海绵城市建设探索与示范——贵州省贵安新区专栏

　　贵安新区是国务院批复的第八个国家级新区，也是唯一一个被赋予建设生态文明示范区使命的新区，承载着国家绿色发展战略。贵安新区开展海绵城市建设，具有现状底数清楚、相关规划齐全、政策配套完备等优势。

　　摘要以贵安新区“两湖一河”海绵公园规划设计为例，探讨水环境高度敏感区域海绵城市设计方法，从外部市政雨水、场地内部雨水、汇入支流、内源污染四个角度系统研究了城市水系公园的海绵城市设计思路及技术措施；同时构建了水质监测系统，系统保障水源安全。

　　0 前言

　　目前，海绵城市理念已经得到了广泛的实践和应用，尤其是在老城区对于缓解城市内涝发挥了重大作用。但是对于城市新区，尤其是水环境敏感的新区，如何在城市建设初期树立海绵城市理念，转变传统城市开发模式，发挥绿色、灰色基础设施功能，控制雨水面源污染，尚没有成功的案例，本文以贵州省贵安新区“两湖一河”项目为例，以海绵城市理论为支撑，针对贵安新区水系环境特点及问题，结合新区城市建设进展，参考降雨及下垫面情况，提出新区应对水环境高度敏感的海绵公园规划、设计方法，指导项目建设与实施。

　　1 贵安新区概况

　　1.1区位

　　贵安新区是国务院批准设立的第八个国家级新区，位于贵阳市和安顺市相连的中心地带，也是长江和珠江“两江”上游地带，地处长江水系乌江支流与珠江水系红水河支流的分水岭。规划面积1 795km2，现有79万人。肩负“西部地区重要经济增长极、内陆开放型经济新高地、生态文明示范区”三大使命。

　　1.2新区水环境特征

　　贵安新区近93%的面积位于贵阳市红枫湖、花溪水库、松柏山水库等主要饮用水水源的上游，近72%的面积位于上述水源的流域范围内，从水环境敏感性看，新区的中部为水环境高度敏感区，仅东部和北部乐平河沿线的水环境压力稍小，如图1所示。

 

 

　　1.3“两湖一河”项目概况

　　“两湖一河”项目为贵安新区中心区着力打造的城市水体公园，由月亮湖、星月湖和车田河局部组成，位于中心区核心位置，设计红线范围667 hm2。其中，月亮湖位于中心区西南侧，规划用地面积约 468 hm2;星月湖位于中心区中部，规划用地面积约 199 hm2;车田河位于星月湖和月亮湖之间，为连通两湖的水系，用地面积划入到星月湖公园用地范围。

　　随着城市建设的推进，“两湖一河”将作为中心区雨水的主要受纳水体，汇集中心区大部分地表径流后流出中心区，与冷饮河汇合后最终流入花溪水库。“两湖一河”距离花溪水库不足10 km，如图2所示，其水质一旦恶化，将严重威胁贵阳市饮用水源安全，因此保护“两湖一河”水质安全责任重大。

 

 

　　2 海绵公园构建策略

　　综合分析场地地形、周边用地布局、水系形态，分析可能会污染“两湖一河”水质的来源有4部分：

　　一是红线范围内有6条支流汇入“两湖一河”干流，支流上游流经村庄、农田、养殖场等，村庄的生活污水、农田的面源污染、养殖场的养殖废水都有可能造成各支流的污染。

　　二是排入本次规划设计红线范围内的市政雨水管网排口，由于雨水管网收集了中心区大部分的雨水，面源污染可能随着雨水排入湖体中，对水质造成污染。

　　三是本次规划设计红线范围内的场地内部降雨，在重力作用下形成地表径流并最终汇入“两湖一河”水体，可能将场地内的初期雨水径流污染带入湖体，造成水质污染。

　　四是水体和底泥中富集的营养物，可能引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，造成水体中溶解氧含量下降，水质恶化。

　　此外，为保障“两湖一河”水质安全，还需要构建“两湖一河”水质监测系统，强化水质在线监测及应急反应能力。

　　本研究针对以上潜在污染源，分别制定应对措施及策略，如图4所示。

 

 

　　2.1支流污染控制策略

　　针对支流可能带来的点源或面源污染，在水体中布置生态湿地、植物拦截带和人工浮岛等措施进行水质净化。生态湿地和人工浮岛通过植物和微生物的吸附、沉淀、过滤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

　　“两湖一河”红线范围内共有35个市政雨水排口，在每个雨水排口处设置末端径流污染控制设施：水力旋流器和雨水湿地。即市政雨水先经过水力旋流器去除漂浮物、无机砂砾、部分有机物和油脂等污染物，降低污染物负荷，避免悬浮物对下游海绵设施堵塞；随后雨水排入雨水湿地，雨水湿地是一种高效的径流污染控制设施，主要利用植物吸附以及微生物分解作用削减水中SS、COD、NH3-N和TP，实现城市面源污染有效控制。

　　2.3场地内部地表径流污染控制策略

　　针对场地内部降雨径流污染，在分析地形、土壤特性的基础上，提出了以“渗、净、排”为主，“滞、蓄”结合，兼顾“用”等功能需求的海绵设施方案，通过构建透水铺装、生态草沟、植被浅沟、砾石渠、雨水花园、渗透塘、雨水湿地等绿色、生态排水设施，实现雨水有组织径流，并且去除初期雨水径流污染。雨水径流组织如图5所示。

 

 

　　2.4内源污染控制策略

　　针对“两湖一河”水体及底泥中富集污染物，可配备水下森林净化水质，水下森林根系在底泥中，能够同时吸收水里和泥里的污染物，在有适当深度的水域且水域面积较大的区域构建水下森林能够减轻营养物过剩带来的水体黑臭、富营养化现象；同时在相关区域配置推流曝气器和太阳能复氧设备，能够高效原位净化水质，增强水体流动，提高水中溶解氧浓度，较大程度提高水体自净和循环能力，防止水体黑臭或富营养化。

　　3 规划设计方案

　　3.1支流净化设施

　　生态湿地对污染物有着较高的去除效果，本着“应设尽设”的原则，在支流入河口区域构建生态湿地，考虑到生态湿地占地面积较大，因实际地形、空间等因素限制无法设置生态湿地时，可设置面积较小的人工浮岛作为互补；在支流入河口堤岸形式或防洪条件允许的情况下尽可能设置植物拦截带。生态湿地面积依据《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ 2005-2010）中表面有机负荷分别进行计算确定，同时应满足水力负荷的要求。

　　生态湿地、植物拦截带和人工浮岛布置及设施规模见表1、图6所示。

 

 

　　3.2市政雨水排口净化设施

　　针对“两湖一河”区域内35个市政雨水管道排口，需要从区域层面研究，做好末端径流污染控制措施，因此沿排水口上溯，以排水管网收水范围为依据将外围汇水区划分为35个汇水分区，对应的外围总汇水面积约为745 hm2，见图7。

　　本着“应设尽设”的原则，结合具体场地条件，在雨水排口设置32台水力旋流器，其中月亮湖布设10台，星月湖布设22台。除 S26、S15雨水口接入现状蓄水池、S25雨水口排入“两湖一河”南部湿地花园中外，其余雨水排口均布置了水力旋流器。水力旋流器布置如图8所示。

 

 

　　雨水经水力旋流器后排入雨水湿地，雨水湿地由进水口、前置塘、沼泽区、出水池、溢流出水口等构成，湿地面积计算与本文3.1节中生态湿地计算方法相同。除S30、S34、S9-S、S7-1、S11雨水口由于用地限制无法布置雨水湿地，雨水排口靠近支流入河口，可考虑将雨水排入生态湿地进行净化处理外；其他雨水口均布置了雨水湿地。雨水湿地布置如图9所示。

 

 

　　3.3场地内部地表径流净化设施

　　结合景观设计平面布置方案和场地竖向，对“两湖一河”设计红线范围进行汇水分区划分，在每个汇水分区内布设海绵设施，以达到缓解内涝、净化地表径流的目的，见图10。

 

 

　　以其中G-12汇水分区为例进行说明：该汇水分区构建了70 m2下沉绿地、308 m雨水管线、270 m植被浅沟、130 m砾石沟和200 m生态草沟、308 m2雨水花园、120 m2渗透塘等海绵设施，分别对源头、中端、末途的雨水进行有效管控。源头上通过下沉绿地措施对雨水进行滞留和下渗；中途时通过生态草沟、植被浅沟、砾石沟等设施收集、输送、净化雨水；末端时通过雨水花园、渗透塘等设施对雨水进行净化、调蓄等处理；此外，在植草沟、雨水花园和渗透塘内部设置溢流口，通过溢流雨水管将超标雨水排入“两湖一河”水体中（见图11）。

 

 

　　3.5内源污染控制设施

　　在有适当深度的水域且水域面积较大的区域构建水下森林，主要选择水生植物为苦草、黑藻、轮叶黑藻、伊乐藻、狐尾藻、竹叶眼子菜、龙须眼子菜等，规划设置面积约为9 800 m2。在水流较缓与湖体的边角死水区设置水下推流曝气器和太阳能复氧设备，分别设置17台。水下森林、水下推流曝气器和太阳能复氧设备布置如图12所示。

 

 

　　4 水质监测方案

　　鉴于“两湖一河”区域水环境如此敏感，为保护水源安全，保障水质达标，规划在项目范围内35个市政雨水排口和6个支流汇入口均设置监测设备，用于实时监测雨水排口及支流的水量及水质，其中，水量监测指标包括流量和液位，水质监测指标包括SS、CODMn、氨氮、总磷。在线监测仪表信号通过无线网络进入“贵安新区海绵城市监管平台系统”。

　　布置在雨水口处的监测设备有：在线SS检测仪、在线超声波流量计、在线液位计。布置在支流汇入口处的监测设备有：在线SS检测仪、在线超声波流量计、氨氮、CODMn、TP检测仪，见图13。

 

 

　　5 污染物削减分析

　　“两湖一河”的汇水包括汇入支流、外部市政管网雨水和场地内部地表径流3部分，本研究针对以上3部分汇水分别采取相应污染物控制措施保证“两湖一河”水质安全。湿地类污染物控制设施对不同水质指标的去除率参考《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ 2005-2010）表2人工湿地系统污染物去除效率，设备类污染控制设施去除率参考设备厂家提供相关数据，最终确定去除率如表3所示。

 

 

　　5.1市政雨水

　　依据“两湖一河”周边用地类型确定市政雨水进水水质，月亮湖市政雨水设计进水水质指标：SS 70 mg/L, COD 32 mg/L, NH3-N 1.45 mg/L, TP 0.08 mg/L;星月湖市政雨水设计进水水质指标：SS 70 mg/L，COD 30 mg/L，NH3-N 1.38 mg/L，TP 0.07 mg/L。根据年径流总量公式（年均降雨量×综合雨量径流系数×汇水面积）计算月亮湖区域年径流总量为3.1×106 t、星月湖区域年径流总量为10.4×106t。

　　经测算月亮湖市政雨水净化设施污染物削减总量为：SS 216.641 t/年，COD 102.766 t/年，NH3-N 4.551 t/年，TP 0.249 t/年；星月湖市政雨水净化设施污染物削减总量：SS 569.569 t/年，COD 103.616 t/年，NH3-N 3.812 t/年，TP 0.242 t/年。

　　5.2支流汇水

　　月亮湖及星月湖支流设计进水污染物浓度与市政雨水设计进水浓度相同，生态湿地和植物拦截带表面水力负荷取0.1 m3/（m2˙d），人工浮岛表面水力负荷取0.5 m3/（m2˙d）。经测算月亮湖支流污染控制设施设计污染物削减总量：SS 183.978 t/年，COD 83.091 t/年，NH3-N 2.893 t/年，TP 0.233吨/年；星月湖支流污染控制设施设计污染物削减总量：SS 69.207 t/年，COD 30.901 t/年，NH3-N 1.094 t/年，TP 0.084 t/年。

　　综上可得“两湖一河”项目范围内污染物削减总量为：SS 1 039.395 t/年，COD 320.374 t/年，NH3-N 13.25 t/年，TP 0.808 t/年。

　　6 结语

　　本研究通过分析项目红线外部市政雨水、红线内部地表径流、汇入支流、水体内源污染等污染因素，针对性的设置污染控制设施，构建了水环境高敏感地区公园海绵系统，保障湖体水质，同时在雨水排口、支流入河口等重要节点设置水质监测设备，实时监测“两湖一河”水质变化。贵安新区海绵城市建设以国家试点城市相关要求为引领，针对新区水环境高度敏感的实际情况，综合考虑红线内外，地上地下，水上水下影响因素，构建蓝色、绿色基础设施布局方案，系统保障水质安全。