近年来,我国城市内涝频发,显现出目前普遍采用的灰色雨水基础设施的局限性,传统的城市雨水系统建设模式已经无法适应当今社会的高速发展。面对巨大的经济损失和负面的社会效应,为解决城市雨洪问题并对水环境进行综合治理,2014年10月住建部发布了《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》,该指南旨在指导各级相关部门有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境,为建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市提供重要保障^[1] 。

　　 海绵城市是指城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用^[1] 。

　　 海绵城市建设是低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放的统筹结合。其中,低影响开发雨水系统是目前工作的重点,其规划控制目标包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制和雨水资源化等。

　　 《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2014)中对“场地年径流总量控制率”提出了要求,江苏省作为全国绿色建筑发展的先行者,也在《江苏省绿色建筑设计标准》(DGJ32/J 173-2014)中要求“场地雨水应实行径流总量控制,年径流总量控制率不宜低于55%”。径流总量控制目标的确定要因地制宜,考虑场地开发前的地表类型、地形地貌和植被覆盖率等,并结合开发后的建筑密度、绿地率、建筑业态等因素,统筹兼顾,合理选择径流总量控制目标,维持区域水环境的良性循环,并取得良好的投资效益。

　　 低影响开发雨水系统主要采取绿化、景观设施对雨水进行入渗、调蓄,对中、小降雨有良好的削减效果,但对于特大暴雨,仅能起到一定错峰、延峰作用。为保障城市安全,在低影响开发设施的建设区域,城市雨水管渠和泵站的设计重现期、径流系数等设计参数仍然应当按照《室外排水设计规范》(GB50014-2006,2014年版)中的相关标准执行^[1] 。海绵城市的建设要将“灰色”和“绿色”有机结合,建立从源头削减、过程控制到末端调蓄的全过程雨水控制管理体系,达到有效防治城市内涝的效果。

　　 降雨落在屋顶、道路、停车场等不透水下垫面上,将附着在其表面的灰尘、油脂、重金属、有机物等污染物冲刷、汇集,使之进入城市雨水排水管道,最终未经处理或处理不充分直接排入河流、湖泊、地下水系等,形成径流引发面源污染^[2] 。因此应合理利用植被缓冲带和前处理塘连接,引导屋面、道路等硬质地面上的雨水进入地面生态设施,通过植物的截留、过滤、吸附等作用对雨水中的污染物进行削减控制后,排入具有雨水调蓄功能的景观绿地中,如下凹式绿地、雨水花园、干塘、湿地等。

　　 灰色雨水基础设施建设中,雨水收集就是主要措施之一。收集场地内雨水,经处理满足使用要求后,用于水景补水、绿化浇洒、道路冲洗、地库冲洗和冲厕等,既有效利用了水资源,又减轻了市政管网的压力。

　　 以宿迁桥头公园改造项目为例,介绍海绵城市采用的几项主要技术措施。

　　 宿迁桥头公园位于江苏省宿迁市宿迁大桥西堍下方,是市民休闲活动的场所。公园原有路面采用花岗岩和陶土砖等,以不透水材料为主,由于原场地地势较低,路面的雨水不能及时下渗,雨水混合着树叶、垃圾及固体悬浮物直接排入市政管道,极易造成管道堵塞,导致场地内长期积水,影响市民的正常活动。

　　 为解决场地内积水,并有效利用雨水资源,本项目结合透水铺装、雨水花园(旱溪)、雨水收集回用系统对原场地进行了改造。

　　 在本次改造中,公园停车位采用透水良好的植草砖,道路采用透水砖(见图1)进行路面铺筑,同时提高路面坡度,引导雨水经过面层渗入基层,通过预埋的雨水收集管道引流至园中的雨水花园,在道路两侧设砂滤层防止路基填料流失影响稳定,在汛期来临时,可以保证路面及时排水,避免地表局部积水。

　　 雨水花园主要由旱溪(见图2)组成,旱溪主要通过人工模拟天然溪流的方式,铺设砾石作为溪床,再结合植物来打造旱溪景观,兼具雨水收集、处理和引导传输的功能。

　　 本项目旱溪设计深度为50~100cm,根据地下水位状况进行调整。蓄水层深度为100~250mm。覆盖层深度为80~100 mm,采用特色砾石覆盖。种植土层深度根据植物类型而定,草本植物厚度一般为250 mm。场地雨水经场地内雨水明沟收集后,排至景观旱溪,景观旱溪设置溢流管,溢流雨水接至雨水收集池。

　　 旱溪具有一定的雨水蓄积能力,可以有效控制场地内的雨水径流,应对暴雨和季节性降雨,同时在雨季形成水景。雨水在流淌的过程中还可通过沉淀、过滤、渗透、植物吸收及生物降解等作用,使得径流中的颗粒物质和污染物被削减,达到径流污染控制的目的。另外,旱溪呈线性布局,可将一定范围内的雨水引导到雨水收集池中用于日常绿化养护和道路冲洗等,同时避免了表层土壤的流失^[3] 。

　　 根据国家相关技术规范和宿迁年均降雨量、降雨次数以及降雨强度等数据,对桥头公园进行雨水流量计算。

　　 雨水系统按照5年一遇的暴雨重现期进行设计,暴雨时间为1h,且1h内路面无积水。根据表1中数据计算,雨水设计流量Q为1 866 m³,本项目设计旱溪容量约为1 000m³,雨水收集池的容积为900m³,可以满足要求。并按照10年一遇的暴雨重现期进行校核,暴雨时间为1h,1h内路面积水不超过5cm。根据表2中数据计算,雨水设计流量为2 023m³,通过旱溪和雨水收集池的调蓄,可以保证路面积水不超过5cm。

　　 收集的雨水主要用于绿化浇洒和道路冲洗,其用水量见表3。

　　 考虑到实际降雨频率及持续干旱时间的间隔,雨水收集池需保留5天绿化浇洒和道路冲洗的用水,合计为230m³。因此暴雨过后,雨水收集池中未留存的雨水流至成品泵站,经提升排放至市政雨水井。

　　 该项目于2014年11月竣工验收,已成为宿迁海绵城市建设的示范项目。在雨季,公园内道路基本没有积水现象,可确保储水池蓄满,收集的雨水基本能够满足园内的植物灌溉和日常清洁用水。并为周边居民提供了健康舒适的休闲、娱乐场所。

　　 本项目占地面积为31 902m²,总平面如图3所示。项目采用透水铺装、雨水花园(旱溪)、雨水收集

　　 由表4所示,通过绿地和透水铺装的下渗作用,本场地年综合径流系数为0.48,即场地内52%的雨水通过入渗得到控制。

　　 为了控制暴雨对场地的影响,项目旱溪和雨水收集池设计的调蓄容积为1 900m³,场地年综合径流系数为0.48,则场地设计控制雨量为124.08mm。项目位于江苏省宿迁市,设计控制雨量按相近城市南京市选取,设计年径流总量控制率为85%时设计控制雨量为34.2 mm。可见本项目场地设计的控制雨量远超过年径流总量控制率85%对应的控制雨量,但本项目以控制暴雨为出发点,保证在极端暴雨天气下的雨水径流控制,旨在有效应对近年来极端暴雨天气频发的状况,将雨水控制在场地内,切实减轻对市政管网的压力。此外,收集的雨水还可由市政环卫取用,用于周边道路公共绿化的浇洒,可避免雨水资源的浪费。

　　 本项目作为一个示范工程,主要体现在透水铺装、雨水花园和雨水收集池的共同作用下,即使在特大暴雨的情况下,场地内的雨水也基本不外排,因此设计了容积相对较大的雨水收集池。

　　 而在一般项目的设计中,雨水收集池的容积最好根据水景补水、道路冲洗、地库冲洗等用途的需求量来确定,同时设计下凹式绿地、树池、雨水花园等具有调蓄功能的“绿色”设施,而不是盲目地将根据年径流总量控制率计算出的控制量等同于雨水收集池的容积。应该将传统雨水收集回用系统与绿色雨水基础设施相结合,进行雨水管理控制系统的整体规划设计,合理确定水资源利用方案。

　　 城市的开发对原有场地的影响很大,造成土地大面积“硬化”,因此要在满足规划要求的基础上,控制硬质铺装的面积,同时尽可能采用透水性铺装材料。目前城市建设中,透水铺装主要为植草砖、透水砖等,透水混凝土和透水沥青的应用却不广泛,这主要是由于目前大部分透水混凝土和透水沥青的强度达不到机动车道的要求,加之成本较高,导致透水材料的应用范围受限。因此,开发出高强度、低成本的透水承载土和透水沥青也成为目前建筑材料方面研究的方向之一。

　　 从发展的角度看,透水铺装应兼具高承载力、高渗透性、高贮水性、高透气性、地下生态系统丰富性、经济性、可持续性等特点^[4] 。因此需要开发出既满足铺装材料的基本要求,又减少对原场地地下生态系统的影响,且经济耐用的透水铺装材料。

　　 我国海绵城市建设正进行得如火如荼,但热潮之下,我们也需要冷静思考。目前,在海绵城市建设的理念、知识、技术、资本运作等层面,参照的多是美国标准。我们在工作中主要参考的是《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》这一指南,并没有国家设计标准、规范,以及行业标准、图集。一些响应国家号召进行海绵城市设计的住宅区、产业园区等项目却苦于缺乏参考案例、相关标准的指导,很难落实相关的设计、建设和验收。因此,我们急需一套适合我国海绵城市建设的技术体系,有效指导各中小项目的开展。只有整个行业掌握了相关的技术,才能保证海绵城市建设在全国范围内的真正落地。

　　 据测算,海绵城市的单位建设成本为1.5亿~1.9亿元/km²,按照“十三五”规划,到2020年我国海绵城市建设总投资规模将达到2万亿元。由于海绵城市的投资额巨大,单靠政府投资,政府的财政压力就会大增,因此需要引进社会资本,积极推广PPP模式,通过特许经营、投资补贴、贷款贴息等形式,吸引社会资本建设、运营海绵城市建设项目,建立政府与社会资本风险分担、收益共享的投融资体制机制将是解决海绵城市建设过程中资金问题的主要选择^[5] 。

　　 但是海绵城市建设因为缺乏形成现金流的收益模式,没有营利,就很难吸引社会资本。这就要求政府部门的相关人员也要掌握海绵城市的知识构架,在与服务商沟通的过程中,探索出新的能形成现金流的运营方式,如根据场地雨水排放量进行收费等。

　　 海绵城市不是一项孤立的技术,而是包括规划、设计、投资、建设、运营、维护、智慧海绵和相关产业化等具体内容的全产业链。因此需要政府、社会资本、规划设计人员、服务商等共同协作来完成。