海綿城市到底有什么作用
海綿城市是稍微抽象的一種說法，海綿城市到底有什么作用?從另一方面來說是一種城市規(guī)劃思路。這種規(guī)劃思路的特有名詞，其實叫做“低影響開發(fā)雨水利用系統(tǒng)構(gòu)建”，可以通過很好地發(fā)揮城市綠地、道路、水力等對雨水的充分吸收、蓄滲和緩釋作用，造成城市開發(fā)規(guī)劃后的水文地理條件無限接近開發(fā)前的情況。這樣的解釋，乍一看比較復(fù)雜，可以回過頭細細品味“海綿城市”的稱謂，你就容易理解了：把城市規(guī)劃成為一個“蓄水海綿”。
我們知道，絕大多數(shù)城市的地面，上面全部覆蓋著優(yōu)質(zhì)的水泥或者瀝青。一旦下雨，造成這些水泥和瀝青地面，缺乏像土壤一樣吸收水分的能力，僅僅可以通過排水管網(wǎng)途徑才能把雨水排放到外面。如果城市的排水系統(tǒng)出現(xiàn)了一定的問題，例如雨水管道由于堵塞原因遭受破壞、排放雨水的城市護城河道水位明顯高于路面時，很容易形成城市內(nèi)澇現(xiàn)象的發(fā)生，惡劣影響城市正常運轉(zhuǎn)和居民生活。
以往，我們對市內(nèi)澇的解決方式，僅僅簡單地加強排水系統(tǒng)，把希望寄托在遭遇強降水時可以很快排盡雨水。從按照“低影響開發(fā)雨水工程構(gòu)建”思路打造的“海綿城市”，邏輯則完全不同：通過一系列整個工程的規(guī)劃，能夠使得我們城市的地面自身所擁有部分的吸水、蓄水、滲水能力，這樣做，可以給我們的管網(wǎng)“減負”，同時可以使的城市在面臨長期的強降雨時，有特別強的“彈性”。更令人欣喜的是，“海綿城市”建設(shè)的另一個思路，實際上是收集并蓄存雨水，讓雨水滲入土地、補充地下水，進一步能通過初步凈化之后可以做其他的(雨水利用)。
“海綿城市”建設(shè)的最終目的，可以有效緩解城市內(nèi)澇現(xiàn)象、減少城市徑流污染環(huán)境的超負荷、節(jié)約水資源、大力改善城市生態(tài)環(huán)境的問題，通過努力建設(shè)，可以形成自然積存、自然滲透、自然凈化功能的“海綿城市”。
海綿城市都需要哪些建筑材料
在城鎮(zhèn)化的大背景下，我國每年有一千多萬人進城，新建成的建筑相當(dāng)于世界建筑總量的一半若繼續(xù)采用傳統(tǒng)開發(fā)模式，城市地表徑流量就會大幅度增加，引發(fā)洪澇集水，河流水系生態(tài)惡化、水污染加劇等問題，因此需要引進海綿城市的減少模式。海綿城市是指采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，充分發(fā)揮建筑、道路、綠地和水系等生態(tài)系統(tǒng)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式。要實現(xiàn)上訴愿景，海綿城市建設(shè)的設(shè)施及材料選型非常關(guān)鍵，但國內(nèi)海綿城市建設(shè)剛剛起步，幾乎沒有人進行過此方面的探索。本文對海綿城市設(shè)施及材料選型進行探討，推薦不同條件下的優(yōu)化組合，為相關(guān)研究墊底基礎(chǔ)。
1、設(shè)施材料概況
海綿城市___低影響開發(fā)(LID)技術(shù)按主要功能一般可分為滲透、儲存、調(diào)節(jié)、傳輸、截污凈化等幾類。通過各類技術(shù)的組合應(yīng)用，可實現(xiàn)徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等目標(biāo)。實踐中，應(yīng)結(jié)合不同區(qū)域水文地質(zhì)、水資源等特點及技術(shù)經(jīng)濟分析，按照因地制宜和經(jīng)濟高效的原則選擇低影響開發(fā)技術(shù)及其組合系統(tǒng)。各類低影響開發(fā)技術(shù)又包含若干不同形式的低影響開發(fā)設(shè)施，主要有透水設(shè)施、初期雨水棄流設(shè)施、調(diào)蓄設(shè)施、過濾裝置、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、滲管/渠等，本文對部分設(shè)施的材料性能進行分析比較。
1.1透水設(shè)施
透水產(chǎn)品具有多孔自透水功能，其技術(shù)性能指標(biāo)符合《透水路面磚和透水路面板》(GT/T25993)標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.1.1透水瀝青混凝土
透水瀝青混合料，實質(zhì)上是一種主要由單一粒徑碎石組成的，有相對較大孔隙率的間斷級配瀝青混合料。這種結(jié)構(gòu)的特點是粗顆粒集料彼此緊密相連，細集料較少，混合料的空隙率較大(通常大于20%)。透水瀝青混凝土強度較高，可使用于非重載的機動車道。采用透水鋪裝路面對，為避免雨水侵入路基，影響道路強度，在路面結(jié)構(gòu)的基層和中下面層采用非透水性材料，在上面層采用透水瀝青混凝土，雨水進入透水瀝青混凝土面層采用透水瀝青混凝土，雨水進入透水瀝青混凝土面層結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從不透水頂面沿橫坡排至盲溝或路測分隔帶中，若與人行道相接時，在基層埋設(shè)排水管，縱向收集雨水，每隔一段距離排至雨水檢查井內(nèi)。其結(jié)構(gòu)示意見圖1.
1.1.2透水水泥混凝土
透水水泥混凝土是指材質(zhì)為沙、水泥、水、再添加一定比例的透水劑而制成的混凝土制品。與普通磚相比，混凝土透水磚具有透水性、保水性、防滑功能、降噪功能。與樹脂透水磚、陶瓷透水磚、縫隙透水磚等其他材料透水磚相比，混凝土透水磚生產(chǎn)成本低、制作流程簡單、易操作、廣泛用于非機動車道、人行道、廣場和荷載較小的道路中。
1.1.3生態(tài)砂基透水磚
生態(tài)砂基透水磚是通過“破壞水的表面張力”的透水原理，有效解決傳統(tǒng)透水材料通過孔隙透水易被灰塵堵塞及“透水與強度”、“透水與保水”相矛盾的技術(shù)難題，常溫下免燒結(jié)成型，以沙漠中風(fēng)積沙為原料生產(chǎn)出的一種新型生態(tài)環(huán)保材料。其水滲透原理和成型方法被建設(shè)部科技司評審為國內(nèi)首創(chuàng)，并成功運用于“鳥巢”，水立方、上海世博會中國館，中南海辦公區(qū)，國慶六十周年長安街改造等國家重點工程。生態(tài)砂基透水磚經(jīng)過發(fā)展和改良，種類也逐漸增多，如硅砂濾水磚/石/巖、陶瓷硅砂透水磚等。硅砂濾水磚，硅砂濾水石及硅砂濾水巖強度等級見表1.
由于強度等級不同，硅砂濾水磚適用于人行道，廣場、甬道等非機動車道路面鋪裝，硅砂濾水石、硅砂濾水巖適用于慢行車道，停車場等路面鋪裝。硅砂濾水磚主要有以下優(yōu)點，以風(fēng)積沙為原料，免燒結(jié)成型，節(jié)能環(huán)保，化害為利，不易被灰塵堵塞，透水的同時具有過濾凈化水的功能，接通地氣，下雨不濕鞋，下雪不結(jié)冰，可再生循環(huán)利用。
陶瓷硅砂透水磚據(jù)歐透水、透氣、防滑、減躁等諸多特點。可廣泛鋪設(shè)與人行道、廣場、公園及住宅區(qū)等。降雨時，雨水可迅速滲入地下，涵養(yǎng)地下水，減輕城市熱島效應(yīng)，良好的抗凍融性可承受北方地區(qū)的凍融環(huán)境。陶瓷硅砂透水磚外表美觀，制作工藝特殊，其透水機理是通過破壞水的表面張力，提高雨水的滲透力，透過微空隙透水，解決了傳統(tǒng)透水材料依靠大孔隙透水而被灰塵堵塞和透水系數(shù)衰減大的難題。
1.2棄流過濾裝置
1.2.1電動棄流裝置
電動棄流裝置可調(diào)節(jié)棄流量大小(1~5mm)。棄流分流器平時處于開啟狀態(tài)。降雨時，雨量傳感器在降雨量達到控制值時，將指令傳至控制箱，關(guān)閉棄流器，棄流狀態(tài)結(jié)束，開始收集雨水，待達到設(shè)定的裝置狀態(tài)后，裝置復(fù)位。
電動棄流裝置的自動控制設(shè)計，能對前期污染的雨水實況控制排放，在暴雨時實現(xiàn)完全分流，功能齊全，節(jié)省人力。缺點是過多使用電子元件，耗電、損壞和維修頻率較高。電動棄流裝置適用于別墅、住宅小區(qū)屋面、商務(wù)樓等屋面雨水的棄流、過濾等需精確控制棄流量的區(qū)域。
1.2.2浮球閥式棄流裝置
在棄流裝置內(nèi)設(shè)有浮球閥，隨著水位的升高，浮球閥逐漸關(guān)閉，當(dāng)收集到一定雨量后，浮球閥完全關(guān)閉，棄流后的雨水沿旁通管流至雨水收集管道。浮球閥式棄流裝置可用于道路雨水收集，分散控制。
1.3調(diào)蓄設(shè)施
1.3.1鋼筋混凝土蓄水池可用作雨水回用為主要目的的場合，水體滯留不超過5d。鋼筋混凝土蓄水池綜合造價800~1500元/m3。但鋼筋混凝土蓄水池施工工藝復(fù)雜，工序多(支模、綁鋼筋、澆筑、養(yǎng)護等)，同時對施工場地的條件要求較高。鋼筋混凝土蓄水池自重大，易產(chǎn)生不均勻沉降。一旦破壞，修復(fù)加固較困難，不易清理，有二次污染的風(fēng)險?；炷了貫橐淮涡允褂?，壽命結(jié)束后會產(chǎn)生大量建筑垃圾。
1.3.2 pp模塊
PP模塊是由可循環(huán)使用的嵌段共聚丙烯(PPB)經(jīng)一次注塑成型的單元長方體，能通過各種方式組裝成一個結(jié)構(gòu)整體，其功能用于儲存雨水。在以下滲，補充地下水位為目的時優(yōu)先考慮PP模塊。綜合造價方面請聯(lián)系我們(龍康公司)。
PP模塊組裝效率高，施工安裝方便，僅為傳統(tǒng)水池施工周期的1/3，可長時間儲水?？箟耗芰姡障堵蔬_95%以上。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，PP模塊清洗較不方便，維護困難。
1.3.3硅砂蓄水池
硅砂蓄水池由硅砂透水砌塊與硅砂濾水砌塊組合成“蜂窩狀”的凈水儲水池，以徑流控制為主要目的時推薦采用。收集后的雨水匯入凈水蓄水池中進行儲存保鮮，儲存保鮮系統(tǒng)是通過模擬地下水地層中儲存的結(jié)構(gòu)原理儲水，底部鋪設(shè)的透氣防滲砂具有透氣不透水的功能，能夠接通地氣，實現(xiàn)水體與底層間的離子交換，起到對水質(zhì)的保鮮作用。綜合造價請聯(lián)系(龍康公司)。
蓄水池采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，既能達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定相應(yīng)指標(biāo)，又可以實現(xiàn)過濾凈化同步，防滲防蒸發(fā)一體化，同時透氣保鮮。進入硅砂蓄水池的雨水需在蓄水池前進行截污、沉砂等預(yù)處理，蓄水池后無需后續(xù)過濾措施。池底基本無沉積物，維護方便，較少量過濾沉淀物，可定期通過排泥設(shè)施自動處理。硅砂蓄水池結(jié)構(gòu)平面示意見圖2.
1.3.4滲管
滲透管，溝是由無砂混凝土或穿孔管等透水材料制成。埋設(shè)于地下周圍填礫石，兼有儲存、滲透和排放功能。當(dāng)雨量較小時，可儲存雨水，當(dāng)雨量較大時，雨水從上方孔洞溢出。這種裝置構(gòu)造簡單實用，但需要一定的人工維護。滲管通常用于道路旁生物滯留或下凹式綠地下。
1.4過濾裝置
1.4.1截污雨水口
前端過濾裝置。截污式雨水口是在雨水口處設(shè)過濾裝置的新型雨水口，內(nèi)部濾料以爐渣，石英砂為主，對SS去除率在90%左右，對TP去除率在80%以上，對COD的去除率為40.8%對TN處理率為55.3%截污式雨水口主要由截污掛籃，濾料包、溢流件組成、截污掛籃和濾料包和定期拆分清洗，結(jié)構(gòu)如圖3所示。
1.4.2活性炭過濾裝置
后端過濾裝置?；钚蕴窟^濾器過去廣泛應(yīng)有于水處理的深度凈化工藝，水流通過活性炭濾層，利用活性炭的吸附性能，使水中的有害物質(zhì)，如有機物、膠體。微生物。油類、余氯及嗅味等吸附在活性炭表面而被去除，當(dāng)活性炭濾層-失效后，可用反沖洗的方法使其恢復(fù)吸附能力。活性炭過濾器的工作是通過炭床來完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和巨大的比表面積，具有很強的物理吸附能力，通常能夠去除63%~86%膠體物質(zhì)、50%左右的鐵以及47%~60%的有機物質(zhì)。
活性炭過濾器是一種常用的水處理設(shè)備，處理精度高，可有效保證后級設(shè)備使用壽命，提高出水水質(zhì)，防止污染?；钚蕴康倪^濾效果與來水渾濁度在5mg/L，以下時，應(yīng)4~5d反洗一次。
1.4.3砂缸過濾裝置
砂缸過濾裝置是利用濾沙將池中微小污染物消除。濾沙作為清除污染物的介質(zhì)，被裝填在過濾器內(nèi)的腔體內(nèi)。用HDPE材質(zhì)纏繞制作成型，耐變形、耐腐蝕、耐磨損的專用設(shè)備。當(dāng)水流過砂罐濾床時，水中的雜質(zhì)和有機物被濾床截流，水被過濾。濾床截留的東西越多，砂罐過濾的水越清，砂罐效率越高。
砂缸過濾裝置過濾精度高，濾速大，清洗快，濾料不流失，操作維護簡便，缸體壽命長。但砂缸介質(zhì)多為石英砂，長期使用存在板結(jié)的風(fēng)險，需定期更換介質(zhì)。此外設(shè)備需專人定期反沖洗。
2、不同條件適用的LID設(shè)施及工藝
2.1建筑小區(qū)
建筑屋頂多為不透水屋面，徑流系數(shù)可高達0.95，是城市徑流的主要產(chǎn)流面之一。為減少其產(chǎn)流量，需采取以雨水利用和滲透設(shè)施為主的LID設(shè)施，如綠色屋頂、儲水罐、高位雨水花臺等。利用綠地屋頂?shù)闹参锖屯寥缹τ晁亓骱臀眨⒏鶕?jù)儲水容積采用小型儲水罐系統(tǒng)收集綠地屋頂?shù)耐馀潘?，實現(xiàn)對雨水的源頭控制。
小區(qū)道路是雨水的主要收納區(qū)域，傳統(tǒng)的小區(qū)道路多為硬質(zhì)鋪裝，大量雨水徑流和其中的污染物給下游管道造成了極大的負擔(dān)，因此有必要對小區(qū)道路進行透水鋪裝，增加下滲，削減徑流峰值。建議采用生態(tài)砂基透水磚，透水、透氣、防滑、減躁、環(huán)保并且美觀，對于高檔小區(qū)十分適用。
建筑小區(qū)公共場地的低影響開發(fā)是小區(qū)海綿化建設(shè)的主要內(nèi)容，可結(jié)小區(qū)景觀布置雨水花園，下凹式綠地，生物滯留設(shè)施等LID設(shè)施，接收小區(qū)道路和屋頂排放的雨水，達到污染控制徑流控制的目的。
若是以雨水回用為主要目的，需對水質(zhì)進行更深度的處理，可加入棄流裝置和過濾消毒裝置。小區(qū)雨水管管徑較小，加入電動棄流裝置成本較低，同時能對前期污染的雨水實況控制排放，精確控制棄流量，砂缸過濾裝置過濾精度高，儲水濁度較低(<2NTU)對，COD和SS的去除都有顯著效果，能滿足雨水回用的要求。
2.2廣場、停車場
廣場、大型公共停車場雨水系統(tǒng)的組織主要依靠綠色基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮作用。條件允許的廣場可進行投訴鋪裝，滲透并凈化區(qū)域內(nèi)雨水。對于硬化面積較大的集中片區(qū)，應(yīng)將有限綠化與源頭控制相結(jié)合，將植草溝，雨水花園、生態(tài)樹池等小型綠地分散設(shè)置，減少大面積集中綠地的設(shè)置。
要達到污染控制和雨水回用的目的，還可在雨水管網(wǎng)中加入棄流過濾裝置，將污染較嚴重的初期雨水排入污水管道，同時設(shè)置沉沙池和硅砂蓄水池，將凈化的雨水加以儲存，用以澆曬道路、沖洗廁所等。
對于公共廣場，還可結(jié)合景觀布局在區(qū)域排出口設(shè)置雨水塘，凈化并調(diào)蓄片區(qū)雨水，進行未端處理。為防止雨水塘水體長期滯留缺氧，可設(shè)置曝氣裝置增加氧含量，同時優(yōu)化景觀。
2.3道路
在海綿城市道路系統(tǒng)中，透水鋪裝不能完全取代城市道路硬化路面，應(yīng)根據(jù)實際情況，在強度滿足規(guī)范要求的情況下盡可能的增加道路透水面積。對于非重載機動車道，可使用透水瀝青混凝土，對于非機動車道，可使用透水水泥混凝土，對于人行道可使用生態(tài)砂基透水磚。
同時在路邊設(shè)置植草溝，生物滯留帶，下沉式綠地等綠色措施，在源頭凈化雨水的同時最大程度地延長匯流時間，達到錯峰的目的。對于某些難以采用綠色措施進行源頭處理的地段，可以采用截污式雨水口，減少后部壓力。
對于道路，初期雨水水質(zhì)較差，若將初期雨水全部棄流至污水管，大面積的道路收集的初期雨水容易對污水管道系統(tǒng)形成沖擊，因此可以考慮收集的初期雨水排入適宜的滲透系統(tǒng)(如滲井、滲透管溝等)達到污染控制的目的。
3、結(jié)語
隨著國家對環(huán)境問題越來越重視，環(huán)保要求越來越高，因此對雨水的收集處理就顯得日益重要，LID設(shè)施種類繁多，根據(jù)項目條件合理地選擇LID措施，有針對性地進行海綿城市設(shè)施及材料的設(shè)計與運用十分必要，LID設(shè)施選擇需遵守以下原則： (1)應(yīng)嚴格考察匯水區(qū)域的場地條件、水文地質(zhì)條件等，為LID設(shè)施的選擇提供參考，在條件較差的區(qū)域選擇LID設(shè)施時為防止次生災(zāi)害的發(fā)生，可以先進行必要的處理。
(2)在后面城市設(shè)計中，應(yīng)以現(xiàn)狀實際情況作為設(shè)計基本條件，以解決實際問題作為設(shè)計的基本方向。根據(jù)區(qū)域雨水排放的不同情況和雨水管控的不同目標(biāo)，因地制宜采用多種形式相結(jié)合的LID措施。
(3)若場地條件允許，在滿足控制目標(biāo)的前提下，優(yōu)先選用投資成本較低并且景觀效果較好的LID設(shè)施，在后面城市建設(shè)的同時達到經(jīng)濟效益最大化。
