的大小变化,所以雨洪调节策略从小到大可以分为源头、小区、区域、流域四个等级(图二)。其中我们公司一般就涉及源头和小区,区域和流域不仅涉及复杂的管网系统,其预测难度更是要大不少,需要市政水利专业介入。

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图二)

在源头上一般奉行“尽量就地解决”的对策,一般做法有屋面绿化、雨水回用、和透水铺装。前两者在近年绿色建筑推广的过程中已经慢慢普及,透水铺装在各大露天停车场也已经以一个很基础的形态存在了十余年了。

而在小区控制上,一些做法就显得很新奇了,譬如在滨江学院项目中我们做到的下沉式绿地和植草沟,能有效解决场地内雨水的调蓄。小区控制的对策一般为“下渗结合储存”,常用作法除了我们提到的下沉式绿地(图三),植草沟或者说软化排水沟(图四),还有调蓄水池(图五)(图六)和渗透措施(图七)

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(图三)

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(图四)

调蓄水池同时又分为蓄水坑和调蓄洼地。无论蓄水坑还是调蓄洼地,一般会用砾石做垫层加固而不是直接素土,这是出于水土保持的考虑,否则下层容易被泡软冲刷,可以看到很多生态雨洪边沟也会采用类似的工艺。

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(图五,较低洼一般都有水的蓄水坑)

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(图六,间歇式调蓄洼地,只有雨季才有水)

渗透措施。这个在大面积平缓草地用的比较多,就是有下渗引导的明沟暗渠,其实在很多足球场的草坪设计中已经有了相应的设计经验,除了造价昂贵,不失为一个好手段。

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(图七)

在这些一般措施的帮助下,小区的雨水控制并不难实现,剩下的就是配合着水量的计算用这些措施减少区域内雨水对市政排水管网的负担,完成海绵城市的设计。

 

    以上是我个人经过些许考证绵城市建设的发展和设计的一些粗浅理解,海绵城市建设是一场战线极长的战斗。他是一个伟大的理念,同时也有一定实现的难度,但随着时代的发展和工程工艺的进步,总有一天,他会以其完整的面貌呈现在我们面前。衷心希望在这条战线上会有我们的成果和努力,为无锡市的雨水调蓄事业做出有益的探索!