王琦瑋，徐長(zhǎng)坤，趙萌，李珺

（1.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650000；2.云南正元安泰建設(shè)工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，云南 昆明 650034）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，自2021年7月以來，河南多地市遭受連續(xù)暴雨侵襲，特別是“720鄭州特大洪水事件”對(duì)人民群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)409億元。此次事件暴露出我國(guó)城市在排澇減災(zāi)方面的短板，也說明海綿城市建設(shè)迫在眉睫。近年來，我國(guó)陸續(xù)頒布了多項(xiàng)政策用來彌補(bǔ)在海綿城市建設(shè)領(lǐng)域的空白。“加速發(fā)展海綿城市、韌性城市”“增強(qiáng)城市防洪排澇效率”等一系列目標(biāo)要求也在《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中提出。目前，我國(guó)專家學(xué)者對(duì)海綿城市建設(shè)進(jìn)行了諸多深入探索研究，也取得了一系列的成績(jī)。

1 海綿城市相關(guān)理論及其內(nèi)在聯(lián)系

1.1 海綿城市的定義

海綿城市[2-3]是城市高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程中的產(chǎn)物，也是一種十分貼切的比喻形式。從字面意思來理解，是指將城市區(qū)域內(nèi)的水循環(huán)系統(tǒng)類比為海綿，當(dāng)城市進(jìn)入雨季面對(duì)大范圍降水時(shí)，可以對(duì)天然降水進(jìn)行高效的滲透、吸收、儲(chǔ)存和凈化。當(dāng)?shù)搅顺鞘泻导净蚬┧蛔銜r(shí)，能釋放所儲(chǔ)存的水，使城市能主動(dòng)靈活地處理不同環(huán)境氣候帶來的不利影響。

1.2 低影響開發(fā)理念

低影響開發(fā)理念（Low-Impact Development，LID）[4-5]由美國(guó)波特蘭等城市率先研究提出并加以應(yīng)用，該理念主要在源頭控制方面嚴(yán)加管控，最大效益地保證水文循環(huán)過程，利用各種技術(shù)，用綠色環(huán)保的生態(tài)方法來處理降水，控制地表徑流和徑流污染，使開發(fā)區(qū)域的水文狀況盡可能地接近于開發(fā)前的狀態(tài)。

1.3 水敏感性城市設(shè)計(jì)

水敏感性城市設(shè)計(jì)[6-7]，是20世紀(jì)末英國(guó)為了解決排水產(chǎn)生的洪澇災(zāi)害、污染環(huán)境等問題率先提出的新型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此系統(tǒng)在設(shè)計(jì)初期就全方位地考慮了徑流水量、徑流水質(zhì)和景觀潛質(zhì)等因素，利用綜合處理方法，使城市整體的水循環(huán)狀況得到了極大的改善。

1.4 理論存在的內(nèi)在關(guān)聯(lián)

除了上述介紹的3種設(shè)計(jì)理論外，國(guó)外對(duì)于城市治水問題還有很多對(duì)策，比如：日本制定了一項(xiàng)關(guān)于雨水儲(chǔ)留和滲透的專屬計(jì)劃，英國(guó)發(fā)明了一種可持續(xù)的排水系統(tǒng)等。盡管各種理論在提出內(nèi)容和實(shí)施措施上不是完全一致，但目標(biāo)都是圍繞解決城市內(nèi)澇，改善徑流污染等問題。其本質(zhì)是使城市水循環(huán)恢復(fù)和保持在建設(shè)前的自然水文狀態(tài)。

2 海綿城市建設(shè)的相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用案例

2.1 源頭減排技術(shù)及應(yīng)用

在目前流行的源頭減排技術(shù)中，透水鋪裝技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。該技術(shù)是通過對(duì)城市滲透面積的增大來改善城市雨水徑流的措施。通常適用于人行道、大型廣場(chǎng)、露天停車場(chǎng)等一些車流量和地面荷載較小的建設(shè)工程中。透水鋪裝技術(shù)可有效提高城市地面的透水性，促進(jìn)城市地表雨水的下滲率。表1為常見透水鋪裝材料的主要技術(shù)性能及適用場(chǎng)所[8]。

表1 常見透水鋪裝材料的主要技術(shù)性能及適用場(chǎng)所

朱曉娟等[9]研究了一種縫隙式透水鋪裝技術(shù)。該技術(shù)只需采用尺寸為20 cm×10 cm×10 cm的普通混凝土磚，就能使其抗震、吸潮、強(qiáng)度等性能達(dá)到CJJ/T 188—2012《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》的要求。此技術(shù)主要依靠縫隙對(duì)雨水進(jìn)行下滲收集，該團(tuán)隊(duì)對(duì)不同縫隙間距下的滲透性能進(jìn)行對(duì)比研究，分別選取6、8、10 mm的縫隙間距，同時(shí)用小尺寸粒徑顆粒將縫隙進(jìn)行填充。表2為縫隙式透水鋪裝在不同縫隙寬度下的滲透性能對(duì)比。

表2 不同縫隙寬度下透水鋪裝的滲透性能

根據(jù)CJJ/T 188—2012的相關(guān)規(guī)定，需保證路面的滲透系數(shù)達(dá)到0.1 mm/s以上。綜合考慮建設(shè)項(xiàng)目投用后的觀賞效果和路人行走的便捷性，項(xiàng)目施工過程中縫隙寬度一般控制在8 mm左右。由表2可知，當(dāng)縫隙寬度為8 mm時(shí)，其滲透系數(shù)為0.11 mm/s，符合CJJ/T 188—2012的要求。項(xiàng)目組根據(jù)鎮(zhèn)江市年徑流總量的控制率（70%~80%），得到不同時(shí)期的降雨量分別為23.6、28.6、35.3 mm。將這些數(shù)據(jù)按鎮(zhèn)江市長(zhǎng)歷時(shí)雨型進(jìn)行分配，將工況一的滲透系數(shù)定為0.11 mm/s，工況二的滲透系數(shù)衰減2個(gè)數(shù)量級(jí)，定為1.1×10-3mm/s，分別進(jìn)行下滲校核分析。結(jié)果表明，在工況一的條件下，縫隙式透水鋪裝的下滲狀態(tài)良好，下滲量高于降水量；在工況二的條件下，當(dāng)降水量達(dá)到峰值后，隨著降雨的增強(qiáng)，下滲狀態(tài)接近于飽和，路面隨即產(chǎn)生地表徑流。再加上控制率的上升，地表徑流量也隨之增大，在3種不同降雨環(huán)境下，徑流系數(shù)分別達(dá)0.29、0.055、0.286。

同時(shí)，針對(duì)透水鋪裝存在下滲性能日漸衰減的問題，該團(tuán)隊(duì)提出了相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施。包括利用高壓水槍對(duì)鋪裝地面進(jìn)行不定期沖洗維護(hù)，去除堵塞物，保證下滲率；采用專業(yè)機(jī)械對(duì)透水路面進(jìn)行恢復(fù)等。鑒于縫隙式透水鋪磚具有材料價(jià)格便宜，下滲性能優(yōu)良且恢復(fù)速度快，便于施工管理等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已應(yīng)用于鎮(zhèn)江市老城區(qū)海綿城市改造項(xiàng)目中。

2.2 過程控制技術(shù)及應(yīng)用

海綿城市建設(shè)除源頭減排外，還應(yīng)當(dāng)注意雨水匯流過程中的控制。因?yàn)楹＞d城市建設(shè)的目的就在于更好地實(shí)現(xiàn)雨洪管理，減少城市內(nèi)澇，對(duì)雨水盡可能地進(jìn)行存儲(chǔ)和凈化，加速雨水的循環(huán)利用。但是面對(duì)當(dāng)下傳統(tǒng)的道路硬化現(xiàn)狀，雨水徑流過程中并不能得到有效的調(diào)蓄和凈化。因此，可利用調(diào)蓄池或一體化水處理措施解決這一系列問題。表3為常見調(diào)蓄措施的優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 常見調(diào)蓄措施的優(yōu)缺點(diǎn)

工程中通常會(huì)采用一些傳統(tǒng)的調(diào)蓄設(shè)備，如混凝土調(diào)蓄池或者定制大型的鋼制水池。這些存儲(chǔ)裝置一般會(huì)安裝在空曠的露天場(chǎng)所，這就會(huì)在后期蓄水過程中暴露出其弊端，池中存水可能會(huì)由于溫度的升高而蒸發(fā)，導(dǎo)致水量減少；面對(duì)地面錯(cuò)綜復(fù)雜的環(huán)境條件，存水被二次污染的幾率也會(huì)大大增加；裝置一旦出現(xiàn)遺漏損壞，補(bǔ)修難度和成本都比較大。

為了避免以上情況，康靖坤[10]對(duì)新型聚丙烯（PP）模塊拼裝水池進(jìn)行試驗(yàn)研究。該類型水池具有良好的抗壓性能，拼裝材料綠色環(huán)保且容易運(yùn)輸。但是由于安裝方式為地下安裝，也有可能發(fā)生土壤中雨水滲透造成水污染和密封措施不到位的問題。針對(duì)這些問題，作者采用定性及定量分析法、現(xiàn)場(chǎng)勘探法對(duì)其做出解答：可采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜（兩布一膜）的方法，使水池與外界土壤隔離，避免發(fā)生滲透，但要注意復(fù)合土工膜應(yīng)具備耐根穿刺的要求。為防止水池漏水，需避免不必要的焊接接縫，采用大幅面整張土工膜。為驗(yàn)證焊縫是否合格，工程實(shí)施中需進(jìn)行閉水試驗(yàn)，直至水池不漏水為止。

在某小區(qū)海綿城市改造工程中，采用外形尺寸為9.7 m×3.8 m×3.0 m的PP模塊拼裝水池進(jìn)行雨水收集，調(diào)蓄量為112 m3，調(diào)蓄效果安全可靠[10]。

2.3 系統(tǒng)治理技術(shù)及應(yīng)用

系統(tǒng)治理的一個(gè)重要方面是水環(huán)境，源頭削減和過程控制可以限制大部分外部污染物進(jìn)入河道，但在實(shí)際工作中仍存在一些情況，如海綿城市的一些建設(shè)用地覆蓋不全、設(shè)計(jì)方案不周全等。鑒于許多城市河流流動(dòng)性小、補(bǔ)給不足、河流兩岸土地緊張的現(xiàn)狀，廣泛采用綜合泵站與綜合水處理設(shè)備相結(jié)合的方式。綜合后，河道下游取水，經(jīng)處理后向上游排放，不僅可改善水體質(zhì)量，而且為河道增加了生態(tài)基流，提高了河道的自我管理能力。此外，針對(duì)不同水質(zhì)的污染物，采用具有針對(duì)性的的技術(shù)手段，可促進(jìn)污染負(fù)荷的去除。

以某市海綿城市建設(shè)中的一條內(nèi)河為例，該河道長(zhǎng)約4000 m，春冬兩季流量小，夏秋汛期流量大。河道沒有干凈的水源補(bǔ)給，長(zhǎng)期處于死水狀態(tài)，總體為劣Ⅴ類水體。面對(duì)此河道復(fù)雜的背景，王哲曉等[11]采用超磁分離技術(shù)，對(duì)水體進(jìn)行整治。超磁分離凈化設(shè)備[12-13]主要依靠一組強(qiáng)磁力分離機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)流體流入磁盤，將受到磁盤間強(qiáng)磁場(chǎng)力的作用，其中含有的磁性懸浮物質(zhì)因受到磁力吸附而留在磁盤上。再隨著磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心作用，將干凈的水分離出去。磁盤的轉(zhuǎn)速保持在1～3 r/min。當(dāng)磁盤上大量淤積懸浮物時(shí)，刮泥裝置開始運(yùn)轉(zhuǎn)將吸附泥渣刮入“螺旋輸送機(jī)”，最終轉(zhuǎn)運(yùn)至渣池。清理過后的磁盤便可開始下一輪的進(jìn)水，形成周而復(fù)始的凈化過程。此設(shè)備處理量大，出水水質(zhì)好。超磁分離技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比如表4、表5所示。

表4 某河道治理工程中以“超磁分離技術(shù)”為核心工藝與“混凝+沉淀+普通過濾+消毒”傳統(tǒng)工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

表5 某河道治理工程中超磁分離凈化設(shè)備與斜板沉淀池工藝運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

從表4、表5可以看出，雖然超磁分離技術(shù)的初期建設(shè)及安裝費(fèi)用高于“混凝+沉淀+普通過濾+消毒”的傳統(tǒng)工藝，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，超磁分離技術(shù)具有效率高、占地小、藥劑用量少、耗能低等優(yōu)點(diǎn)，是取代傳統(tǒng)工藝的最佳選擇。

河道治理工程中，先由加壓泵站將下游河道污水傳送至超磁混凝分離系統(tǒng)中，并將混凝劑、助凝劑及磁種混合投入系統(tǒng)。此3種物質(zhì)的投加促進(jìn)了水中懸浮物形成易于沉淀分離的絮狀體。通過超磁分離技術(shù)處理后，水體中的SS、COD、TP、色度等指標(biāo)大幅減小，河道水質(zhì)得到明顯改善。

3 國(guó)內(nèi)海綿城市建設(shè)中存在的問題

當(dāng)前，國(guó)家對(duì)海綿城市建設(shè)的重視程度越來越高，政策導(dǎo)向十分明顯。相關(guān)單位紛紛積極響應(yīng)，試點(diǎn)工程在全國(guó)范圍內(nèi)如火如荼地進(jìn)行，為今后海綿城市建設(shè)和城市發(fā)展提供了新的機(jī)遇。但與此同時(shí)，由于各種風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，我國(guó)海綿城市建設(shè)也面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。

3.1 內(nèi)涵認(rèn)識(shí)不清

國(guó)外早已對(duì)雨水管理有了了解和實(shí)踐，所以對(duì)該體系有著獨(dú)到的見解和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。而在我國(guó)，海綿城市概念形成的時(shí)間并不長(zhǎng)，盡管國(guó)內(nèi)學(xué)者和業(yè)內(nèi)人士也在不斷探索和研究，但海綿城市的建設(shè)和管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到許多學(xué)科的交叉配合，不同的部門和行業(yè)都涉及到海綿城市建設(shè)理念，需要重新梳理。海綿城市的建設(shè)與管理不僅僅是城市排水系統(tǒng)的建設(shè)與管理，還涉及到城市環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等各方面，需要進(jìn)行統(tǒng)籌安排。有關(guān)部門和行業(yè)只有深入認(rèn)識(shí)海綿城市的內(nèi)涵意義，才能積極推進(jìn)海綿城市的建設(shè)與管理。一旦誤解了海綿城市的內(nèi)涵，很容易偏離建設(shè)項(xiàng)目的初衷，不能有效發(fā)揮其防污、防洪、節(jié)水等多種功能[14]。

3.2 技術(shù)體系不健全

在現(xiàn)有海綿城市技術(shù)體系中，對(duì)于海綿設(shè)施的定義并不明確[15]。目前，在規(guī)劃海綿城市的建設(shè)和檢驗(yàn)其建設(shè)效果時(shí)，注意力往往集中在低影響的開發(fā)設(shè)施上，如透水路面、綠色屋頂和儲(chǔ)存措施。這使得人們很容易產(chǎn)生一種錯(cuò)覺，認(rèn)為海綿城市的建設(shè)很容易。事實(shí)上，除低影響開發(fā)設(shè)施外，常規(guī)雨水管道和溝渠、初期雨水的凈化和儲(chǔ)蓄、污水收集處理和回收利用等與水系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)施都是海綿設(shè)施，包括綠色設(shè)施和灰色設(shè)施，是屬于綜合且復(fù)雜的涉水設(shè)施體系，而不是簡(jiǎn)單的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)。另外，地方層面在技術(shù)體系上主要以國(guó)家要求為準(zhǔn)，并未做出重大突破。但也有一些地區(qū)，特別是試點(diǎn)地區(qū)在規(guī)劃建設(shè)管控方面進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新，將海綿城市從雨水系統(tǒng)擴(kuò)展到城市綜合水系統(tǒng)。

3.3 設(shè)施功能衰減問題

與傳統(tǒng)的城市管網(wǎng)系統(tǒng)一樣，海綿設(shè)施在長(zhǎng)期運(yùn)行的情況下也會(huì)出現(xiàn)其功能減化，效果不佳的問題。研究顯示[16]，透水鋪裝的滲透性通常只能維持2年時(shí)間，2年后其滲透性能驟降60%左右，4年后幾乎不再透水；個(gè)別地區(qū)的綠色建筑屋頂上也出現(xiàn)過水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生堵塞，致使綠色植物大量死亡的現(xiàn)象。我國(guó)海綿城市建設(shè)還處于初步試點(diǎn)階段，可供人們參考借鑒的成功案例相對(duì)較少，面對(duì)上述問題，解決思路也比較匱乏。此外，對(duì)于海綿設(shè)施使用壽命的問題，尚未有專家學(xué)者提出明確的計(jì)算方法體系，這將會(huì)影響海綿城市管理運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

海綿城市建設(shè)的工程量是十分巨大且艱難的。評(píng)價(jià)一項(xiàng)工程的質(zhì)量，不能只看到研究探索出的先進(jìn)建設(shè)技術(shù)，也要考慮到該工程項(xiàng)目后期的運(yùn)營(yíng)和管理。當(dāng)下，海綿城市在我國(guó)發(fā)展迅猛，一定要做到兩頭兼顧。對(duì)成功案例積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)薄弱環(huán)節(jié)加大研究投入。早日做到對(duì)雨水“來之即存”“存之即凈”“凈之即用”。讓我們遠(yuǎn)離城市內(nèi)澇，消除“城市看海”的困擾。