净水技术|终端雨洪生态调蓄技术在海绵城市建设中的应用—沣西新城中心绿廊示范项目
以我国西北地区首家海绵城市建设试点—西咸新区沣西新城为案例，在全面介绍其城市雨水收集利用系统（基于低影响开发理念）的基础上，重点剖析了作为该系统终端的雨洪调蓄枢纽单元—中心绿廊项目。对其设计工作原理及雨水消纳能力进行了阐述与定量评价，探讨了其雨洪综合管理效益及与传统人工调蓄池技术的差异。结果表明，中心绿廊集径流总量、径流峰值、面源污染控制等功能于一身，在有效提升区域防洪排涝标准的同时，兼具景观、经济、生态、环境等多重效益，为海绵城市建设中绿色、灰色基础设施的有机融合，提供了实践参考。
海绵城市建设是当前我国着力推行的用于破解城市防洪排涝桎梏的新型雨洪管理思维革命，是统筹解决城市水资源、水安全、水环境、水生态问题的科学途径与重要方法。总结国内外相关领域研究发现，现代雨洪管理理念（如雨洪最佳管理措施BMPs、低影响开发策略LID、水敏感城市设计WSUD、可持续性排水系统SUDS等），已逐步摒弃 “快排为主，蓄排分离”的传统方式，转而辩证地倡导应在确保排涝安全前提下尽可能开展雨洪调蓄利用。其中，雨水调蓄池因可控性强、适用性高等特点而被广泛应用。然实践表明，雨水调蓄池受降雨特性、土地空间、排水体制、建设投资、下垫面变化、上下游管网流量及高程等因素限制较大，调蓄容积有限，且经济性等缺点长期饱受诟病。
本文以西咸新区沣西新城为例，在整体介绍其低影响开发雨水系统构建的基础上，重点探讨了其终端雨洪调蓄枢纽—中心绿廊项目在城市雨洪管理中的功效，并与传统雨水调蓄池进行了对比，旨在为我国海绵城市建设雨洪调蓄技术甄选提供参考。
沣西新城是我国首个以创新城市发展方式为主题的国家级新区—陕西西咸新区五大组团之一，如图1所示。位于陕西省西安市与咸阳市建成区之间，规划控制面积为143 km2，建设用地为64 km2。新城地处半干旱地区，属温带大陆性季风气候。一方面，人均水资源量占有量约225 m3，仅为陕西省人均水平的20%，全国人均的10%，属于严重资源型缺水地区；另一方面，大气降水补给年际变化大，年内分配不均，多年平均降水量为520 mm，其中6月~9月降雨量占全年降雨量60％以上，且夏季降水多为暴雨，极易产生雨洪灾害；加之建成区面积不断扩大，现状雨水管网覆盖不足且设计标准明显偏低（重现期1~2年一遇），已无法满足排涝要求，内涝风险持续攀升。
水资源“既多（雨洪）又少（紧缺）又脏（污染严重）”的怪象一定程度上制约着新城发展。为破解这一难题，2011年，新城创建伊始，就在城市规划中率先引入了西方“地域性雨水管理系统”理念。将整个城市设计成一个大型水管理器，通过构建分散式的街区公园、斑块绿地、线性林带等多层次生态开放空间，来保持充足的自然区域以涵养水源；通过设置可渗透路面和水渠排除道路系统汇集的剩余水量；通过场地塑造、抬高区域中心地形来组织水流汇向绿色街道和自然绿化带，最终汇入东西两侧渭河及沣河，确保城市防洪排涝安全。为践行这一理念，新城在各级规划中积极融入低影响设计理念，充分发挥规划引领管控作用，为后续海绵城市建设提供了规划基础。2012年初，沣西新城与高校科研机构联合启动了沣西新城雨水净化利用技术研究与应用示范项目，通过试验，明确了雨水花园、生态滤沟等低影响开发设施在沣西新城应用的可行性及设计要点。2013年开始，沣西新城结合重点工程建设，在22.5 km2试点区域内开展了多个低影响开发雨水综合利用项目。截至目前，已初步构建起包括建筑小区、市政道路、景观绿地、中央雨洪（中心绿廊）在内的四级雨水收集利用系统，如图2所示。
2.1建筑小区
建筑地块是雨水分流与回用的重点，要确保应收尽收。屋面及地面雨水经落水管（断接）或地形收集后，汇流至下凹式绿地、雨水花园、生态滤沟、植草沟等低影响设施处，经透水砖、土壤、植被等吸收后，逐层下渗并滞蓄。雨量较大时，汇集雨水在雨水花园、生态滤沟中形成微型水景，一方面经土壤-植被系统净化后的雨水可下渗补充地下水（不做防渗），另一方面也可经底部穿孔管收集后汇入雨水收集池回用于小区绿化或消防用水（做防渗）；极端情况下，来不及下渗的过量雨水通过溢流雨水口进入小区管网，而后转输汇入市政管网如图3所示。截至目前，新城已完成同德佳苑、西部云谷（雨水汇集面积累计18万m2）等小区雨水收集利用项目，正在开展其它新建小区室外低影响开发设计工作。
2.2市政道路
道路是雨水径流重要来源与排泄渠道，在保证其结构安全前提下，通过控制排水坡度将红线范围内雨水导流至道路两侧下凹式绿化隔离带处进行收集、过滤、渗透和净化。雨水沿道路豁口流入下凹式绿化带，在收水口处设置碎石过滤带或滤网对初期雨水进行过滤，去除大的漂浮物及泥沙，同时进行消能；而后径流雨水沿绿化带纵坡流动，逐步被植被、土壤吸收并下渗；根据各路段原状土渗透性能及沙层埋深等实际，针对性地采用植生滞留槽、砾石蓄水沟、装配式砾石沟等三种LID断面设计方案，对道路雨水进行收集、净化、滞蓄。吸收饱和后的富余雨水，通过高于下凹式绿化带（5 cm）的雨水篦子，首先溢流至附近绿地就近下渗；遭遇强降雨时，则通过雨水井内雨水溢流堰排至城市雨水主管网，如图4所示。此外，城市慢行交通系统也同步采用大面积透水铺装进行雨水径流及污染控制。目前新城试点区域内的尚业路、创业路等11条道路（合计21.5 km）均开展了低影响开发专项设计与施工。
2.3景观绿地
通过优化竖向设计，依托自然地形收集来自屋面、地面及绿地的雨水，并根据不同土壤地质条件，分别设置下凹式绿地、植草沟、速渗井等低影响设施来吸收、滞蓄、下渗、净化雨水及补充地下水。极端天气下雨水则通过地表溢排至附近市政管网。目前，沣西新城已在总部经济园办公区（总面积为2万m2，硬质屋面为0.6万m2，道路及其他硬质地面为0.2万m2，其余为绿地）设置了1.2万m2下凹式绿地及15.6m2渗井，如图5所示，将屋顶及院落雨水进行了集中收集下渗。区内已建及新建的景观绿地也全部按照下凹式设置（低于周边铺砌地面或道路15 cm）。
2.4中心绿廊
建筑小区、市政道路、景观绿地内的雨水经原位消纳饱和或来不及完全下渗时，富余水量通过雨水溢流装置进入市政排水管网，而后输送至沣西新城四级雨水收集利用系统的末端—中心绿廊进行集中调蓄，如图6所示。
沣西新城中心绿廊项目位于沣西新城核心区，与城市道路立体交叉，总长为6.8 km，宽为200~500 m，面积约为180 hm2，西起渭河、东至沣河，是沣西新城的核心绿色基础设施。绿廊中布有湖泊、湿地、森林等生态景观，既是生态廊道，又是城市通风带，同时具有生物迁徙、生物栖息、公共休闲、雨洪调蓄等多重功能。
中心绿廊Ⅰ期工程是整个中心绿廊的示范段，如图6所示，占地约为23 hm2，总长为1 km。2014年3月开工，2015年7月竣工验收。目前，绿廊内湖泊、湿地、森林等功能版块均已建成，绿化面积为19.8万m2，湿地面积为4.2万m2，其中营造景观的水泡面积为2.8万m2，作为下渗湿地的干泡面积为1.4万m2。
中心绿廊核心定位为沣西新城中央雨洪调蓄枢纽，如图7所示。建设过程中通过塑造整体下沉式空间，形成区域低点，使周边雨水尽量借助自然重力方便汇入绿廊。具体实现途径包括：（1）绿廊外部雨水：包括绿廊周边道路雨水、市政管网转输来的城市地块雨水以及绿廊周边地块雨水。三者分别通过道路雨水边沟、雨水管网接入口、地块雨水浅管等接入中心绿廊雨水廊道，经雨水廊道层层净化，水质改善后汇入绿廊的中央核心地带—人工湿地。（2）绿廊内部雨水：沿绿廊内陆形汇入渗排沟，在渗排沟中部分下渗，剩余雨水则汇入人工湿地。内外部雨水汇入人工湿地后，被场内陆形划割为若干相互连通的蓄滞水泡，营造绿廊景观的同时可为廊内绿化提供灌溉用水；多余雨水则溢流至东西两侧的下渗湿地，实现下渗，回补地下水。极端暴雨情况下，过量雨水沿绿廊走势（中间高两侧低）流向城市东西两侧，泵排至渭河、沣河，降低城市内涝风险。
3.1道路雨水边沟
雨水边沟是种植有植被的地表沟渠，可收集、输送、下渗径流雨水，并具有一定的雨水净化功能（植物根系净化），可降低径流流速、减轻土壤侵蚀、提高悬浮固体沉降效率。绿廊周边道路两侧设有下凹式雨水边沟；其末端与绿廊雨水廊道相连，可将收集的道路雨水初步净化后依坡度汇入绿廊湿地。
3.2市政雨水管网接入口
城市地块富余雨水，通过雨水管网收集后转输汇入绿廊内雨水廊道。市政管网中的雨水，通过专门接入口汇入绿廊，实现对雨水的收集利用。此外，接入口处所有雨水井均按沉泥井做法设计，将引入的雨水先期沉淀，而后接入雨水廊道进一步净化。
3.3地块雨水浅管
绿廊周边地块中的雨水，不允许以坡地漫流方式汇入绿廊，而是通过预埋的雨水浅管汇入（减少面源污染、利于竖向控制）。在地块中，通过设置下凹式绿地、雨水花园、植草沟等LID设施，收集地块雨水；雨量大时，过量雨水溢流至预埋浅管中汇入绿廊。与将雨水流入管网再接入绿廊的方式相比，雨水浅管收集的雨水水质更好（无二次转输污染）。
3.4雨水廊道
绿廊中设置一系列楔形的雨水廊道，将收集到的城市雨水进行过滤、净化、传输，最终汇入湿地。廊道结合地形设计，形成一系列梯级水面，每一级下垫面都做防渗处理，下垫面以上主要利用土壤-植物-微生物系统的渗滤、吸附、降解、离子交换等净化功能，去除SS、BOD、N、P、重金属等径流污染物。道路雨水边沟、市政雨水管网、地块雨水浅管收集到的雨水，从廊道顶部汇入，经过逐级物理过滤与生物降解净化后，汇入绿廊核心湿地。
3.5渗排沟
在绿廊内景观地形的底部，结合园路设置连续的渗排沟。绿廊内部雨水，沿地形汇入渗排沟，进行净化、下渗、输送。收集到的雨水经过渗排沟中碎石和植物简单截污处理后，少量就地下渗，剩余雨水沿沟输送至绿廊核心湿地。
3.6人工湿地（湿泡）
绿廊核心位置设有人工湿地。城市雨水与绿廊雨水，分别经由雨水廊道与渗排沟汇入绿廊底部的核心湿地，并利用防渗技术（钠离子膨润土防水毯），形成稳定水景；景观水域被场内陆形划割为若干相互连通的蓄滞水泡（常水位水泡总面积为2.8万m2，平均水深为0.5~1.5 m），提升了整个廊道景观效果。
3.7下渗湿地（干泡）
绿廊海绵系统中设置了一系列可渗透湿地，用于雨水下渗回补地下水。下渗湿地布置于人工湿地两侧，不设防渗且采用利于雨水下渗的结构；暴雨情况下，过量雨水会从人工湿地中溢出至下渗湿地，回补地下水；枯水期时，又可利用这座“地下水库”贮存的水源来灌溉植物、营造水景，实现循环利用。
沣西新城中心绿廊项目区别于传统意义上雨水调蓄池，它是人工强化功能塑造与土著生态自平衡的有机融合体。其雨洪调蓄能力更强，可有效降低区域洪涝风险；并能通过“土壤-植物-微生物”体系实现径流污染的深度净化与纳污后的自我修复；在集蓄雨洪的同时，可实现雨水资源的高效利用与地下水系的原位涵养；同时兼具景观、经济、生态、环境等多重效益。实践证明，中心绿廊项目自实施以来效果明显，而这仅是Ⅰ期工程。随着后续建设的不断推进，中心绿廊在改善水生态、治理水环境、保障水安全、涵养水资源等方面必将发挥更大作用，期许能为同类型地区雨洪管理规划设计提供借鉴。
本文节选自《净水技术》2016年第三期“行业导向与研究进展”专栏，作者：陕西省西咸新区沣西新城开发建设（集团）有限公司海绵城市技术中心/马越。本文有删减，查看原文可点击网址：http://www.cnki.net/KCMS/detail/31.1513.TQ.20160628.1055.012.html