徐冉云

（浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，浙江 杭州 310014）

有助于城市防洪的新型儲(chǔ)蓄回用樹池的研究

徐冉云

（浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，浙江 杭州 310014）

針對(duì)浙江省內(nèi)澇問題，分析了內(nèi)澇的成因與危害，提出利用樹池排雨減緩內(nèi)澇的措施。針對(duì)傳統(tǒng)樹池土壤易板結(jié)、雨水滲透性差、滲濾樹池調(diào)蓄力弱等缺陷，提出一種新型可儲(chǔ)存雨水且無能耗灌溉回用的城市防洪儲(chǔ)蓄回用樹池。該樹池儲(chǔ)蓄的雨水在短期干旱時(shí)，可滲透到泥土中，還具備反沖洗初期棄流裝置，減輕了人工清理的負(fù)擔(dān)。

城市防洪；樹池；蓄水

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，城市擴(kuò)張迅速，人口增長(zhǎng)快，隨之而來的水環(huán)境問題日益突出。旱季缺水，雨季漫溢，“城市看海”事件頻發(fā)，城市面源污染和洪澇災(zāi)害嚴(yán)重。近幾年來，全球變暖影響熱帶氣旋活動(dòng)，浙江省內(nèi)澇災(zāi)害受災(zāi)、成災(zāi)面積都呈明顯的上升趨勢(shì)。城市大街小巷的行道樹樹池，就是一種可以提高道路表面排水設(shè)施綜合排水能力的構(gòu)筑物。改進(jìn)道路旁綠化帶內(nèi)的樹池，通過土壤滲濾過濾，利用樹池將徑流集聚的雨水凈化，同時(shí)發(fā)揮其積蓄調(diào)節(jié)能力，成為解決降雨引發(fā)的污染及內(nèi)澇問題的一種有效途徑。

1 城市道路現(xiàn)狀與內(nèi)澇的成因分析[1]

1.1 城市盲目擴(kuò)張,水面率下降

近幾年來，浙江有些城市快速擴(kuò)張，原有水系被嚴(yán)重破壞，自然蓄水調(diào)洪和錯(cuò)峰功能的水庫、湖泊和低洼地帶等被人為填筑破壞，城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，甚至出現(xiàn)余姚整個(gè)城市受淹的嚴(yán)重內(nèi)澇。

1.2 城市地面硬化率較大

目前，大規(guī)模的建造活動(dòng)都采用瀝青和水泥等面積巨大的不透水面，這種城市規(guī)劃格局和土地利用形態(tài)的變化對(duì)流域的水文過程帶來了非常不利的影響。數(shù)量龐大無法下滲的雨水增量打破了自然狀態(tài)下原有的水平衡，由此產(chǎn)生的地表徑流導(dǎo)致形成洪峰的時(shí)間提前、洪峰流量加大，甚至在時(shí)長(zhǎng)與強(qiáng)度均較小的降雨中也會(huì)如此[2]。

1.3 城市排水管網(wǎng)和道路設(shè)置存在缺陷

當(dāng)前城市道路的雨水排放，普遍采用“偏溝—雨水口—連接管—市政管線”的傳統(tǒng)型排水方式，道路排水的設(shè)計(jì)，僅僅以迅速排水為目的，這種設(shè)計(jì)思路已經(jīng)不再適合城市健康發(fā)展的要求。降暴雨時(shí)，道路徑流量激增，大量道路表面污染物沒有經(jīng)過任何攔截措施，直接隨著道路徑流沖刷到市政管網(wǎng)，帶進(jìn)雨水口，加劇了市政管網(wǎng)排水的壓力和處理負(fù)擔(dān)，對(duì)水環(huán)境造成極大危害。

2 內(nèi)澇的危害

內(nèi)澇污染城市水環(huán)境，增大排水壓力。在降雨過程中，雨水流經(jīng)城市的下墊面，在空氣污染和面源污染等多種因素影響下，大規(guī)模來自于地表、城市污水及排水管道積沉的污染物被初期雨水?dāng)y帶，形成隨機(jī)性強(qiáng)、地域范圍大、成因復(fù)雜的典型非點(diǎn)源污染。同時(shí)，因雨水裝置和蓄水體積、滲透系數(shù)等限制，匯水面上的大量雨水直接向外排出，增大了雨水管網(wǎng)的壓力，導(dǎo)致降雨間隔時(shí)期裝置補(bǔ)水量的浪費(fèi)[3-5]。

3 內(nèi)澇的防治對(duì)策

《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》明確要求：推進(jìn)海綿城市建設(shè)，預(yù)計(jì)到2020年，部分土地能將70%的降雨就地消納和利用，其面積達(dá)到城市建成區(qū)面積的20%以上。

防治內(nèi)澇急需轉(zhuǎn)變城市規(guī)劃建設(shè)理念，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，加強(qiáng)海綿型道路與海綿型公園、廣場(chǎng)以及綠地、雨水調(diào)蓄與排水防澇等設(shè)施建設(shè)，恢復(fù)和保護(hù)城市生態(tài)。采用多種形式的雨水滲透和調(diào)蓄措施，盡量減少雨水徑流產(chǎn)生量，同時(shí)，通過延緩雨水出流時(shí)間，起到錯(cuò)峰排水效果，從而有效防治內(nèi)澇。

利用樹池將徑流集聚的雨水凈化，同時(shí)發(fā)揮其積蓄調(diào)節(jié)能力，成為解決降雨引發(fā)的污染及內(nèi)澇問題的一種有效途徑。

3.1 不同樹池的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

3.1.1 傳統(tǒng)樹池[6]

傳統(tǒng)樹池是構(gòu)成城鎮(zhèn)和街道景觀的重要環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人行道或者分隔帶上的樹池時(shí)，大多只考慮其綠化作用，有下沉式、平地式、高臺(tái)式3類，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單（見圖1）。

圖1 傳統(tǒng)樹池結(jié)構(gòu)形式圖

由于傳統(tǒng)樹池表面大多以裸露的泥土形式存在，樹池土壤容易板結(jié)，導(dǎo)致土壤孔隙率下降，不利于雨水的調(diào)蓄和下滲。

3.1.2 滲濾樹池[7]

滲濾樹池一般由種植土層、砂濾層、排水系統(tǒng)以及灌喬木組成，雨水流入滲濾樹池的集水口，通過土壤內(nèi)含的微生物降解、沉淀和吸附重金屬及有機(jī)污染物，達(dá)到過濾效果。過濾后的雨水收集到底部后排出，雨量大時(shí)，來不及蓄滲的雨水可經(jīng)溢流管直接匯入雨水排水系統(tǒng)。除道路綠化外，滲濾樹池還具有雨水凈化功能，短期暴雨時(shí)，可增加雨水的滲入量，減輕市政排水管道負(fù)荷。

滲濾樹池所需占地面積比雨水花園、植被淺溝、下凹綠地等小，影響開發(fā)措施所需的面積小，布置靈活，適合于廣場(chǎng)公園、停車場(chǎng)、城市人行步道和道路分隔帶等用地比較緊張的場(chǎng)地建設(shè)。滲濾樹池可在已有的傳統(tǒng)樹池基礎(chǔ)上改造[8]，不用另外鋪設(shè)雨水管線或者排水管徑，就可以實(shí)現(xiàn)就地消納雨水徑流、資源化利用雨水，無需另外規(guī)劃用地，所以，適合應(yīng)用于我國“海綿城市”建設(shè)中。

3.1.3 新型儲(chǔ)蓄回用樹池的設(shè)計(jì)

目前，樹池的雨水儲(chǔ)存裝置能夠解決徑流外排量大的問題，但不能在無能耗的條件下將儲(chǔ)存雨水灌溉回用；目前已經(jīng)應(yīng)用的初期棄流裝置，雖然能控制初期徑流也能處理初期雨水，但無法清洗初期棄流裝置。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，設(shè)計(jì)出了一種凈化存儲(chǔ)雨水的樹池，既能在不外加能量的條件下將儲(chǔ)存雨水灌溉回用，又能清洗初期棄流裝置（見圖2）。地下池體分隔為卵石區(qū)（1）、儲(chǔ)水區(qū)（2）和植物生長(zhǎng)區(qū)（3）；卵石區(qū)內(nèi)由下至上填滿卵石，卵石區(qū)底部設(shè)有連通儲(chǔ)水區(qū)的卵石區(qū)出水口（11），儲(chǔ)水區(qū)頂部設(shè)有與地面齊平的頂蓋（21），儲(chǔ)水區(qū)的頂蓋下方靠植物生長(zhǎng)區(qū)一邊留有溢流口（22），溢流口連通植物生長(zhǎng)區(qū)的頂部，植物生長(zhǎng)區(qū)由下至上設(shè)有填料層（35）、細(xì)砂層（34）和改良土壤層（33），植物種植在改良土壤層上，在填料層底部開設(shè)有出水口。

圖2 新型儲(chǔ)蓄回用樹池示意圖

降雨時(shí)，匯水面積上的徑流雨水先進(jìn)入卵石區(qū)，經(jīng)凈化處理后由卵石區(qū)底部進(jìn)入儲(chǔ)水區(qū)，待水面上升后，儲(chǔ)水區(qū)的雨水溢流進(jìn)入植物生長(zhǎng)區(qū)，經(jīng)卵石消能及植物、改良土壤層、細(xì)砂層、填料層截留過濾后，多余的雨水通過植物生長(zhǎng)區(qū)的出水口流出，直接排放或進(jìn)行后續(xù)處理。

降雨間隔期，儲(chǔ)水區(qū)的水位下降至溢流口下部，雨水經(jīng)慢滲透性墻體進(jìn)入植物生長(zhǎng)區(qū)，減少了人工澆灑用水，節(jié)約灌溉用水，又降低了綠化工人的工作量，且不需外加能源。反沖洗時(shí)，利用儲(chǔ)水區(qū)的上部溢流口作為進(jìn)水口，卵石區(qū)的上部進(jìn)水區(qū)作為出水口，清除了卵石區(qū)和儲(chǔ)水區(qū)底部殘留的大顆粒污染物。

新型儲(chǔ)蓄回用樹池可以利用儲(chǔ)存雨水無能耗地灌溉回用，在短期干旱時(shí)，可經(jīng)滲透回到泥土中，實(shí)現(xiàn)生態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)平衡的作用，還能反沖洗初期棄流裝置，大大減少清理樹池所需的人、財(cái)、物耗費(fèi)。

3.2 不同樹池對(duì)內(nèi)澇的防治效果對(duì)比

不同樹池對(duì)內(nèi)澇的防治效果對(duì)比見表1。

表1 不同樹池對(duì)內(nèi)澇的防治效果對(duì)比表

4 改進(jìn)型儲(chǔ)蓄回用樹池的推廣應(yīng)用前景

杭州市年降雨日130 ～ 160 d，年平均降雨1 420 mm，降雨量不均勻，主要集中在5 — 8月[10]，地屬平原，河網(wǎng)眾多，但是河道水系高差小，部分河道流向多變且水流流速緩慢，環(huán)境容量較小，雨水在排入環(huán)境過程中流程大多較短，自凈能力差。

杭州市種植行道樹5萬多株[11]。如果將改進(jìn)型樹池推廣使用到各主支干道中，以單位樹池占地1.00 m2計(jì)，將有4.11萬m2可就地消納雨水的土地，將極大地減少城市土地硬化率。在發(fā)揮樹池調(diào)節(jié)儲(chǔ)蓄雨水作用的基礎(chǔ)上，結(jié)合行道樹吸收水分、調(diào)節(jié)濕度的功能，可實(shí)現(xiàn)雨水過濾及資源化利用，大大提高道路對(duì)雨水的調(diào)蓄能力，減輕排水管網(wǎng)處理壓力，減緩內(nèi)澇危害，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié) 語

隨著海綿城市理念的推行和浙江“五水共治”的實(shí)施，對(duì)雨水徑流的源頭處理必然成為減緩內(nèi)澇的重要舉措。樹池占地面積小，適應(yīng)性靈活，可在原有傳統(tǒng)綠化基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，分散設(shè)置，因此樹池不論在我國舊城還是新區(qū)的開發(fā)建設(shè)中，都具有很大的應(yīng)用前景。恰當(dāng)?shù)男械罉錁涑卦O(shè)置有助于提升城市形象，但不當(dāng)?shù)臉涑靥幚頃?huì)造成植物生長(zhǎng)不良，反而不利于城市的管理。因此，在樹池的實(shí)際運(yùn)用過程中，還需考慮樹池材料的透氣滲水性能、土壤空隙及水分含量等因素對(duì)植被生長(zhǎng)的影響[12]。相信通過更深入的研究和設(shè)計(jì)，改進(jìn)型樹池終將應(yīng)用于實(shí)際道路中，實(shí)現(xiàn)雨水流量與水質(zhì)控制，減緩城市內(nèi)澇問題，提升居民生活品質(zhì)。

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（責(zé)任編輯 郎忘憂）

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2017-03-16

徐冉云(1995 - )，女，浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院2014級(jí)環(huán)境工程專業(yè)在讀本科生。E - mail：xvranyun2014@126.com