基于海绵城市设计的老城区面源污染控制体系

庄 景，刘敏娜，黄 超

(1.中国新型建材设计研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020)

基于海绵城市设计的老城区面源污染控制体系

庄 景1，刘敏娜1，黄 超2

(1.中国新型建材设计研究院，浙江 杭州 310003； 2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020)

在点源污染得到控制后，降雨径流产生的面源污染将成为城市污染的主要来源，其中以老城区的面源污染问题尤为突出。为了解决老城区的面源污染问题，基于海绵城市，建立尊重自然、顺应自然的低影响开发模式理念，以小区与建筑、城市道路、城市绿地与广场、城市水系4大区域为载体，以城市绿地与广场为核心，构建城市老城区面源污染控制体系。指出城市面源污染控制中存在的问题，并建议在未来城市面源污染控制研究中，要加强对后期管理与公众参与方面的研究。

海绵城市； 低影响开发； 城市面源污染； 城市老城区

随着城市规模的扩大，以及城市化进程的加快，城市不透水地面面积迅速增长。在点源污染得到控制以后，以降雨径流为主的面源污染将成为城市水体污染的主要来源[1]。近年来，国外各种面源污染控制的设计理念相继引入我国，例如暴雨最佳管理措施(best management practice，BMP)、低冲击开发模式(low impact development，LID)、可持续城市排水系统(sustainable urban drainage，SUDS)，以及水敏性城市设计(water sensitive urban design and development，WSUD)等[2-3]。我国为了有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境，在借鉴了国际上低影响开发建设模式成功经验的基础上，根据国内相关政策法规的要求和低影响开发雨水系统的工程经验，在国内推广进行海绵城市的建设。结合这些先进的理念，国内研究者对城市面源的污染特征[4-6]、影响因素[7-8]、控制措施技术与思路[3,9-10]等进行了诸多的研究，同时在部分地区进行了应用[11-15]，取得了一定的成果。但是这些研究和推广主要集中在新城区建设以及大规模旧城区改造建设中，对于不能进行大规模改造的城市老城区，仅有部分学者进行了研究，如段丙政[16]针对重庆老城区各种下垫面的面源污染及街尘清扫措施进行了研究，储金宇等[17]对镇江老城区降雨地表径流污染特征进行分析，张显忠等[18]对老城区初期雨水污染现状与调蓄策略进行了研究；但这些研究未能从区域整体尺度上提出控制面源的方法。城市老城区土地利用价值高，人群相对密集，人类活动较为频繁，对区域进行大规模的改造十分困难，可用于改造的空间较少，排水设施老旧，其面源污染问题更为突出。为了在老旧城区无法进行彻底改造的近期有效地控制老城区的面源污染，特结合海绵城市设计理念，构建了基于海绵城市设计的老城区面源污染控制体系，旨在为城市老城区面源污染的控制提供科学参考与依据。

1 海绵城市介绍

1.1 海绵城市的概念

海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设遵循生态优先的原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，提高雨水资源化水平，保护生态环境[19]。

1.2 海绵城市理论内涵

海绵城市建设又称为低影响设计或低影响开发(low impact design or development)，其内涵是建立尊重自然、顺应自然的低影响开发模式，系统地解决城市水安全、水资源、水环境问题，具有自然积存、自然渗透、自然净化3大功能[19-20](图1)。

1.3 海绵城市的构建

海绵城市的构建从生态系统服务出发，结合多类具体技术，跨尺度构建水生态基础设施(图2)，其基础与核心就是低影响开发技术的应用[21]。该技术须具有源头削减、中途转输、末端调蓄其中一种或多种功能，能提高城市对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，实现城市良性水文循环，维持或恢复城市的“海绵”功能。

图1 海绵城市3大自然功能

图2 海绵城市的构建

2 老城区的面源污染控制措施

2.1 老城区面源污染特征

城市面源污染的污染类型及负荷与降雨强度、降雨量、降雨历时、城市土地利用类型、大气污染状况、地表清扫状况等有关[8,22]。老城区相对于其他城市区域，其面源污染具有如下特征：一方面，中心城区人类活动频繁，人口密度高，污染负荷高，亟须面源污染控制[23]；另一方面，老城区一般土地价值与利用率高，土地资源紧张，面源污染控制措施能利用的空间小，可选择的技术措施少，面源污染控制制约因素多。

2.2 老城区的面源污染控制体系

根据土地利用类型将老城区划分为建筑与小区、城市道路、城市绿地与广场、城市水系4类区域，将在其各自区域产生的径流通过有组织地汇流与转输，经截污等预处理后引入具有雨水渗透、储存、调节等功能的低影响开发设施，通过对渗透、储存、调节、转输、截污净化等几类低影响开发技术的组合应用，实现对面源污染的水量、水质控制以及雨水资源化利用等目标。四类区域面源污染控制措施以城市绿地与广场区域的面源污染控制措施为核心，既相互独立又相互联系，共同组成老城区面源污染控制体系：建筑与小区、城市道路、城市水系面源污染控制应因地制宜，以易于小规模改造的低影响开发设施为主；对于城市绿地与广场，其管理口径统一，空间体积大，滞蓄空间和净化能力可提高的空间大，进行大规模改造，可作为面源污染控制体系的核心，接纳周边其他区域因条件所限无法设置低影响开发设施或者超过其滞蓄空间外的径流，通过和绿地与广场区域的联通，借助其强大的滞蓄空间和净化能力，从整个区域的层面来实现面源污染的全过程控制，解决老城区内某些区域因条件有限无法进行面源污染的“源头—转输—末端”全过程控制的问题。

城市老城区面源污染控制体系如图3所示，各类用地面源污染控制宜采用的低影响开发设施见表1。

图3 城市老城区面源污染控制的体系

用地类型单项设施建筑与小区透水铺装★、绿色屋顶★、下沉式绿地、生物滞留设施★、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、调节塘、植草沟、渗管/渠、初期雨水弃流设施城市道路透水铺装★、下沉式绿地★、生物滞留设施、雨水湿地、植草沟、渗管/渠、植被缓冲带绿地与广场透水铺装★、下沉式绿地★、生物滞留设施★、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地★、调节池、植草沟★、渗管/渠、植被缓冲带城市水系植被缓冲带★、湿塘、雨水湿地

注：★标表示宜选用。

2.2.1 建筑与小区

建筑小区面源污染可分为屋面和室外道路两类，相应的面源污染控制措施以绿色屋顶、透水铺装为主，实行分散和集中相结合的方式控制面源污染。此外，对于老城区中具有公共场所的小区，应结合小区地形、地貌和雨水特点，在场地内设置集中式雨水设施和末端处理设施，主要以雨水滞留设施为主，如生物滞留设施、下凹式绿地、雨水花园等[24]。收集雨水处理后可作为杂用水用于绿化、浇洒道路、洗车等用途，可产生一定的经济效益[25-26]，还能起到降低城市热岛效应、冬季保温、夏季降温等作用[13]。

熊赟等[14]在对比了不同强度降雨下小区的污染负荷后发现，由于低影响开发设施滞蓄空间有限，暴雨时期低影响开发小区对SS和COD负荷总量的削减率下降快速。因此，对于暴雨时期超过低影响开发设施滞蓄空间的径流，需通过雨水管渠输送至附近城市绿地与广场，充分利用城市绿地与广场的滞蓄空间和净化能力，防止该部分的面源污染进入环境中。

2.2.2 城市道路

李春荣等[27]、欧阳威等[28]对城市中最为常见的屋面、路面和绿地3类下垫面下产生的降雨径流水质的研究结果表明，路面径流产生的污染负荷高于硬质屋面与绿地。在城市区域，交通道路面积广、负荷重，道路暴雨径流污染更为突出[29]，是一类非常重要的面源污染。

在满足道路交通通行安全等基本功能的基础上，充分利用道路自身空间及周边绿化空间，在绿化带下设置蓄水、滞水、净化的措施，推行透水路面、下沉式绿地、LID树池、雨水花园等低影响开发措施[30-31]，并将滞蓄空间外的径流转输至附近的城市绿地与广场进行储存和净化，解决暴雨时期超过低影响开发设施滞蓄空间的径流污染问题。

2.2.3 城市绿地、广场

在城市老城区各类用地类型中，公园和广场绿地的单位蓄水能力相对于小区和道路的绿地要强，是海绵城市建设中最主要的海绵体[32]，亦是整个面源污染控制的核心，具备消纳自身及周边区域径流雨水的功能。

老城区绿地与广场由于建设年代相对久远，采用的传统“雨水快排”的设计理念，群落更新速度较慢、游憩密度过高等原因，导致其植物群落和土壤的雨水滞蓄空间少，净化能力较低，限制了其对面源污染的控制能力。于冰沁等[13]通过对上海共康绿地优化改造示范项目的实践研究发现，城市绿地通过低影响开发技术实施应用后，植物群落冠层截留能力、土壤蓄水容量空间、颗粒物削减率都有大幅度提升，调整后绿地群落雨水蓄积调控能力、群落滞尘能力、降温增湿效应、负离子效应及固碳效应等约提高了2倍，其景观效果也有所提升。城市绿地与广场低影响开发设施可通过乔灌草的立体搭配，自上而下逐级进行雨水植物截留，利用透水铺装、生态沟等形式进行径流过滤与自然促渗，配套采用雨水花园、下沉式广场对径流进行收集利用与调蓄[33]，实现海绵城市的自然积存、自然渗透、自然净化3大功能。

2.2.4 城市水系

城市水系是城市规划内各种水体构成脉络相同系统的总称[34]，包含河流、湖泊、湿地、坑塘、沟渠等城市自然水体，是城市的天然雨水储存净化场所[35]。老城区内最主要的城市水系是河道，其两岸通常为垂直的硬质驳岸。在有条件的河段，恢复自然河岸，建设河滨植被缓冲带、雨水滞留塘以及河滨湿地等影响较低的开发系统[35]。缓冲带与河滨湿地的尺寸与植物筛选和配置决定了河道面源污染控制的有效性，其尺寸受场地空间所限；而植物筛选和配置涉及当地的气候条件、立地条件、水位条件、河道的功能定位等方面，其重要性不容忽视[36-37]。对于无法恢复自然河岸建设河岸缓冲带的河段，采用具有可渗透性的生态驳岸替代原有不透水的硬质驳岸，例如网石笼结构护岸、格宾和雷诺护垫护岸、植被型生态混凝土护坡、自嵌植被式的挡土墙、多孔质护岸等生态驳岸[38]，提高河道的渗透性。

3 城市面源污染控制存在的问题

3.1 重“前”轻“后”

现阶段国内对前期面源污染特征和控制技术的研究较多，而对后期的运行管理研究鲜见报道。而在面源污染控制实际应用过程中，大量面源污染控制措施由于管理不当，无法发挥其应有的作用，例如杭州市的某些绿色屋顶[38]、浙江乔司植物园雨水花园[39]等。

3.2 重“技”轻“众”

在面源污染控制的设计与应用过程中，由于公众参与方面的缺失，导致很多面源控制措施在设计、实施过程中无法得到公众的认同，以致项目后期被搁置甚至是撤销[40]，这也是导致面源污染控制措施无法大面积推广，面源污染一直无法得到有效控制的原因之一。因此，本研究认为面源污染控制未来的研究方向，不仅要对原理及控制技术作进一步研究，更要重视后期运行管理以及公众参与方面的研究。

4 小结

采用海绵城市设计的理念，以小区与建筑、城市道路、城市绿地与广场、城市水系4大区域为载体，以城市绿地与广场为核心，构建城市老城区污染控制体系，以期提高和充分利用老城区内城市绿地与广场的滞蓄空间和净化能力，填补其他区域滞蓄空间和净化能力的不足，旨在为城市老城区的面源污染控制提供方法和建议。同时，建议在未来面源污染控制研究中，加强对后期管理与公众参与方面的研究。

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(责任编辑：高 峻)

2016-10-05

庄 景(1985—)，女，土家族，湖南桑植人，工程师，硕士，主要研究方向为水环境治理，E-mail:zhuangjing_sz@163.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170235

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A

0528-9017(2017)02-0298-05

文献著录格式：庄景，刘敏娜，黄超. 基于海绵城市设计的老城区面源污染控制体系[J].浙江农业科学，2017，58(2)：298-302.