第十届中国（武汉）国际园林博览会海绵体系的构建

李良钰　陈凯　甄斌

摘要：

根据武汉园博园办展的主题、原则、目标，对园区天然水体、人工湖体及自然降水等水资源进行综合规划。园区结合展园地形、植被分布特点，充分利用自然降水作为人工湖及绿化用水水源，并以天然水体为后备水源，构建生态草沟、生态小溪、人工湿地、雨水花园等多种形式的海绵体系，实现雨水入渗、调蓄、回用。本工程节水率超过40%，同时水资源的生态利用方式增强了景观效果，显著降低雨水径流外排负荷。

关键词：水资源，雨水回用，雨水调蓄，年径流总量控制率，生态草沟，人工湿地，绿化灌溉，节水率

1.项目概况

第十届中国（武汉）国际园林博览会位于武汉市研口区、东西湖区和江汉区城市集中建设区内主城区与新城区结合部，规划总用地231ha，其中绿地面积168ha，水体面积8ha，道路/广场等铺装面积40ha，建筑占地11ha，其他用地4ha，如图一。

园博会的主场地坐落于已停运的金口垃圾场，张公堤及三环线横穿园区，场地东北角与城中湖金银湖相接。场地周边与市政道路相邻，市政道路上均有市政给排水管线。三环线以南的场地建有城市雨水箱涵，三环线以北的场地也建有城市雨水箱涵以及城市污水箱涵。

本项目功能以园林景观为主，绿化面积占总用地面积的72.7%，对区域生态环境的改善有明显正效益。

2.目的和依据

2.1目的

园博园海绵体系构建是根据国家关于建设海绵城市、绿色建筑、节水型城市的要求，按照园博园绿色、生态的办展理念，结合园区内外各种水资源的相互关系，对园区水资源进行综合调配、利用的实践，以求做到对水资源的合理利用，构建低影响开发雨水系统，实现水资源综合效益最大化。

园博园海绵体系构建首先要做到园区内部与外部的水资源消耗和补充的平衡。园博园对水资源的消耗主要是建筑内的生活用水、室外绿化和道路浇洒用水、室外水景用水（含蒸发、渗透水量）等，园博园水资源的补充主要是天然降水、市政给水以及附近天然湖泊的补水。经过用水量分析计算，通过采取多种技术手段，可以实现园区内水量平衡。

园博园海绵体系构建将在园区内建立一个低影响开发的雨水系统。构建低影响开发雨水系统就是根据园区自然地理条件、水文地质特点、水资源禀赋状况、降雨规律、水环境保护与内涝防治要求，利用自然排水系统，采用多种生态排水设施和技术手段，充分发挥绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，缓解场地内涝，削减城市径流污染负荷，节约水资源，保护和改善园区进而改善城市生态环境。

园博园海绵体系构建还通过一系列技术手段实现水资源综合效益最大化。水资源综合效益体现在：充分利用雨水等非传统水源进行绿化、冲洗道路等用途，减少对市政自来水的消耗；对场区雨水进行下渗、调蓄，涵养地下水，减小对市政管网的冲击负荷；通过采用生态技术，保持楚水的水质稳定；采取生态措施拦截、降低雨水面源污染；水资源利用设施与景观相配合、相结合，烘托了展会绿色氛围等。

2.2依据

根据住房城乡建设部《海绵城市建设技术指南》对我国各地区对年径流总量控制率的要求，武汉市属于IV区，年径流总量控制率应在70%～8 5%之间。按照《绿色建筑评价标准》三星的要求，对非传统水源的使用率，当作为绿化、冲洗道路时使用率不小于80%。原水经净化处理后作为绿化、冲洗道路时的水质，应满足城市杂用水水质标准，当用于景观时，还应满足景观用水水质标准。

3.园博园管网和海绵体系

3.1绿化和道路浇洒给水系统

3.1.1水源：

水源来自于园区收集的雨水，经初期处理后排至南区楚水，湖水经过水处理工艺后加压供园区绿化和道路浇洒用途，干旱年份楚水应急补水引下银湖湖水补给。

3.1.2用水量：

绿化浇洒按1升/m2·日，道路浇洒按2升/m2·日标准进行设计。

园博会园区最高日绿化和道路浇洒用水量为2264 m3/d。

3.1.3给水管网：

南北区分别沿园区一级园路敷设DN200绿化管路，供各场地绿化和道路浇洒。

3.2排水系统

3.2.1生活污水水量：

最高日排水量2809m3/d。

3.2.2生活污水排水系统：

园博内的污水根据地势，按照就近排放的原则排入市政管网。南区按建筑单体分为三个区域重力式排水，北区根据建筑的位置，散点式重力排放，园区各单体分散设置化粪池，经过处理后的污水排入周边市政道路上的污水管网。如图三。

3.3雨水收集排放系统

3.3.1雨水计算参数：

采用汉口地区暴雨强度公式计算，暴雨强度按表一取值场地雨水根据地块的不同取不同的降雨历时，设计重现期为5年；

径流系数：景观用地为0.3，水体为1.0，展园为0.6，各建筑地块为0.8。

3.3.2雨水水量：

雨水水量按各个地块划分汇水面积，根据不同地块的使用性质确定其径流系数，南区雨水排水量为16451L/s，北区雨水排水量为14122L/s。

3.3.3雨水调蓄：

本项目的年径流总量控制率按70%考虑，所在地武汉地区的设计控制雨量为24m m，雨水有效调滞容积为V=55440m3。

本项目低影响开发雨水系统主要体现为雨水的入渗、滞蓄、调蓄和收集回用。由于园区70%以上为生态绿地，下垫面基本都是种植土，渗透性良好。

雨水渗透量Ws=aKJAsTs=41688m3。

式中：

Ws-渗透量，m3；

a-综合安全系数，a=0.6；

K-土壤渗透系数，K=5.79×10-5m/s；

J-水力坡降，J=1.0；

As-有效渗透面积，As=200×104m2；

Ts-渗透时间，ts=600s；

楚水水体调蓄容积为

V1=Fh=11400x0.8=9120m3。

式中：

V1-调蓄容积，m3；

F-水面面积，F=11400m2；

h-调蓄水位，h=0.8m；

其它雨水调蓄设施的容积V2=V-Ws-V1=4632m3；采用雨水花园的方式进行雨水调蓄，共设24各雨水花园，每个雨水花园调蓄容积不小于V3，

V3：V2/24=193 m3。

通过雨水渗透、楚水蓄积、雨水花园调蓄，园区可达到70%雨水年径流总量控制率的要求。

3.3.4雨水管网：

南区地形四周高中间低，形成了楚水。南区雨水系统根据地势收集场地雨水，经生态拦污后排入楚水。楚水溢流的雨水则排入城市雨水箱涵。收集到楚水的雨水，既作为生态景观水体，同时也作为雨水资源利用的水源，经处理达到城市杂用水水质标准后用作整个园区的绿化和道路浇洒。

北区山体上设置生态草沟，收集山体雨水，通过三环线联通桥排至南区楚水，用作楚水的补水水源。

3.3.5水量平衡

根据各地块收集的雨水用作绿化和道路浇洒之用做水量平衡分析，南区可利用的雨水量全年有6个月能够满足绿化和道路浇洒的需求。6月雨水盈亏达到最大盈值，为67074m3，日均约为2236m3；12月雨水盈亏达到最大亏值，为-14865m3，日均约为496m3。当雨水系统处于最大盈值月份时，雨水系统通过梦泽湖设置的溢流口排出多余雨水，溢流口设计溢流量为1.5m3/s；当雨水系统处于最大亏值月份时，雨水系统采取从下银湖取水进行应急补水，补水设计流量为100m3/h。

北区山体上设置生态草沟，收集山体雨水，通过三环线联通桥排至南区楚水，用作楚水的补水水源。

3.4海绵体系

园博园功能以园林景观为主，绿化面积占总用地面积的72.7%，面源污染主要成分为固体颗粒物，而重金属、有机物、农药等成分相对城市市区面源污染成分显著较少。园区雨水较为清洁，做好初期雨水拦污净化，提高雨水含氧量，就可作为梦泽湖补水的良好水源。为了确保楚水水质，除了采取无动力的生态措施以外，还采用了主动水质保持水处理构筑物。（如表二：水量平衡表）

控制面源污染和雨水滞蓄的海绵体系主要有①采用雨水花园（图四）、生态湿地（图五）、生态草沟等方式，通过植物、土壤的拦截、吸附、吸收作用，降低雨水颗粒物含量，降低BOD等污染负荷和削减雨水径流负荷；②在雨水入湖口设置生态拦污池，通过沉淀、级配填料过滤及水生植物的吸收进一步去除雨水中的固体颗粒物和污染物；③采用STCC碳系水体生态修复工艺和清水型生态系统构建两项新技术，以保证楚水水质，保障雨水资源利用的最大效益。

根据景观水体的自然形状及地势，砌造人工堤坝，堤坝形成宽顶堰，宽顶堰过流水股状态主要与流量有关，流量小时水股贴堰壁下淌，当流量达到起抛流量时，水股即脱离堰壁抛入空中，形成景观瀑布和生态小溪。为了满足人们观赏的要求，还在湖面中央设置大型灯光喷泉水景。瀑布和喷泉在改善梦泽湖景区环境的同时，亦起到了增加水中溶解氧（DO）含量，使水活化且降低水温的作用。

为保持楚水水质，采用了STCC碳系水体生态修复工艺这一新技术（图六）。该工艺是一种多种介质填料的曝气生物滤池技术，采用天然材料和废弃材料作为填料，组成复合填料床，通过特殊的曝气系统在填料床中形成好氧、缺氧和厌氧交替的环境，达到脱氮和除磷的目的。该工艺流程为自然流动式，全程采用淹没式折回曝气生物滤池结构，设备采用封闭地埋式，具有占地面积较小，污泥量少，臭气和噪声等二次污染较少的优点，较好地处理了水处理构筑物与周边环境的关系。

清水型生态系统构建技术是为保持楚水水质而采用的另一项新技术。通过构建水生植物群落、底栖动物、鱼类群落等完整的水生态系统结构，增加水体景观功能，将营养物质在水环境中重新分配，防止水体富营养化，降低景观湖水水质恶化的风险，建立景观湖清水型生态系统。主要工程内容包括：沉水植物群落构建工程、鱼类群落构建工程和底栖动物群落构建工程。

3.5雨水资源利用的应急补水系统

园博园南区的楚水以北区天然湖下银湖作为应急补充水源。

根据人楚水初次充水流量及雨水不足时的补水量，确定取水流量为2000m3/d。

取水流程为：下银湖-取水头部-引水管-格栅间-吸水井-水泵。水处理工艺流程：原水-原水泵-气浮设备-中间水池-过滤水泵-过滤器-消毒-清水池。

原水经提升泵提升至气浮设备内，同时由加药装置投加PAC、PAM药剂，经溶气水释放，使原水中的悬浮物絮凝后迅速上升，然后由刮渣机去除浮渣，气浮出水自流进入中间水池，再经过滤水泵提升至过滤器内过滤，进一步去除水中的悬浮物及其它杂质。原水水质为V类，处理后水质指标达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）中观赏性景观环境用水湖泊类或水景类水质标准。

3.6雨水资源利用系统

园博园南区的楚水作为雨水资源利用水源。

园博会园区最高日绿化和道路浇洒用水量为2264 m3/d。

水处理工艺流程：原水-原水泵-气浮设备-中间水池-过滤水泵-过滤器-消毒-清水池

经处理后到达《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）城市绿化用水水质标准。水处理采用自动曝气符合介质精滤水处理机，处理能力为150 m3/h，设备根据滤层含污量自动调整反冲洗周期，自动实施反冲洗，反冲洗时间不大于2分钟，反冲洗强度32L/s·m2。消毒设备采用次氯酸钠发生器，采用湿式自动投加方式，投加量为2mg/L。绿化灌溉加压泵采用变频加压设备，流量为45L/s，扬程60m。

4.结语

4.1本项目通过对水资源进行综合规划，采用雨水作为非传统水源，作为园区绿化和道路浇洒用途。园区总用水量为5451 m3/d，其中非传统水源用作绿化、洗车机道路浇洒用水量为2264 m 3/d，节水率为41.5%，具有显著经济效益；非传统水源作为绿化和道路浇洒等用途的使用率达到100%，充分利用了雨水资源。

4.2园区通过绿地雨水入渗、人工湖水体接纳、雨水花园蓄积等方式，达到并超过70%年径流总量控制率的要求，实现了雨水低影响开发，削减了雨水径流负荷和污染负荷，减轻了园区内雨水对市政管网的冲击。

4.3园区采取雨水花园、跌水、生态草沟、生态拦污池、生态水处理等多种生态处理措施和设施，将降低面源污染、控制人工湖水质与配合景观设计结合起来，既充分利用了水资源，又起到了烘托园博会主题的效果。

4.4园博园海绵体系的构建，就是针对园区地下水涵养、雨水资源利用、雨水径流污染控制、排水能力提升与内涝风险防控等问题，从“源头减排、过程控制、系统治理”着手，通过园区规划、建设的管控，综合采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等工程技术措施，控制园区雨水径流，实现低影响开发建设，最大限度地减少由于开发建设行为对原有自然水文特征和水生态环境造成的破坏，将园区建设成“自然积存、自然渗透、自然净化”的“海绵体”，使园区能够像海绵一样，适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，丰水期吸水、蓄水、渗水、净水，枯水期将蓄存的水“缓释”并加以利用，从而实现“修复水生态、涵养水资源、改善水环境、提高水安全、复兴水文化”的多重目标。

枯水期将蓄存的水“缓释”并加以利用，从而实现“修复水生态、涵养水资源、改善水环境、提高水安全、复兴水文化”的多重目标。