海綿城市建設(shè)探索與示范——貴州省貴安新區(qū)專欄
貴安新區(qū)是國務(wù)院批復(fù)的第八個國家級新區(qū)，也是唯一一個被賦予建設(shè)生態(tài)文明示范區(qū)使命的新區(qū)，承載著國家綠色發(fā)展戰(zhàn)略。貴安新區(qū)開展海綿城市建設(shè)，具有現(xiàn)狀底數(shù)清楚、相關(guān)規(guī)劃齊全、政策配套完備等優(yōu)勢。
摘要以貴安新區(qū)“兩湖一河”海綿公園規(guī)劃設(shè)計為例，探討水環(huán)境高度敏感區(qū)域海綿城市設(shè)計方法，從外部市政雨水、場地內(nèi)部雨水、匯入支流、內(nèi)源污染四個角度系統(tǒng)研究了城市水系公園的海綿城市設(shè)計思路及技術(shù)措施；同時構(gòu)建了水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)保障水源安全。
0 前言
目前，海綿城市理念已經(jīng)得到了廣泛的實踐和應(yīng)用，尤其是在老城區(qū)對于緩解城市內(nèi)澇發(fā)揮了重大作用。但是對于城市新區(qū)，尤其是水環(huán)境敏感的新區(qū)，如何在城市建設(shè)初期樹立海綿城市理念，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)城市開發(fā)模式，發(fā)揮綠色、灰色基礎(chǔ)設(shè)施功能，控制雨水面源污染，尚沒有成功的案例，本文以貴州省貴安新區(qū)“兩湖一河”項目為例，以海綿城市理論為支撐，針對貴安新區(qū)水系環(huán)境特點及問題，結(jié)合新區(qū)城市建設(shè)進(jìn)展，參考降雨及下墊面情況，提出新區(qū)應(yīng)對水環(huán)境高度敏感的海綿公園規(guī)劃、設(shè)計方法，指導(dǎo)項目建設(shè)與實施。
1 貴安新區(qū)概況
1.1區(qū)位
貴安新區(qū)是國務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)立的第八個國家級新區(qū)，位于貴陽市和安順市相連的中心地帶，也是長江和珠江“兩江”上游地帶，地處長江水系烏江支流與珠江水系紅水河支流的分水嶺。規(guī)劃面積1 795km2，現(xiàn)有79萬人。肩負(fù)“西部地區(qū)重要經(jīng)濟增長極、內(nèi)陸開放型經(jīng)濟新高地、生態(tài)文明示范區(qū)”三大使命。
1.2新區(qū)水環(huán)境特征
貴安新區(qū)近93%的面積位于貴陽市紅楓湖、花溪水庫、松柏山水庫等主要飲用水水源的上游，近72%的面積位于上述水源的流域范圍內(nèi)，從水環(huán)境敏感性看，新區(qū)的中部為水環(huán)境高度敏感區(qū)，僅東部和北部樂平河沿線的水環(huán)境壓力稍小，如圖1所示。
1.3“兩湖一河”項目概況
“兩湖一河”項目為貴安新區(qū)中心區(qū)著力打造的城市水體公園，由月亮湖、星月湖和車田河局部組成，位于中心區(qū)核心位置，設(shè)計紅線范圍667 hm2。其中，月亮湖位于中心區(qū)西南側(cè)，規(guī)劃用地面積約 468 hm2;星月湖位于中心區(qū)中部，規(guī)劃用地面積約 199 hm2;車田河位于星月湖和月亮湖之間，為連通兩湖的水系，用地面積劃入到星月湖公園用地范圍。
隨著城市建設(shè)的推進(jìn)，“兩湖一河”將作為中心區(qū)雨水的主要受納水體，匯集中心區(qū)大部分地表徑流后流出中心區(qū)，與冷飲河匯合后最終流入花溪水庫。“兩湖一河”距離花溪水庫不足10 km，如圖2所示，其水質(zhì)一旦惡化，將嚴(yán)重威脅貴陽市飲用水源安全，因此保護“兩湖一河”水質(zhì)安全責(zé)任重大。
2 海綿公園構(gòu)建策略
綜合分析場地地形、周邊用地布局、水系形態(tài)，分析可能會污染“兩湖一河”水質(zhì)的來源有4部分：
一是紅線范圍內(nèi)有6條支流匯入“兩湖一河”干流，支流上游流經(jīng)村莊、農(nóng)田、養(yǎng)殖場等，村莊的生活污水、農(nóng)田的面源污染、養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖廢水都有可能造成各支流的污染。
二是排入本次規(guī)劃設(shè)計紅線范圍內(nèi)的市政雨水管網(wǎng)排口，由于雨水管網(wǎng)收集了中心區(qū)大部分的雨水，面源污染可能隨著雨水排入湖體中，對水質(zhì)造成污染。
三是本次規(guī)劃設(shè)計紅線范圍內(nèi)的場地內(nèi)部降雨，在重力作用下形成地表徑流并最終匯入“兩湖一河”水體，可能將場地內(nèi)的初期雨水徑流污染帶入湖體，造成水質(zhì)污染。
四是水體和底泥中富集的營養(yǎng)物，可能引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，造成水體中溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化。
此外，為保障“兩湖一河”水質(zhì)安全，還需要構(gòu)建“兩湖一河”水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，強化水質(zhì)在線監(jiān)測及應(yīng)急反應(yīng)能力。
本研究針對以上潛在污染源，分別制定應(yīng)對措施及策略，如圖4所示。
2.1支流污染控制策略
針對支流可能帶來的點源或面源污染，在水體中布置生態(tài)濕地、植物攔截帶和人工浮島等措施進(jìn)行水質(zhì)凈化。生態(tài)濕地和人工浮島通過植物和微生物的吸附、沉淀、過濾和分解等作用去除水中污染物。
2.2市政雨水污染控制策略
“兩湖一河”紅線范圍內(nèi)共有35個市政雨水排口，在每個雨水排口處設(shè)置末端徑流污染控制設(shè)施：水力旋流器和雨水濕地。即市政雨水先經(jīng)過水力旋流器去除漂浮物、無機砂礫、部分有機物和油脂等污染物，降低污染物負(fù)荷，避免懸浮物對下游海綿設(shè)施堵塞；隨后雨水排入雨水濕地，雨水濕地是一種高效的徑流污染控制設(shè)施，主要利用植物吸附以及微生物分解作用削減水中SS、COD、NH3-N和TP，實現(xiàn)城市面源污染有效控制。
2.3場地內(nèi)部地表徑流污染控制策略
針對場地內(nèi)部降雨徑流污染，在分析地形、土壤特性的基礎(chǔ)上，提出了以“滲、凈、排”為主，“滯、蓄”結(jié)合，兼顧“用”等功能需求的海綿設(shè)施方案，通過構(gòu)建透水鋪裝、生態(tài)草溝、植被淺溝、礫石渠、雨水花園、滲透塘、雨水濕地等綠色、生態(tài)排水設(shè)施，實現(xiàn)雨水有組織徑流，并且去除初期雨水徑流污染。雨水徑流組織如圖5所示。
2.4內(nèi)源污染控制策略
針對“兩湖一河”水體及底泥中富集污染物，可配備水下森林凈化水質(zhì)，水下森林根系在底泥中，能夠同時吸收水里和泥里的污染物，在有適當(dāng)深度的水域且水域面積較大的區(qū)域構(gòu)建水下森林能夠減輕營養(yǎng)物過剩帶來的水體黑臭、富營養(yǎng)化現(xiàn)象；同時在相關(guān)區(qū)域配置推流曝氣器和太陽能復(fù)氧設(shè)備，能夠高效原位凈化水質(zhì)，增強水體流動，提高水中溶解氧濃度，較大程度提高水體自凈和循環(huán)能力，防止水體黑臭或富營養(yǎng)化。
3 規(guī)劃設(shè)計方案
3.1支流凈化設(shè)施
生態(tài)濕地對污染物有著較高的去除效果，本著“應(yīng)設(shè)盡設(shè)”的原則，在支流入河口區(qū)域構(gòu)建生態(tài)濕地，考慮到生態(tài)濕地占地面積較大，因?qū)嶋H地形、空間等因素限制無法設(shè)置生態(tài)濕地時，可設(shè)置面積較小的人工浮島作為互補；在支流入河口堤岸形式或防洪條件允許的情況下盡可能設(shè)置植物攔截帶。生態(tài)濕地面積依據(jù)《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）中表面有機負(fù)荷分別進(jìn)行計算確定，同時應(yīng)滿足水力負(fù)荷的要求。
生態(tài)濕地、植物攔截帶和人工浮島布置及設(shè)施規(guī)模見表1、圖6所示。
3.2市政雨水排口凈化設(shè)施
針對“兩湖一河”區(qū)域內(nèi)35個市政雨水管道排口，需要從區(qū)域?qū)用嫜芯?，做好末端徑流污染控制措施，因此沿排水口上溯，以排水管網(wǎng)收水范圍為依據(jù)將外圍匯水區(qū)劃分為35個匯水分區(qū)，對應(yīng)的外圍總匯水面積約為745 hm2，見圖7。
本著“應(yīng)設(shè)盡設(shè)”的原則，結(jié)合具體場地條件，在雨水排口設(shè)置32臺水力旋流器，其中月亮湖布設(shè)10臺，星月湖布設(shè)22臺。除 S26、S15雨水口接入現(xiàn)狀蓄水池、S25雨水口排入“兩湖一河”南部濕地花園中外，其余雨水排口均布置了水力旋流器。水力旋流器布置如圖8所示。
雨水經(jīng)水力旋流器后排入雨水濕地，雨水濕地由進(jìn)水口、前置塘、沼澤區(qū)、出水池、溢流出水口等構(gòu)成，濕地面積計算與本文3.1節(jié)中生態(tài)濕地計算方法相同。除S30、S34、S9-S、S7-1、S11雨水口由于用地限制無法布置雨水濕地，雨水排口靠近支流入河口，可考慮將雨水排入生態(tài)濕地進(jìn)行凈化處理外；其他雨水口均布置了雨水濕地。雨水濕地布置如圖9所示。
3.3場地內(nèi)部地表徑流凈化設(shè)施
結(jié)合景觀設(shè)計平面布置方案和場地豎向，對“兩湖一河”設(shè)計紅線范圍進(jìn)行匯水分區(qū)劃分，在每個匯水分區(qū)內(nèi)布設(shè)海綿設(shè)施，以達(dá)到緩解內(nèi)澇、凈化地表徑流的目的，見圖10。
以其中G-12匯水分區(qū)為例進(jìn)行說明：該匯水分區(qū)構(gòu)建了70 m2下沉綠地、308 m雨水管線、270 m植被淺溝、130 m礫石溝和200 m生態(tài)草溝、308 m2雨水花園、120 m2滲透塘等海綿設(shè)施，分別對源頭、中端、末途的雨水進(jìn)行有效管控。源頭上通過下沉綠地措施對雨水進(jìn)行滯留和下滲；中途時通過生態(tài)草溝、植被淺溝、礫石溝等設(shè)施收集、輸送、凈化雨水；末端時通過雨水花園、滲透塘等設(shè)施對雨水進(jìn)行凈化、調(diào)蓄等處理；此外，在植草溝、雨水花園和滲透塘內(nèi)部設(shè)置溢流口，通過溢流雨水管將超標(biāo)雨水排入“兩湖一河”水體中（見圖11）。
3.5內(nèi)源污染控制設(shè)施
在有適當(dāng)深度的水域且水域面積較大的區(qū)域構(gòu)建水下森林，主要選擇水生植物為苦草、黑藻、輪葉黑藻、伊樂藻、狐尾藻、竹葉眼子菜、龍須眼子菜等，規(guī)劃設(shè)置面積約為9 800 m2。在水流較緩與湖體的邊角死水區(qū)設(shè)置水下推流曝氣器和太陽能復(fù)氧設(shè)備，分別設(shè)置17臺。水下森林、水下推流曝氣器和太陽能復(fù)氧設(shè)備布置如圖12所示。
4 水質(zhì)監(jiān)測方案
鑒于“兩湖一河”區(qū)域水環(huán)境如此敏感，為保護水源安全，保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)，規(guī)劃在項目范圍內(nèi)35個市政雨水排口和6個支流匯入口均設(shè)置監(jiān)測設(shè)備，用于實時監(jiān)測雨水排口及支流的水量及水質(zhì)，其中，水量監(jiān)測指標(biāo)包括流量和液位，水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)包括SS、CODMn、氨氮、總磷。在線監(jiān)測儀表信號通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入“貴安新區(qū)海綿城市監(jiān)管平臺系統(tǒng)”。
布置在雨水口處的監(jiān)測設(shè)備有：在線SS檢測儀、在線超聲波流量計、在線液位計。布置在支流匯入口處的監(jiān)測設(shè)備有：在線SS檢測儀、在線超聲波流量計、氨氮、CODMn、TP檢測儀，見圖13。
5 污染物削減分析
“兩湖一河”的匯水包括匯入支流、外部市政管網(wǎng)雨水和場地內(nèi)部地表徑流3部分，本研究針對以上3部分匯水分別采取相應(yīng)污染物控制措施保證“兩湖一河”水質(zhì)安全。濕地類污染物控制設(shè)施對不同水質(zhì)指標(biāo)的去除率參考《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）表2人工濕地系統(tǒng)污染物去除效率，設(shè)備類污染控制設(shè)施去除率參考設(shè)備廠家提供相關(guān)數(shù)據(jù)，最終確定去除率如表3所示。
5.1市政雨水
依據(jù)“兩湖一河”周邊用地類型確定市政雨水進(jìn)水水質(zhì)，月亮湖市政雨水設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)：SS 70 mg/L, COD 32 mg/L, NH3-N 1.45 mg/L, TP 0.08 mg/L;星月湖市政雨水設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)：SS 70 mg/L，COD 30 mg/L，NH3-N 1.38 mg/L，TP 0.07 mg/L。根據(jù)年徑流總量公式（年均降雨量×綜合雨量徑流系數(shù)×匯水面積）計算月亮湖區(qū)域年徑流總量為3.1×106 t、星月湖區(qū)域年徑流總量為10.4×106t。
經(jīng)測算月亮湖市政雨水凈化設(shè)施污染物削減總量為：SS 216.641 t/年，COD 102.766 t/年，NH3-N 4.551 t/年，TP 0.249 t/年；星月湖市政雨水凈化設(shè)施污染物削減總量：SS 569.569 t/年，COD 103.616 t/年，NH3-N 3.812 t/年，TP 0.242 t/年。
5.2支流匯水
月亮湖及星月湖支流設(shè)計進(jìn)水污染物濃度與市政雨水設(shè)計進(jìn)水濃度相同，生態(tài)濕地和植物攔截帶表面水力負(fù)荷取0.1 m3/（m2˙d），人工浮島表面水力負(fù)荷取0.5 m3/（m2˙d）。經(jīng)測算月亮湖支流污染控制設(shè)施設(shè)計污染物削減總量：SS 183.978 t/年，COD 83.091 t/年，NH3-N 2.893 t/年，TP 0.233噸/年；星月湖支流污染控制設(shè)施設(shè)計污染物削減總量：SS 69.207 t/年，COD 30.901 t/年，NH3-N 1.094 t/年，TP 0.084 t/年。
綜上可得“兩湖一河”項目范圍內(nèi)污染物削減總量為：SS 1 039.395 t/年，COD 320.374 t/年，NH3-N 13.25 t/年，TP 0.808 t/年。
6 結(jié)語
本研究通過分析項目紅線外部市政雨水、紅線內(nèi)部地表徑流、匯入支流、水體內(nèi)源污染等污染因素，針對性的設(shè)置污染控制設(shè)施，構(gòu)建了水環(huán)境高敏感地區(qū)公園海綿系統(tǒng)，保障湖體水質(zhì)，同時在雨水排口、支流入河口等重要節(jié)點設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測“兩湖一河”水質(zhì)變化。貴安新區(qū)海綿城市建設(shè)以國家試點城市相關(guān)要求為引領(lǐng)，針對新區(qū)水環(huán)境高度敏感的實際情況，綜合考慮紅線內(nèi)外，地上地下，水上水下影響因素，構(gòu)建藍(lán)色、綠色基礎(chǔ)設(shè)施布局方案，系統(tǒng)保障水質(zhì)安全。
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