以我國(guó)西北地區(qū)首家海綿城市建設(shè)試點(diǎn)—西咸新區(qū)灃西新城為案例,在全面介紹其城市雨水收集利用系統(tǒng)(基于低影響開(kāi)發(fā)理念)的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)剖析了作為該系統(tǒng)終端的雨洪調(diào)蓄樞紐單元—中心綠廊項(xiàng)目。對(duì)其設(shè)計(jì)工作原理及雨水消納能力進(jìn)行了闡述與定量評(píng)價(jià),探討了其雨洪綜合管理效益及與傳統(tǒng)人工調(diào)蓄池技術(shù)的差異。結(jié)果表明,中心綠廊集徑流總量、徑流峰值、面源污染控制等功能于一身,在有效提升區(qū)域防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),兼具景觀、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等多重效益,為海綿城市建設(shè)中綠色、灰色基礎(chǔ)設(shè)施的有機(jī)融合,提供了實(shí)踐參考。
海綿城市建設(shè)是當(dāng)前我國(guó)著力推行的用于破解城市防洪排澇桎梏的新型雨洪管理思維革命,是統(tǒng)籌解決城市水資源、水安全、水環(huán)境、水生態(tài)問(wèn)題的科學(xué)途徑與重要方法??偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究發(fā)現(xiàn),現(xiàn)代雨洪管理理念(如雨洪最佳管理措施BMPs、低影響開(kāi)發(fā)策略LID、水敏感城市設(shè)計(jì)WSUD、可持續(xù)性排水系統(tǒng)SUDS等),已逐步摒棄 “快排為主,蓄排分離”的傳統(tǒng)方式,轉(zhuǎn)而辯證地倡導(dǎo)應(yīng)在確保排澇安全前提下盡可能開(kāi)展雨洪調(diào)蓄利用。其中,雨水調(diào)蓄池因可控性強(qiáng)、適用性高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然實(shí)踐表明,雨水調(diào)蓄池受降雨特性、土地空間、排水體制、建設(shè)投資、下墊面變化、上下游管網(wǎng)流量及高程等因素限制較大,調(diào)蓄容積有限,且經(jīng)濟(jì)性等缺點(diǎn)長(zhǎng)期飽受詬病。
本文以西咸新區(qū)灃西新城為例,在整體介紹其低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)探討了其終端雨洪調(diào)蓄樞紐—中心綠廊項(xiàng)目在城市雨洪管理中的功效,并與傳統(tǒng)雨水調(diào)蓄池進(jìn)行了對(duì)比,旨在為我國(guó)海綿城市建設(shè)雨洪調(diào)蓄技術(shù)甄選提供參考。
灃西新城是我國(guó)首個(gè)以創(chuàng)新城市發(fā)展方式為主題的國(guó)家級(jí)新區(qū)—陜西西咸新區(qū)五大組團(tuán)之一,如圖1所示。位于陜西省西安市與咸陽(yáng)市建成區(qū)之間,規(guī)劃控制面積為143 km2,建設(shè)用地為64 km2。新城地處半干旱地區(qū),屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。一方面,人均水資源量占有量約225 m3,僅為陜西省人均水平的20%,全國(guó)人均的10%,屬于嚴(yán)重資源型缺水地區(qū);另一方面,大氣降水補(bǔ)給年際變化大,年內(nèi)分配不均,多年平均降水量為520 mm,其中6月~9月降雨量占全年降雨量60%以上,且夏季降水多為暴雨,極易產(chǎn)生雨洪災(zāi)害;加之建成區(qū)面積不斷擴(kuò)大,現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)覆蓋不足且設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低(重現(xiàn)期1~2年一遇),已無(wú)法滿足排澇要求,內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)攀升。
水資源“既多(雨洪)又少(緊缺)又臟(污染嚴(yán)重)”的怪象一定程度上制約著新城發(fā)展。為破解這一難題,2011年,新城創(chuàng)建伊始,就在城市規(guī)劃中率先引入了西方“地域性雨水管理系統(tǒng)”理念。將整個(gè)城市設(shè)計(jì)成一個(gè)大型水管理器,通過(guò)構(gòu)建分散式的街區(qū)公園、斑塊綠地、線性林帶等多層次生態(tài)開(kāi)放空間,來(lái)保持充足的自然區(qū)域以涵養(yǎng)水源;通過(guò)設(shè)置可滲透路面和水渠排除道路系統(tǒng)匯集的剩余水量;通過(guò)場(chǎng)地塑造、抬高區(qū)域中心地形來(lái)組織水流匯向綠色街道和自然綠化帶,最終匯入東西兩側(cè)渭河及灃河,確保城市防洪排澇安全。為踐行這一理念,新城在各級(jí)規(guī)劃中積極融入低影響設(shè)計(jì)理念,充分發(fā)揮規(guī)劃引領(lǐng)管控作用,為后續(xù)海綿城市建設(shè)提供了規(guī)劃基礎(chǔ)。2012年初,灃西新城與高校科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合啟動(dòng)了灃西新城雨水凈化利用技術(shù)研究與應(yīng)用示范項(xiàng)目,通過(guò)試驗(yàn),明確了雨水花園、生態(tài)濾溝等低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施在灃西新城應(yīng)用的可行性及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。2013年開(kāi)始,灃西新城結(jié)合重點(diǎn)工程建設(shè),在22.5 km2試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)開(kāi)展了多個(gè)低影響開(kāi)發(fā)雨水綜合利用項(xiàng)目。截至目前,已初步構(gòu)建起包括建筑小區(qū)、市政道路、景觀綠地、中央雨洪(中心綠廊)在內(nèi)的四級(jí)雨水收集利用系統(tǒng),如圖2所示。
建筑地塊是雨水分流與回用的重點(diǎn),要確保應(yīng)收盡收。屋面及地面雨水經(jīng)落水管(斷接)或地形收集后,匯流至下凹式綠地、雨水花園、生態(tài)濾溝、植草溝等低影響設(shè)施處,經(jīng)透水磚、土壤、植被等吸收后,逐層下滲并滯蓄。雨量較大時(shí),匯集雨水在雨水花園、生態(tài)濾溝中形成微型水景,一方面經(jīng)土壤-植被系統(tǒng)凈化后的雨水可下滲補(bǔ)充地下水(不做防滲),另一方面也可經(jīng)底部穿孔管收集后匯入雨水收集池回用于小區(qū)綠化或消防用水(做防滲);極端情況下,來(lái)不及下滲的過(guò)量雨水通過(guò)溢流雨水口進(jìn)入小區(qū)管網(wǎng),而后轉(zhuǎn)輸匯入市政管網(wǎng)如圖3所示。截至目前,新城已完成同德佳苑、西部云谷(雨水匯集面積累計(jì)18萬(wàn)m2)等小區(qū)雨水收集利用項(xiàng)目,正在開(kāi)展其它新建小區(qū)室外低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作。
道路是雨水徑流重要來(lái)源與排泄渠道,在保證其結(jié)構(gòu)安全前提下,通過(guò)控制排水坡度將紅線范圍內(nèi)雨水導(dǎo)流至道路兩側(cè)下凹式綠化隔離帶處進(jìn)行收集、過(guò)濾、滲透和凈化。雨水沿道路豁口流入下凹式綠化帶,在收水口處設(shè)置碎石過(guò)濾帶或?yàn)V網(wǎng)對(duì)初期雨水進(jìn)行過(guò)濾,去除大的漂浮物及泥沙,同時(shí)進(jìn)行消能;而后徑流雨水沿綠化帶縱坡流動(dòng),逐步被植被、土壤吸收并下滲;根據(jù)各路段原狀土滲透性能及沙層埋深等實(shí)際,針對(duì)性地采用植生滯留槽、礫石蓄水溝、裝配式礫石溝等三種LID斷面設(shè)計(jì)方案,對(duì)道路雨水進(jìn)行收集、凈化、滯蓄。吸收飽和后的富余雨水,通過(guò)高于下凹式綠化帶(5 cm)的雨水篦子,首先溢流至附近綠地就近下滲;遭遇強(qiáng)降雨時(shí),則通過(guò)雨水井內(nèi)雨水溢流堰排至城市雨水主管網(wǎng),如圖4所示。此外,城市慢行交通系統(tǒng)也同步采用大面積透水鋪裝進(jìn)行雨水徑流及污染控制。目前新城試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的尚業(yè)路、創(chuàng)業(yè)路等11條道路(合計(jì)21.5 km)均開(kāi)展了低影響開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)與施工。
通過(guò)優(yōu)化豎向設(shè)計(jì),依托自然地形收集來(lái)自屋面、地面及綠地的雨水,并根據(jù)不同土壤地質(zhì)條件,分別設(shè)置下凹式綠地、植草溝、速滲井等低影響設(shè)施來(lái)吸收、滯蓄、下滲、凈化雨水及補(bǔ)充地下水。極端天氣下雨水則通過(guò)地表溢排至附近市政管網(wǎng)。目前,灃西新城已在總部經(jīng)濟(jì)園辦公區(qū)(總面積為2萬(wàn)m2,硬質(zhì)屋面為0.6萬(wàn)m2,道路及其他硬質(zhì)地面為0.2萬(wàn)m2,其余為綠地)設(shè)置了1.2萬(wàn)m2下凹式綠地及15.6m2滲井,如圖5所示,將屋頂及院落雨水進(jìn)行了集中收集下滲。區(qū)內(nèi)已建及新建的景觀綠地也全部按照下凹式設(shè)置(低于周邊鋪砌地面或道路15 cm)。
建筑小區(qū)、市政道路、景觀綠地內(nèi)的雨水經(jīng)原位消納飽和或來(lái)不及完全下滲時(shí),富余水量通過(guò)雨水溢流裝置進(jìn)入市政排水管網(wǎng),而后輸送至灃西新城四級(jí)雨水收集利用系統(tǒng)的末端—中心綠廊進(jìn)行集中調(diào)蓄,如圖6所示。
灃西新城中心綠廊項(xiàng)目位于灃西新城核心區(qū),與城市道路立體交叉,總長(zhǎng)為6.8 km,寬為200~500 m,面積約為180 hm2,西起渭河、東至灃河,是灃西新城的核心綠色基礎(chǔ)設(shè)施。綠廊中布有湖泊、濕地、森林等生態(tài)景觀,既是生態(tài)廊道,又是城市通風(fēng)帶,同時(shí)具有生物遷徙、生物棲息、公共休閑、雨洪調(diào)蓄等多重功能。
中心綠廊Ⅰ期工程是整個(gè)中心綠廊的示范段,如圖6所示,占地約為23 hm2,總長(zhǎng)為1 km。2014年3月開(kāi)工,2015年7月竣工驗(yàn)收。目前,綠廊內(nèi)湖泊、濕地、森林等功能版塊均已建成,綠化面積為19.8萬(wàn)m2,濕地面積為4.2萬(wàn)m2,其中營(yíng)造景觀的水泡面積為2.8萬(wàn)m2,作為下滲濕地的干泡面積為1.4萬(wàn)m2。
中心綠廊核心定位為灃西新城中央雨洪調(diào)蓄樞紐,如圖7所示。建設(shè)過(guò)程中通過(guò)塑造整體下沉式空間,形成區(qū)域低點(diǎn),使周邊雨水盡量借助自然重力方便匯入綠廊。具體實(shí)現(xiàn)途徑包括:(1)綠廊外部雨水:包括綠廊周邊道路雨水、市政管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸來(lái)的城市地塊雨水以及綠廊周邊地塊雨水。三者分別通過(guò)道路雨水邊溝、雨水管網(wǎng)接入口、地塊雨水淺管等接入中心綠廊雨水廊道,經(jīng)雨水廊道層層凈化,水質(zhì)改善后匯入綠廊的中央核心地帶—人工濕地。(2)綠廊內(nèi)部雨水:沿綠廊內(nèi)陸形匯入滲排溝,在滲排溝中部分下滲,剩余雨水則匯入人工濕地。內(nèi)外部雨水匯入人工濕地后,被場(chǎng)內(nèi)陸形劃割為若干相互連通的蓄滯水泡,營(yíng)造綠廊景觀的同時(shí)可為廊內(nèi)綠化提供灌溉用水;多余雨水則溢流至東西兩側(cè)的下滲濕地,實(shí)現(xiàn)下滲,回補(bǔ)地下水。極端暴雨情況下,過(guò)量雨水沿綠廊走勢(shì)(中間高兩側(cè)低)流向城市東西兩側(cè),泵排至渭河、灃河,降低城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。
雨水邊溝是種植有植被的地表溝渠,可收集、輸送、下滲徑流雨水,并具有一定的雨水凈化功能(植物根系凈化),可降低徑流流速、減輕土壤侵蝕、提高懸浮固體沉降效率。綠廊周邊道路兩側(cè)設(shè)有下凹式雨水邊溝;其末端與綠廊雨水廊道相連,可將收集的道路雨水初步凈化后依坡度匯入綠廊濕地。
城市地塊富余雨水,通過(guò)雨水管網(wǎng)收集后轉(zhuǎn)輸匯入綠廊內(nèi)雨水廊道。市政管網(wǎng)中的雨水,通過(guò)專(zhuān)門(mén)接入口匯入綠廊,實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的收集利用。此外,接入口處所有雨水井均按沉泥井做法設(shè)計(jì),將引入的雨水先期沉淀,而后接入雨水廊道進(jìn)一步凈化。
綠廊周邊地塊中的雨水,不允許以坡地漫流方式匯入綠廊,而是通過(guò)預(yù)埋的雨水淺管匯入(減少面源污染、利于豎向控制)。在地塊中,通過(guò)設(shè)置下凹式綠地、雨水花園、植草溝等LID設(shè)施,收集地塊雨水;雨量大時(shí),過(guò)量雨水溢流至預(yù)埋淺管中匯入綠廊。與將雨水流入管網(wǎng)再接入綠廊的方式相比,雨水淺管收集的雨水水質(zhì)更好(無(wú)二次轉(zhuǎn)輸污染)。
綠廊中設(shè)置一系列楔形的雨水廊道,將收集到的城市雨水進(jìn)行過(guò)濾、凈化、傳輸,最終匯入濕地。廊道結(jié)合地形設(shè)計(jì),形成一系列梯級(jí)水面,每一級(jí)下墊面都做防滲處理,下墊面以上主要利用土壤-植物-微生物系統(tǒng)的滲濾、吸附、降解、離子交換等凈化功能,去除SS、BOD、N、P、重金屬等徑流污染物。道路雨水邊溝、市政雨水管網(wǎng)、地塊雨水淺管收集到的雨水,從廊道頂部匯入,經(jīng)過(guò)逐級(jí)物理過(guò)濾與生物降解凈化后,匯入綠廊核心濕地。
在綠廊內(nèi)景觀地形的底部,結(jié)合園路設(shè)置連續(xù)的滲排溝。綠廊內(nèi)部雨水,沿地形匯入滲排溝,進(jìn)行凈化、下滲、輸送。收集到的雨水經(jīng)過(guò)滲排溝中碎石和植物簡(jiǎn)單截污處理后,少量就地下滲,剩余雨水沿溝輸送至綠廊核心濕地。
綠廊核心位置設(shè)有人工濕地。城市雨水與綠廊雨水,分別經(jīng)由雨水廊道與滲排溝匯入綠廊底部的核心濕地,并利用防滲技術(shù)(鈉離子膨潤(rùn)土防水毯),形成穩(wěn)定水景;景觀水域被場(chǎng)內(nèi)陸形劃割為若干相互連通的蓄滯水泡(常水位水泡總面積為2.8萬(wàn)m2,平均水深為0.5~1.5 m),提升了整個(gè)廊道景觀效果。
綠廊海綿系統(tǒng)中設(shè)置了一系列可滲透濕地,用于雨水下滲回補(bǔ)地下水。下滲濕地布置于人工濕地兩側(cè),不設(shè)防滲且采用利于雨水下滲的結(jié)構(gòu);暴雨情況下,過(guò)量雨水會(huì)從人工濕地中溢出至下滲濕地,回補(bǔ)地下水;枯水期時(shí),又可利用這座“地下水庫(kù)”貯存的水源來(lái)灌溉植物、營(yíng)造水景,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。
灃西新城中心綠廊項(xiàng)目區(qū)別于傳統(tǒng)意義上雨水調(diào)蓄池,它是人工強(qiáng)化功能塑造與土著生態(tài)自平衡的有機(jī)融合體。其雨洪調(diào)蓄能力更強(qiáng),可有效降低區(qū)域洪澇風(fēng)險(xiǎn);并能通過(guò)“土壤-植物-微生物”體系實(shí)現(xiàn)徑流污染的深度凈化與納污后的自我修復(fù);在集蓄雨洪的同時(shí),可實(shí)現(xiàn)雨水資源的高效利用與地下水系的原位涵養(yǎng);同時(shí)兼具景觀、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境等多重效益。實(shí)踐證明,中心綠廊項(xiàng)目自實(shí)施以來(lái)效果明顯,而這僅是Ⅰ期工程。隨著后續(xù)建設(shè)的不斷推進(jìn),中心綠廊在改善水生態(tài)、治理水環(huán)境、保障水安全、涵養(yǎng)水資源等方面必將發(fā)揮更大作用,期許能為同類(lèi)型地區(qū)雨洪管理規(guī)劃設(shè)計(jì)提供借鑒。
本文節(jié)選自《凈水技術(shù)》2016年第三期“行業(yè)導(dǎo)向與研究進(jìn)展”專(zhuān)欄,作者:陜西省西咸新區(qū)灃西新城開(kāi)發(fā)建設(shè)(集團(tuán))有限公司海綿城市技術(shù)中心/馬越。本文有刪減,查看原文可點(diǎn)擊網(wǎng)址:http://www.cnki.net/KCMS/detail/31.1513.TQ.20160628.1055.012.html
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