海綿城市建設探索與示范——貴州省貴安新區專(zhuān)欄
貴安新區是國務(wù)院批復的第八個(gè)國家級新區，也是唯一一個(gè)被賦予建設生態(tài)文明示范區使命的新區，承載著(zhù)國家綠色發(fā)展戰略。貴安新區開(kāi)展海綿城市建設，具有現狀底數清楚、相關(guān)規劃齊全、政策配套完備等優(yōu)勢。
摘要以貴安新區“兩湖一河”海綿公園規劃設計為例，探討水環(huán)境高度敏感區域海綿城市設計方法，從外部市政雨水、場(chǎng)地內部雨水、匯入支流、內源污染四個(gè)角度系統研究了城市水系公園的海綿城市設計思路及技術(shù)措施；同時(shí)構建了水質(zhì)監測系統，系統保障水源安全。
0 前言
目前，海綿城市理念已經(jīng)得到了廣泛的實(shí)踐和應用，尤其是在老城區對于緩解城市內澇發(fā)揮了重大作用。但是對于城市新區，尤其是水環(huán)境敏感的新區，如何在城市建設初期樹(shù)立海綿城市理念，轉變傳統城市開(kāi)發(fā)模式，發(fā)揮綠色、灰色基礎設施功能，控制雨水面源污染，尚沒(méi)有成功的案例，本文以貴州省貴安新區“兩湖一河”項目為例，以海綿城市理論為支撐，針對貴安新區水系環(huán)境特點(diǎn)及問(wèn)題，結合新區城市建設進(jìn)展，參考降雨及下墊面情況，提出新區應對水環(huán)境高度敏感的海綿公園規劃、設計方法，指導項目建設與實(shí)施。
1 貴安新區概況
1.1區位
貴安新區是國務(wù)院批準設立的第八個(gè)國家級新區，位于貴陽(yáng)市和安順市相連的中心地帶，也是長(cháng)江和珠江“兩江”上游地帶，地處長(cháng)江水系烏江支流與珠江水系紅水河支流的分水嶺。規劃面積1 795km2，現有79萬(wàn)人。肩負“西部地區重要經(jīng)濟增長(cháng)極、內陸開(kāi)放型經(jīng)濟新高地、生態(tài)文明示范區”三大使命。
1.2新區水環(huán)境特征
貴安新區近93%的面積位于貴陽(yáng)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，從水環(huán)境敏感性看，新區的中部為水環(huán)境高度敏感區，僅東部和北部樂(lè )平河沿線(xiàn)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”項目為貴安新區中心區著(zhù)力打造的城市水體公園，由月亮湖、星月湖和車(chē)田河局部組成，位于中心區核心位置，設計紅線(xiàn)范圍667 hm2。其中，月亮湖位于中心區西南側，規劃用地面積約 468 hm2;星月湖位于中心區中部，規劃用地面積約 199 hm2;車(chē)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(zhù)城市建設的推進(jìn)，“兩湖一河”將作為中心區雨水的主要受納水體，匯集中心區大部分地表徑流后流出中心區，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，將嚴重威脅貴陽(yáng)市飲用水源安全，因此保護“兩湖一河”水質(zhì)安全責任重大。
2 海綿公園構建策略
綜合分析場(chǎng)地地形、周邊用地布局、水系形態(tài)，分析可能會(huì )污染“兩湖一河”水質(zhì)的來(lái)源有4部分：
一是紅線(xiàn)范圍內有6條支流匯入“兩湖一河”干流，支流上游流經(jīng)村莊、農田、養殖場(chǎng)等，村莊的生活污水、農田的面源污染、養殖場(chǎng)的養殖廢水都有可能造成各支流的污染。
二是排入本次規劃設計紅線(xiàn)范圍內的市政雨水管網(wǎng)排口，由于雨水管網(wǎng)收集了中心區大部分的雨水，面源污染可能隨著(zhù)雨水排入湖體中，對水質(zhì)造成污染。
三是本次規劃設計紅線(xiàn)范圍內的場(chǎng)地內部降雨，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(chǎng)地內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(yíng)養物，可能引起藻類(lèi)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，還需要構建“兩湖一河”水質(zhì)監測系統，強化水質(zhì)在線(xiàn)監測及應急反應能力。
本研究針對以上潛在污染源，分別制定應對措施及策略，如圖4所示。
2.1支流污染控制策略
針對支流可能帶來(lái)的點(diǎn)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(guò)植物和微生物的吸附、沉淀、過(guò)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(xiàn)范圍內共有35個(gè)市政雨水排口，在每個(gè)雨水排口處設置末端徑流污染控制設施：水力旋流器和雨水濕地。即市政雨水先經(jīng)過(guò)水力旋流器去除漂浮物、無(wú)機砂礫、部分有機物和油脂等污染物，降低污染物負荷，避免懸浮物對下游海綿設施堵塞；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(shí)現城市面源污染有效控制。
2.3場(chǎng)地內部地表徑流污染控制策略
針對場(chǎng)地內部降雨徑流污染，在分析地形、土壤特性的基礎上，提出了以“滲、凈、排”為主，“滯、蓄”結合，兼顧“用”等功能需求的海綿設施方案，通過(guò)構建透水鋪裝、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)排水設施，實(shí)現雨水有組織徑流，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(shí)吸收水里和泥里的污染物，在有適當深度的水域且水域面積較大的區域構建水下森林能夠減輕營(yíng)養物過(guò)剩帶來(lái)的水體黑臭、富營(yíng)養化現象；同時(shí)在相關(guān)區域配置推流曝氣器和太陽(yáng)能復氧設備，能夠高效原位凈化水質(zhì)，增強水體流動(dòng)，提高水中溶解氧濃度，較大程度提高水體自?xún)艉脱h(huán)能力，防止水體黑臭或富營(yíng)養化。
3 規劃設計方案
3.1支流凈化設施
生態(tài)濕地對污染物有著(zhù)較高的去除效果，本著(zhù)“應設盡設”的原則，在支流入河口區域構建生態(tài)濕地，考慮到生態(tài)濕地占地面積較大，因實(shí)際地形、空間等因素限制無(wú)法設置生態(tài)濕地時(shí)，可設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置植物攔截帶。生態(tài)濕地面積依據《人工濕地污水處理工程技術(shù)規范》（HJ 2005-2010）中表面有機負荷分別進(jìn)行計算確定，同時(shí)應滿(mǎn)足水力負荷的要求。
生態(tài)濕地、植物攔截帶和人工浮島布置及設施規模見(jiàn)表1、圖6所示。
3.2市政雨水排口凈化設施
針對“兩湖一河”區域內35個(gè)市政雨水管道排口，需要從區域層面研究，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)收水范圍為依據將外圍匯水區劃分為35個(gè)匯水分區，對應的外圍總匯水面積約為745 hm2，見(jiàn)圖7。
本著(zhù)“應設盡設”的原則，結合具體場(chǎng)地條件，在雨水排口設置32臺水力旋流器，其中月亮湖布設10臺，星月湖布設22臺。除 S26、S15雨水口接入現狀蓄水池、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、出水池、溢流出水口等構成，濕地面積計算與本文3.1節中生態(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(wú)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(chǎng)地內部地表徑流凈化設施
結合景觀(guān)設計平面布置方案和場(chǎng)地豎向，對“兩湖一河”設計紅線(xiàn)范圍進(jìn)行匯水分區劃分，在每個(gè)匯水分區內布設海綿設施，以達到緩解內澇、凈化地表徑流的目的，見(jiàn)圖10。
以其中G-12匯水分區為例進(jìn)行說(shuō)明：該匯水分區構建了70 m2下沉綠地、308 m雨水管線(xiàn)、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(guò)下沉綠地措施對雨水進(jìn)行滯留和下滲；中途時(shí)通過(guò)生態(tài)草溝、植被淺溝、礫石溝等設施收集、輸送、凈化雨水；末端時(shí)通過(guò)雨水花園、滲透塘等設施對雨水進(jìn)行凈化、調蓄等處理；此外，在植草溝、雨水花園和滲透塘內部設置溢流口，通過(guò)溢流雨水管將超標雨水排入“兩湖一河”水體中（見(jiàn)圖11）。
3.5內源污染控制設施
在有適當深度的水域且水域面積較大的區域構建水下森林，主要選擇水生植物為苦草、黑藻、輪葉黑藻、伊樂(lè )藻、狐尾藻、竹葉眼子菜、龍須眼子菜等，規劃設置面積約為9 800 m2。在水流較緩與湖體的邊角死水區設置水下推流曝氣器和太陽(yáng)能復氧設備，分別設置17臺。水下森林、水下推流曝氣器和太陽(yáng)能復氧設備布置如圖12所示。
4 水質(zhì)監測方案
鑒于“兩湖一河”區域水環(huán)境如此敏感，為保護水源安全，保障水質(zhì)達標，規劃在項目范圍內35個(gè)市政雨水排口和6個(gè)支流匯入口均設置監測設備，用于實(shí)時(shí)監測雨水排口及支流的水量及水質(zhì)，其中，水量監測指標包括流量和液位，水質(zhì)監測指標包括SS、CODMn、氨氮、總磷。在線(xiàn)監測儀表信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入“貴安新區海綿城市監管平臺系統”。
布置在雨水口處的監測設備有：在線(xiàn)SS檢測儀、在線(xiàn)超聲波流量計、在線(xiàn)液位計。布置在支流匯入口處的監測設備有：在線(xiàn)SS檢測儀、在線(xiàn)超聲波流量計、氨氮、CODMn、TP檢測儀，見(jiàn)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(chǎng)地內部地表徑流3部分，本研究針對以上3部分匯水分別采取相應污染物控制措施保證“兩湖一河”水質(zhì)安全。濕地類(lèi)污染物控制設施對不同水質(zhì)指標的去除率參考《人工濕地污水處理工程技術(shù)規范》（HJ 2005-2010）表2人工濕地系統污染物去除效率，設備類(lèi)污染控制設施去除率參考設備廠(chǎng)家提供相關(guān)數據，最終確定去除率如表3所示。
5.1市政雨水
依據“兩湖一河”周邊用地類(lèi)型確定市政雨水進(jìn)水水質(zhì)，月亮湖市政雨水設計進(jìn)水水質(zhì)指標：SS 70 mg/L, COD 32 mg/L, NH3-N 1.45 mg/L, TP 0.08 mg/L;星月湖市政雨水設計進(jìn)水水質(zhì)指標：SS 70 mg/L，COD 30 mg/L，NH3-N 1.38 mg/L，TP 0.07 mg/L。根據年徑流總量公式（年均降雨量×綜合雨量徑流系數×匯水面積）計算月亮湖區域年徑流總量為3.1×106 t、星月湖區域年徑流總量為10.4×106t。
經(jīng)測算月亮湖市政雨水凈化設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計進(jìn)水污染物濃度與市政雨水設計進(jìn)水濃度相同，生態(tài)濕地和植物攔截帶表面水力負荷取0.1 m3/（m2˙d），人工浮島表面水力負荷取0.5 m3/（m2˙d）。經(jīng)測算月亮湖支流污染控制設施設計污染物削減總量：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施設計污染物削減總量：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 結語(yǔ)
本研究通過(guò)分析項目紅線(xiàn)外部市政雨水、紅線(xiàn)內部地表徑流、匯入支流、水體內源污染等污染因素，針對性的設置污染控制設施，構建了水環(huán)境高敏感地區公園海綿系統，保障湖體水質(zhì)，同時(shí)在雨水排口、支流入河口等重要節點(diǎn)設置水質(zhì)監測設備，實(shí)時(shí)監測“兩湖一河”水質(zhì)變化。貴安新區海綿城市建設以國家試點(diǎn)城市相關(guān)要求為引領(lǐng)，針對新區水環(huán)境高度敏感的實(shí)際情況，綜合考慮紅線(xiàn)內外，地上地下，水上水下影響因素，構建藍色、綠色基礎設施布局方案，系統保障水質(zhì)安全。
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