【摘要】針對我國面臨的洪澇災(zāi)害和水資源短缺問題，融合最新雨洪利用與管理理念，提出“生態(tài)海綿”地區(qū)的雨水利用規(guī)劃理念，從城市規(guī)劃層面前瞻性提出雨水資源化的途徑。研究優(yōu)化探討“生態(tài)海綿”的構(gòu)建技術(shù)方案和評價指標(biāo)體系，通過“生態(tài)海綿”對雨水的滲透及滯留利用，實現(xiàn)水資源保護、城市防洪、水景觀及水污染控制的綜合效益。
【關(guān)鍵詞】雨水利用;城市規(guī)劃;水系統(tǒng)規(guī)劃
近年來很多地區(qū)頻發(fā)干旱和內(nèi)澇等災(zāi)害，引發(fā)我們對城市水危機的深刻思考。水資源短缺和洪澇災(zāi)害并發(fā)的一個重要原因是雨水資源沒有得到合理利用，而是通過排水系統(tǒng)排走，但排水設(shè)施的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較低且城市排澇標(biāo)準(zhǔn)體系的缺失造成了暴雨時節(jié)嚴(yán)重積水，產(chǎn)生洪澇災(zāi)害，加劇了城市缺水，水污染以及生態(tài)環(huán)境惡化等問題。通過雨水資源化解決水危機及洪災(zāi)問題一直是很多學(xué)者關(guān)注的重點［1－3］，它對于緩解水資源危機，補償城市生態(tài)環(huán)境及防洪減災(zāi)等方面具有重大社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益。
現(xiàn)有關(guān)于雨水資源化的研究大多從工程設(shè)計方面入手，但實際上應(yīng)整體和多目標(biāo)的解決雨水問題，而非單一工程的解決方式，在城市發(fā)展的規(guī)劃層面需前瞻性的分析雨水資源化的方向，構(gòu)建雨水利用及生態(tài)安全格局，發(fā)達(dá)國家已從單純的工程技術(shù)層面走向與景觀生態(tài)設(shè)計緊密結(jié)合［4－7］。城市規(guī)劃及城市景觀規(guī)劃設(shè)計理應(yīng)為解決環(huán)境問題提供可操作的平臺，而傳統(tǒng)的城市規(guī)劃，主要是將雨水通過管網(wǎng)排除或收集至污水廠進行處理解決點源污染，卻導(dǎo)致排水設(shè)施壓力增加，且雨水徑流的面源污染得不到控制，威脅城市的安全。目前城市雨水利用尚未納入城市規(guī)劃的考慮范圍，造成雨水利用設(shè)施建設(shè)隨意性較大;未來城市規(guī)劃需充分認(rèn)識雨水資源的價值，在規(guī)劃中積極引入雨水資源化的理念，通過雨洪利用和景觀生態(tài)設(shè)計等手段解決城市水危機。
本文針對北京首鋼工業(yè)改造區(qū)進行雨水利用規(guī)劃研究，將雨水作為地區(qū)景觀設(shè)計的重要元素，將雨水利用納入城市規(guī)劃體系中，構(gòu)建雨水利用“生態(tài)海綿”地區(qū)。初步優(yōu)化探討“生態(tài)海綿”地區(qū)雨水利用的綜合效益，并在此基礎(chǔ)上提出雨水利用構(gòu)建技術(shù)和評價指標(biāo)體系，以期為后續(xù)土地一、二級開發(fā)及雨水利用工程設(shè)計提供參考。
1項目概述
2007年，北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院完成了《首鋼工業(yè)區(qū)改造規(guī)劃》，根據(jù)區(qū)域發(fā)展要求并落實北京城市總體規(guī)劃，首鋼主廠區(qū)及其協(xié)作發(fā)展區(qū)應(yīng)作為北京城市西部的綜合服務(wù)中心;作為中國鋼鐵工業(yè)改造轉(zhuǎn)型的典范，應(yīng)走出一條特色工業(yè)資源與現(xiàn)代科技文化相結(jié)合的發(fā)展之路，成為后工業(yè)文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)區(qū)。根據(jù)區(qū)域發(fā)展要求并落實北京城市總體規(guī)劃，按照總規(guī)要求創(chuàng)新規(guī)劃理念和方式方法，在該規(guī)劃中探索低碳生態(tài)的規(guī)劃設(shè)計指標(biāo)體系。
工業(yè)區(qū)地形坡度大，現(xiàn)狀雨水通過人民渠排除，但是河道斷面狹窄，過水能力低;現(xiàn)狀月季園和晾水池兩處水域都采用自來水補水，因無雨水收集設(shè)施及地勢等影響，雨水無法流入湖內(nèi)補充水體，現(xiàn)狀雨水利用幾乎處于空白。
根據(jù)工業(yè)區(qū)改造建設(shè)低碳生態(tài)城市的目標(biāo)，對雨水利用提出一些要求:第一，必須保障防洪安全;第二，以節(jié)約利用水資源為目標(biāo)，構(gòu)建以雨水利用為主的景觀;第三，通過雨水利用恢復(fù)規(guī)劃區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)，保障規(guī)劃區(qū)生態(tài)安全格局;第四，雨水利用規(guī)劃與土地開發(fā)、景觀設(shè)計、豎向規(guī)劃及其他涉水專項規(guī)劃協(xié)同編制，確保規(guī)劃能夠?qū)嵤?/span>
2“生態(tài)海綿”規(guī)劃理念
2.1理念概述
本規(guī)劃結(jié)合“生態(tài)排水+管網(wǎng)排水”雨水排除新模式，融合雨水開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域最新的可持續(xù)發(fā)展及低影響開發(fā)等理念，構(gòu)建“生態(tài)海綿”雨水利用地區(qū)的規(guī)劃理念。
“生態(tài)海綿”地區(qū)要求改變傳統(tǒng)雨水排放的模式，它要求采用與自然相近的雨水管理方法，盡可能不讓雨水外排，而是分散的蓄留和初步凈化。整個規(guī)劃區(qū)應(yīng)該像海綿一樣，將進入的雨水短暫的存儲起來，再利用或緩慢下滲，構(gòu)建生態(tài)海綿地區(qū)規(guī)劃理念，強調(diào)雨水可持續(xù)利用，把雨水“排水量零增長”的概念形象表達(dá)出來，這種理念符合生態(tài)環(huán)境保護及低碳生態(tài)城市發(fā)展的要求。
2.2綜合目標(biāo)
本規(guī)劃兼顧城市用地和空間開發(fā)宏觀指引，制定雨水綜合利用的空間分布、分類及技術(shù)措施等;微觀上進行雨水利用規(guī)劃設(shè)計的要點控制，確定具體利用技術(shù)，控制指標(biāo)及相關(guān)配套政策等。期望能夠從宏觀和微觀相結(jié)合的層面上進行雨水利用綜合規(guī)劃，進而實現(xiàn)調(diào)蓄減排、水資源保護、雨水利用、水污染控制、水景觀及微氣候改善等綜合效益。
2.3評價指標(biāo)
針對規(guī)劃構(gòu)建的“生態(tài)海綿”地區(qū)從經(jīng)濟、資源環(huán)境等角度出發(fā)提出三類指標(biāo)，具體見表1。
雨水利用強度類指標(biāo)反映雨水利用的程度，其中年雨水排放率指該地區(qū)進行雨水利用改造后排入市政管網(wǎng)的雨水量占全年總降雨量的比例，零排放降雨量和零排放重現(xiàn)期指可被規(guī)劃區(qū)滯留的降雨量和該降雨量對應(yīng)的重現(xiàn)期。經(jīng)濟類指標(biāo)反映雨水利用設(shè)施的建設(shè)及管理成本，資源環(huán)境類指標(biāo)反映雨水資源化程度及環(huán)境污染的控制情況。根據(jù)規(guī)劃區(qū)的實際情況制定各類指標(biāo)的限制值，可控制和指導(dǎo)土地開發(fā)利用過程中雨水設(shè)施用地的預(yù)留和建設(shè)，指標(biāo)體系也可用來預(yù)測及驗證規(guī)劃方案實施后的實際效果。本文構(gòu)建的指標(biāo)體系主要為本規(guī)劃效益評價服務(wù)，期望后續(xù)繼續(xù)完善雨水利用指標(biāo)體系，為雨水利用相關(guān)管理控制措施及法規(guī)的制定提供幫助。
2.4技術(shù)體系
構(gòu)建“生態(tài)海綿”地區(qū)的技術(shù)體系由雨水凈化系統(tǒng)、雨水滲透系統(tǒng)和雨水蓄集利用系統(tǒng)組成。規(guī)劃方案以綠地改造利用技術(shù)為核心技術(shù)，聯(lián)合其他以綠地為主要空間的雨水綜合利用技術(shù)，進而實現(xiàn)雨水的生態(tài)海綿吸收滲透方式。
屋頂:以屋頂綠化和屋頂花園改造為主，綜合徑流系數(shù)設(shè)計為0.2。廣場道路:采取透水鋪裝改造。綠地:地塊內(nèi)綠地主要以低勢綠地、雨水花園等生物滯留系統(tǒng)為主，并結(jié)合滲透溝和植物溝渠滲透系統(tǒng)，整個系統(tǒng)以細(xì)粉砂的滲透系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)(取1×10－5m/s)，蓄水深100～200mm;公共綠地以生態(tài)濕地、景觀池等雨水集中利用設(shè)施改造為主，并配套相應(yīng)蓄水池，蓄水深200～500mm;道路綠化帶采取綠色街道的改造建設(shè)，蓄水深200mm。后續(xù)詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計計算，都將按照相關(guān)技術(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行計算分析。
3方案設(shè)計計算
3.1綜合方案(圖2)
研究針對規(guī)劃區(qū)的地質(zhì)、環(huán)境、水文和氣象等條件進行分析，論證了雨水利用的可行性，確定雨水利用的主要途徑為下滲補充地下水，部分補充景觀水系。
宏觀上，將整個規(guī)劃區(qū)按照現(xiàn)有水域和綠地分布分為南北兩區(qū)，不同匯水面雨水經(jīng)初期截污措施后優(yōu)先下滲補充地下水源，多余雨水以重力流方式匯集至南北兩區(qū)的水系中。其中北區(qū)以現(xiàn)有晾水池為調(diào)蓄池接納未滲透的雨水，南區(qū)以現(xiàn)有景觀湖泊為調(diào)蓄池，并在水系周邊的公共綠地中建設(shè)生態(tài)濕地景觀，構(gòu)造親水空間，起到美化環(huán)境和凈化水質(zhì)的雙重功效。發(fā)生暴雨時溢流雨水通過防洪渠排除。
微觀上，將位于長安街兩側(cè)的地塊作為示范區(qū)，對其進行雨水利用詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計，其中示范區(qū)1為綜合商業(yè)用地，示范區(qū)2為商業(yè)和公共綠地組合用地(該區(qū)域內(nèi)含有景觀水體)，通過對典型地塊的優(yōu)化設(shè)計，探討全區(qū)雨水利用的技術(shù)體系及控制指標(biāo)。
3.2設(shè)計計算
3.2.1綜合滲透系統(tǒng)
示范區(qū)1為綜合商業(yè)用地，匯水面由屋面、綠地、道路和廣場組成，區(qū)域內(nèi)無大面積水域，無景觀補水需求，因此本區(qū)雨水利用系統(tǒng)設(shè)計為“屋頂綠化+高位花壇+透水鋪裝+低勢綠地+植被淺溝、滲透溝”的雨水綜合滲透利用系統(tǒng)。屋面徑流經(jīng)屋面綠化截留凈化后再流經(jīng)高位花壇(內(nèi)填滲透性能好、凈化能力強的人工混合土)進行滲透凈化。道路雨水一部分經(jīng)透水鋪裝直接滲透，一部分與屋面雨水一起通過低勢綠地，流入滲透淺溝;雨量較大時，雨水沿著淺溝進入滲透溝下滲;超過滲透能力的雨水排入市政雨水管網(wǎng)。
為確定雨水利用措施的最佳方案，綜合北京市已有的工程設(shè)計經(jīng)驗，分析屋頂綠化改造比例、綠地改造比例、滲透鋪裝比例以及設(shè)計零排放降雨量對經(jīng)濟成本的影響。具體優(yōu)化分析計算如下。
(1) 固定綠地改造和鋪裝改造比例分別為20%和30%、考察屋頂綠化和設(shè)計零排放降雨量對經(jīng)濟成本的影響，結(jié)果見表2。
由表2可見，屋頂綠化改造比例的提高，對提高地塊零排放降雨量的作用較小，且隨改造比例增加所有經(jīng)濟指標(biāo)都相應(yīng)增加，因此需適當(dāng)降低屋頂綠化比例以節(jié)省成本。
(2) 固定綠地改造和屋頂綠化比例分別為20%和10%、考察透水鋪裝和設(shè)計零排放降雨量對經(jīng)濟成本的影響。結(jié)果表明，與屋頂綠化相似，透水鋪裝改造比例的提高，對提高地塊零排放降雨量的作用不明顯，且隨改造比例增加所有經(jīng)濟指標(biāo)都相應(yīng)增加。
(3) 固定透水鋪裝和屋頂綠化比例分別為30%和10%、考察綠地改造和設(shè)計零排放降雨量對經(jīng)濟成本的影響，結(jié)果見表3。
由表3可見，與屋頂綠化和透水鋪裝不同，綠地改造比例的提高，對提高地塊設(shè)計零排放降雨量的作用明顯，且隨改造強度增加，噸水綜合利用和噸水維護成本有所降低，表明提高綠地改造比例可提高零排放降雨量和降低經(jīng)濟成本。本結(jié)論從蓄水量及經(jīng)濟最優(yōu)方面驗證了學(xué)界關(guān)于綠地是城市雨水利用最佳效益獲取場所的論述［8－10］。
通過對三種影響因素及各種經(jīng)濟指標(biāo)的綜合分析，針對示范區(qū)的雨水利用綜合滲透系統(tǒng)，綠地改造25%左右、設(shè)計零排放降雨量35mm左右是最佳雨水利用改造措施方案。
3.2.2以景觀水體為核心的綜合利用系統(tǒng)
示范區(qū)2是公共綠地和商業(yè)綜合用地，區(qū)內(nèi)有景觀水體，因此規(guī)劃構(gòu)建“以景觀水體為核心的綜合利用系統(tǒng)”。屋面雨水先經(jīng)屋頂綠化截留凈化后再流經(jīng)建筑物周邊雨水花壇等設(shè)施進行滲透凈化。凈化后的雨水再流經(jīng)設(shè)置于景觀水池中的人工濕地，出水水質(zhì)可符合景觀水體的水質(zhì)要求，經(jīng)濕地處理后排入景觀水池。多余雨水通過綠地滲透系統(tǒng)進行下滲補充地下水。
與綜合滲透系統(tǒng)一樣，采取同樣方式優(yōu)化分析最佳方案，結(jié)論與綜合滲透系統(tǒng)一致:屋頂綠化和透水鋪裝改造比例的提高不能提高零排放降雨量且增加經(jīng)濟成本，綠地是最經(jīng)濟的雨水利用場所。
經(jīng)濟性分析表明:總凈增造價、年折舊費用、單位面積凈增造價、噸水投資折舊和年維護費用都按照改造比例增加而增加，但噸水維護費用和噸水利用綜合成本隨改造比例的提高變化曲線如圖3和圖4所示。
綜上分析，針對“以景觀水體為核心的綜合利用系統(tǒng)”，綠地改造11%左右、設(shè)計零排放降雨量40mm左右是最佳雨水利用改造方案。
3.2.3規(guī)劃區(qū)綜合方案計算
以示范區(qū)的設(shè)計計算結(jié)論為依據(jù)，規(guī)劃全區(qū)雨水利用方案，按照雨水利用強度等級，提出4種方案，具體見表4。針對4種方案進行經(jīng)濟性及滯留雨水量分析，結(jié)果見表5。
按照4種方案考察不同利用方案情況下，全區(qū)可滯留的降雨量、零排放標(biāo)準(zhǔn)及雨水利用率等指標(biāo)，方案3為最佳方案。后期土地一級和二級開發(fā)利用需以此改造比例為標(biāo)準(zhǔn)進行不同性質(zhì)地塊雨水利用設(shè)施建設(shè)。
4“生態(tài)海綿”效益分析
上文已構(gòu)建了“生態(tài)海綿”地區(qū)評價指標(biāo)，利用這一指標(biāo)體系進行規(guī)劃方案的綜合效益分析，4種規(guī)劃方案的經(jīng)濟性分析見表5，最佳方案3時，規(guī)劃區(qū)可滯留98mm降雨量，相當(dāng)于規(guī)劃區(qū)3年重現(xiàn)期以上的降雨量都可被“海綿”吸收，雨水利用率可達(dá)90%(表6)。
結(jié)合全區(qū)水域的調(diào)蓄和滲透補充地下水，方案3實施后可節(jié)約水資源量202.47萬m3，雨水經(jīng)綠地滲透和生態(tài)濕地等雨水利用設(shè)施凈化，大大減輕了雨水中污染物對環(huán)境的污染，根據(jù)北京市雨水污染物濃度的監(jiān)測值和凈化設(shè)施凈化能力，預(yù)計方案3實施后可減少COD外排量101萬t，這對生態(tài)環(huán)境的保護具有重大意義。
5結(jié)語
長期以來，城市涉水規(guī)劃中雨水排除與利用規(guī)劃均未被以單項規(guī)劃進行，且雨水利用規(guī)劃與其他專項規(guī)劃之間缺少有機聯(lián)系。將雨水資源化思想融入城市規(guī)劃、水系統(tǒng)規(guī)劃、環(huán)境規(guī)劃及綜合防災(zāi)等規(guī)劃中，對未來城市健康、可持續(xù)的發(fā)展具有重要意義。
未來可以“生態(tài)海綿”地區(qū)構(gòu)建為借鑒，創(chuàng)新雨水利用規(guī)劃理念，進一步完善雨水利用規(guī)劃的法規(guī)、管理政策、盡可能將雨水利用規(guī)劃由非傳統(tǒng)規(guī)劃改變?yōu)榉ǘㄒ?guī)劃，引導(dǎo)社會認(rèn)識雨水利用的重要性，加大相關(guān)研究和實踐的投入，從法律、經(jīng)濟和教育等方面提供保障，創(chuàng)造適合我國雨水利用的技術(shù)和藝術(shù)。
【參考文獻】
［1］曹秀芹，車武．城市屋面雨水收集利用系統(tǒng)方案設(shè)計分析［J］．給水排水，2002(1):13－15．
［2］BarraudS，GautierA，BardinJP，RiouV．The impact of intentional stormwater infiltration on soil and groundwater［J］．WaterScienceandTechnology，1999(2):185－192．
［3］張元勛．城市雨水資源化技術(shù)［J］．污染防治技術(shù)，2005(1):28－31．
［4］馮峰，孫五繼．洪水資源化的實現(xiàn)途徑及手段探討［J］．中國水土保持，2005(9):4－5．
［5］車武，李俊奇．從第十屆國際雨水利用大會看城市雨水利用的現(xiàn)狀與趨勢［J］，給水排水，2002，28(3):12－14．
［6］宋云，俞孔堅．構(gòu)建城市雨洪管理系統(tǒng)的景觀規(guī)劃途徑———以威海市為例［J］．城市問題，2007(8):64－69．
［7］俞孔堅．以土地的名義:對景觀設(shè)計的理解［J］．建筑創(chuàng)作，2003(7):28－29．
［8］王沛永，張媛．城市綠地中雨水資源利用的途徑與方法［J］．中國園林，2005:75－81．
［9］趙廣川．濟南市市區(qū)雨洪水蓄排研究［D］．南京:河海大學(xué)，2006(6)．
［10］田國行．城市綠地系統(tǒng)生態(tài)規(guī)劃的理論分析［J］．中國園林，2006(9):88－91．
