海绵城市理念的雨水湿地系统构建

韩旭东

摘要：近些年来，我國的城镇化建设的进程不断加快，这也使得城市建筑密度不断提升，在道路上、屋面上等关键位置存在的不透水的位置逐渐增多，这使得当暴雨来临时，地表径流数量增加，对地下水的补给量逐渐减少，造成地下水质的降低，还容易使得城市出现内涝的现象，对人们的正常生产以及生活带来了极大的负面影响。鉴于此，本文主要分析海绵城市理念的雨水湿地系统构建。

关键词：海绵城市;雨水湿地;构建

中图分类号：TU712   文献标识码：A

1、引言

随着社会经济的迅速发展，城市化进程不断加快，屋面、道路、地面等设施的建设导致下垫面硬化，70%～80%的降雨形成径流，仅有20%～30%的雨水能够渗入地下，破坏了自然生态的“海绵体”，导致逢雨必涝、遇涝则瘫、城里看海等现象的产生，带来生态恶化、水资源、水安全等一系列严重问题。传统的以“快速排除”和“末端集中”控制为主的规划设计理念已经难以为继，而以“渗、滞、蓄、净、用、排”为设计理念的海绵城市建设将是发展趋势。因此，具有吸收、存蓄、渗透、净化、调节水循环等功能的新型蓄水透水材料将在海绵城市建设中发挥巨大作用。

2、雨洪管理的目标分类

目前，我国城市雨洪管理在规划层面的目标一般包括径流总量、径流峰值、径流污染等方面的削减与控制。这些目标大多以控制指标的形式而制定，各指标分类分区的定量管控，有利于城市在流域层面的水文恢复。但对于设计层面而言，这些目标相对单薄，缺乏对场地美化、生态、防灾等功能特征的体现。故本研究综合以上管理目标，结合城市公园的造景需求，从定性角度，将城市公园设计的雨洪管理目标分为以下4个方面：（1）雨洪径流控制目标，强调对场地内主要汇水面雨水径流总量、峰值的控制和削减;（2）雨水污染净滤目标，强调利用自然水文过程对场地内的雨水进行渗滤和净化;（3）雨水资源利用目标，强调利用雨水储存设施对场地内的雨水进行收集和利用;（4）雨水景观营造目标，强调雨水运动过程的景观化，使重力势能转化为动能，体现“活水”景观。

3、雨水型人工湿地的“海绵功能”运行机制

3.1、削弱径流洪峰机制

湿地公园一般具有大面积的绿地和景观水体，可以消纳一定城市区域内的雨水。在竖向设计中，通过地形和地表的设计，可以进一步降低径流速度，削减洪峰。比如通过控制地形的坡度，延长地表雨水的径流路径，减缓径流速度，从而延长了雨水下渗的时间，增加了渗透量。也可以通过设置坑塘级差，消减洪流。例如广州大观湿地公园在原有湿地基础上，按照防洪要求计算后，依地势设置7个小水塘，每个水塘深约1～1.5m，形成具有落差的“海绵泡”。这些高低错落的“海绵泡”，起到阻缓减弱地表径流，避免产生洪流的作用。

3.2、污染治理机制

人工湿地一般由五个元素构成：（1）水;（2）饱和基质：如砾石、砂和土壤，还有矿渣、煤渣和活性炭等。这些基质可以为微生物的生长提供稳定的依附表面;（3）水生植被：适于在湿地基质中生长，并具有较强净化能力的植物，如灯芯草、香蒲、芦苇等;（4）动物：如鱼类、水禽等;（5）微生物种群。人工湿地中水质净化的基本过程是：在基质上种植具有较强吸附和吸收污染物的湿地植物，当污水流过人工湿地时，首先经过透水基质的过滤作用，再通过植物根部多种微生物的分解活动，将污染物进行分解、吸收、转化和利用，净化水质。

3.3、雨水资源再利用机制

在设计中需要根据基地的自然水文条件来选择适宜的生态调蓄设施，实现对雨水的调蓄和资源化回用。宜优先采用具有调蓄空间的景观水体，如雨水花园、雨水湿地、湿塘等生态调蓄设施，通过模拟自然湿地的布局和功能，起到雨水调蓄、水质净化的作用。当生态蓄水设施的调蓄容量无法满足调蓄要求时，可以通过设置蓄水池、蓄水桶等人工蓄水设施增加蓄水能力，也可以采用设置渗透井，铺设渗透管的方式收集雨水资源。初期雨水进行集中过滤、消毒后可用于绿化浇灌用水、公园路面清洁、厕所冲洗及消防用水等。

4、海绵城市理念的雨水湿地系统构建

4.1、处理工艺流程

本工程中处理初期雨水采用组合式人工湿地工艺，设计为三级湿地串联，包括潜流型人工湿地、表流型人工湿地和生态稳定塘。经调蓄池初步处理过的雨水首先通过DN1200mm管道压力输入潜流湿地，潜流湿地出水依次流入一级表流湿地和一级生态稳定塘，然后再通过二级表流湿地和二级稳定塘，最后出水流入生态沟渠。整个湿地水体流动通过设置湿地高程实现重力自流，进入潜流湿地的进水水位高程设置为10.05m，一级表流湿地、一级生态稳定塘、二级表流湿地、二级生态稳定塘高程分别为9.50、9.30、8.90和8.75m。

4.2、设计特点

本次工程将人工湿地系统净化后的雨水作为黑臭水体的补水水源，创新性地实现了雨水湿地系统与黑臭水体整治的有机结合，既减少了雨水的排放，又改善了黑臭水体水质。

4.3、水力停留时间

水力停留时间是人工湿地设计中的一个重要参数，其受湿地长度、宽度、植物、基地材料渗透率、水深和水力坡度等因素影响。根据研究数据表明，一般水力停留时间最大不超过24h，暴雨期间至少有30min的水力停留时间以保证处理效果，水力停留时间达到10～15h就可以达到很好的处理效果[14]。依据日处理污水量（80000m3/d）和设计池容，计算可得本工程中潜流湿地设计水力停留时间为24h;一级表流湿地为12h;一级生态稳定塘为12h;二级表流湿地为7.5h;二级生态稳定塘为9h。

4.4、基质选择

基质是指在人工湿地床体内用以提供人工湿地植物与微生物生长并对污染物起过滤、沉淀、吸附等作用的填充材料，一般是砾石、砂子、土壤和煤渣等。本次工程中选用多种填料布置方式，主要填料是砾石，辅助少量的沸石和钢渣作为强化介质，同时沸石用来强化氨氮的去除，钢渣用来强化磷的去除。填料层的粒径为5～30mm，孔隙率为30%～40%，厚度为125cm。

4.5、植物选择

水生植物的选择使用是人工湿地正常发挥污染治理效能的关键所在，很多工程经验表明利用人工湿地处理初期雨水技术应用效果最好的水生植物有芦苇、菖蒲和美人蕉。同时考虑到植物的生长期，本次也选用了四季常绿的风车草、常绿鸢尾和灯芯草。

5、结束语

随着我国海绵城市理念的扩展，利用人工湿地作为雨水调蓄和净化的空间，雨水回用缓解城市水资源问题，同时发挥湿地公园保护生物多样性、生态教育、观光休闲以及形成城市生态景观系统的作用，将成为湿地公园建设的综合功能目标。但是对这种复杂生态设施的设计还有待于通过设计、园林、市政、生态、环保等跨专业的合作，不断摸索，并以量化的方式总结经验，形成系统性研究，方能最大限度地发挥人工湿地公园的生态效益和社会效益。

参考文献

[1]孙玉童，方志华，夏明升，刘程.基于海绵城市理念的雨水湿地系统构建[J].工业用水与废水，2020，51（01）：79-81.

[2]杨帆，邓宏.海绵城市理念下山地城市公园绿地雨水系统构建研究——以重庆市悦来新城会展公园为例[J].建筑与文化，2019（09）：80-81.

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