浅析人工海绵体的构成

李庆远

【摘要】传统城市化建设是以消耗大量资源为代价，导致自然生态遭到严重破坏，而海绵城市建设则要求在开发过程中对自然干扰最小，实现城市建设与生态保护协调发展，海绵城市建设是化解水危机的适宜路径，如果要建设海绵城市实际上是建设海绵网络。

【关键词】海绵城市海绵网络海绵体

海绵城市建设实际上是个伪命题。我个人认为，海绵城市不是建设而成，而是生态保护与修复而成。海绵城市实际上是要建设海绵网络，海绵网络是海绵城市建设的核心内容。海绵网络是由海绵体、水处理系统、水储用系统三个主要部分组成。海绵体分为自然海绵体和人工海绵体。

为适应海绵城市建设，必须建设“五大人工海绵体”，一是传输海绵体，如植草沟等。二是集流海绵体，如生物滞留槽、绿色屋顶等。三是渗透海绵体，如下沉式绿地、透水铺装等。四是净化海绵体，如生态护岸,雨水花园等。五是储蓄海绵体，如雨水湿地、雨水渗透箱。

一、植草沟

植草沟是狭长渠道，是种植植被了的地表沟，对来自不透水地面的雨水进行入渗过滤。雨水中悬浮污染物得到有效去除[1]。植草沟是一种分布式的LID调控措施，在源头上对雨水进行调控。由于表面有植被，曼宁系数较大，减缓径流速度，过滤污染物，增加地下水补给，植草沟更接近自然径流的输送。

根据传输方式，植草沟分为三类：标准传输植草沟、干植草沟和湿植草沟。标准传输植草沟较为开阔，属于浅植物型沟渠，将雨水汇引和传输到LID系统[2]。干植草沟较为开阔，属于覆盖植被输送渠道，强化雨水传输、过滤、渗透能力，保证雨水在沟渠排干。湿植草沟是指湿洼地，为湿地处理系统。

二、生物滞留槽

生物滞留槽通过表面积水，经过介质的径流量得以提升。往往采用溢流槽排放超出设计流量的雨水。生物滞留槽有各种规格，应用在较大规模时，上游要设定预处理措施，如果是较小系统，无需如此。生物滞留槽主要通过种有植被的过滤介质、滞留和吸收径流。这些介质在暴雨时延迟雨水流动，对于污染物去除极其有效。介质上的植被不仅控制介质侵蚀，植物生物膜对污染物也有独特功能，植物越密集、越高大，过滤性能越优。雨水处理后，输送至底部排水管，周围介质可以采用粗砂或者小粒径碎石。小粒径碎石作为排水层，设置过渡层时，过渡层可采用砂或土工布。生物滞留系统的渗透性能随着处理雨水负荷时间的增加而下降，而密集发达的植物根系可以保持、甚至提高系统的渗透性能[3]，填料颗粒级配对系统渗透性能具有重要作用，恰当的颗粒级配可以保证透水孔隙的有效性[4]。

三、绿色屋顶也称屋顶绿化等。根据种植基质深度和景观营造复杂程度，它又分为简单式和花园式，基质深度根据植物需求及屋顶荷载确定[5]。

四、下沉式绿地

下沉式绿地有狭义和广义之分，狭义的下沉式绿地指低于周边铺砌地面或道路在10厘米以内的绿地；广义的下沉式绿地泛指具有一定的调蓄容积（在以径流总量控制为目标进行设计计算时，不包括调节容积），且可用于调蓄和净化径流雨水的绿地，包括生物滞留设施、渗透塘、湿塘、雨水湿地、调节塘等。绿地高程平均低于周围地面10厘米左右，保证周围地面雨水能流入[6]。绿地下层为透水材料，依次为表层土、砂层、碎石、可渗透的底土层。在绿地中，因地制宜，设置地形营造低洼面。低洼处适当建设渗透管沟入渗井等，增加土壤入渗。保持绿化景观，净化降径流控制。

下沉式绿地具有削减洪峰流量、渗蓄雨水、减轻污染等优点。依据学者研究与工程实践，建议下凹式绿地设计参数选择范围为：绿地面积比例10%~30%，下凹深度0.1~0.3m，土壤稳定入渗速率大于5×10-7m/s，设计暴雨重现期可根据规范要求及当地标准，结合场地建设标准设置为2~5年一遇。

五、透水铺装按照面层材料的不同，可分为透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装、透水沥青混凝土铺装和嵌草砖铺装等形式。常用的鹅卵石、碎石铺装等，也属于渗透型铺装[5]。

六、生态护坡

（一）植草护坡：河道岸坡保护多用植草护坡技术，这一技术在很多河道治理中都使用了。

（二）三维植被网护坡。最初用于山坡保护首选三维植被网技术，现在河道岸坡防护也在使用[12]。草籽与土壤的结合，暴雨径流对边坡的侵蚀被有效抑制，土体抗剪强度增加，岸坡的稳定性和抗冲刷能力提高[7]。活性植物并土工合成材料的结合是三维土工植被护坡主要利用的材料,一个具有自身生长能力的防护系统在坡面构建,加固了边坡。三维网包增强土体防冲刷能力，水土流失得到有效控制、入河面源污染量降低。坡面防护体系由植物根系与三维网包结合而成，土体抗剪强度在增大的同时孔隙水压力也在减少，表面土层滑移从而得到有效抑制。该技术既保持和恢复河流生态，又能满足河岸护坡功能。

（三）植被型生态混凝土护坡。日本首先提出植被型生态混凝土，并在近些年传入我国，并经过了国内工程技术人原的改进和开发。生态混凝土（即大孔混凝土）是通过材料选择、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与表面特性的混凝土，可分为环境友好型和生物相容型两类。环境友好型指生产和使用过程中可以降低环境负荷；生物相容型指适应动植物生存的混凝土。用于岸边净化的一般为生物相容型生态混凝土。在应用于河道护坡时，生态混凝土又可分为水下及水上类型。水上型生态混凝土的结构中充填腐殖土、草籽、缓释肥料、酸性聚合物和保水剂等材料，提高抗压强度的同时适宜植物生长；水下型生态混凝土具有多孔特质，水流滞缓、回流区局部形成，为水生生物提供良好环境，促进水体污染物降解。

七、雨水花园

雨水花园又称生物滞留池或者生物入渗池。一般由草地缓冲带、有机覆盖层、植物生长介质层、植被、排泄层、沙砾卵石层等6部分组成，它收集渗透吸收雨水，移除污染物功能显著[8]，具观赏价值，是收集、净化和造景三位体化设施。

一般设置于流域上游，雨水花园对地表径流的水质也有很好的净化效果[9]，利用生物和土壤的特性移除污染物[10]。

生态上雨水花园通过短暂滞留渗透雨水，降低雨水流速，减小雨水给市政排水压力，减少城市内涝发生，补充了地下水。雨水花园吸收雨水污染物，修复天然栖息地，为鸟类、蝴蝶等野生动物提供栖息地[11]，维系了生物多样性。景观上雨水花园通过色彩、花期、质感的植物搭配组合，美化居住区环境。

雨水花园建造方法包括以下几种：

（一）选址

雨水花园边线距离建筑基础至少3米，距离有地下室的建筑至少9米远。设置在阳面，至少是半日照条件下。在平坦处以减少土方，坡度大于12%处不适宜建设[12]。宜分布在雨水易汇集处，经常积水地方不宜建造雨水花园，宜分布在土壤渗透性良好区域。不宜在树下，雨水花园建造在其下面会破坏树木根系。要和环境协调统一，方便周围居民观赏。

（二）土质要求

土壤要有一定的渗透率，土壤最小的渗透率13毫米/小时比较适合。土壤最好是砂土和壤土。最理想的土壤组合是50%的砂土，20%的表土，30%的复合土壤。

（三）结构及深度

雨水花园结构简单，一般能保证超过其设计能力的雨水及时排走即可。雨水花园能够将多余雨水沿四周流出，一般无需专门溢流装置，所在的位置不易将多余雨水直接排除时，可设置一个简单溢流装置。

为了保证边缘不受雨水的侵蚀，可将土壤堆在较低的边界，建置堤坝，堤坝最高点和雨水花园的最高处平齐。为了减小雨水流速，在排水管排水口及其流入路径上，铺装小石头，覆盖高密性草坪。

雨水花园深度一般指蓄水层深度，一般10到20厘米，深度由土壤渗透性及地面坡度定。为了不积雨水，应该保证底部平坦。深度易受地面坡度影响，坡度超过了12%应该另外选址。坡度低于4%，以7.5到12.5厘米为宜；坡度在5%到7%之间，深度以15到17.5厘米为宜，坡度在8%到12%，深度约20厘米即可。

（四）面积确定

面积是根据控制100%的径流量来确定。雨水花园大小不是固定的，但考虑到经费、功能高效，最合理雨水花园大小范围是9到27平方米。低于9平方米，雨水花园植物种类较少，其作用不能充分发挥，超过27平方米的雨水花园，不容易让其底部保持水平。面积不宜过大，如果大于27平方米，应该划分成两个以上，面积小的比单一的一个雨水花园效果好。雨水花园的面积主要由深度、径流和土壤决定。汇水面积增加，雨水花园面积也增加。粘土渗透慢，建在粘土中的雨水花园面积应该大，砂土排水较快。

（五）雨水花园外形

外形以曲线最好，以新月形、肾形、马蹄形较为美观。为了保证收集多的雨水，长边应该垂直于坡度和排水的方向。

（六）植物品种

雨水花园植物配置对于雨水花园功能的发挥具有决定性的作用。一是以乡土树种为主，二是选择有一定的耐旱性的植物，三是有短暂耐水湿能力的抗逆性良好的植物。四是选择具有观赏价值的植物或香花性植物，创造生物多样性。五是选择长势强，具有发达根系的植物。

（七）搭配方法

一是依据生态位理论，充分考虑物种的生态位特征，避免种间直接竞争,形成功能健全种群稳定的群落结构。二是依据生态演替理论，构建稳定植物群落。根据植物群落的演替，考虑群落中物种作用和影响，创造仿照自然界植物群落的结构形式,生物与环境因素对土壤微生物群落影响[13]。三是依据物种多样性理论，增强园林的抗性，保持物种多样性[12]。四是依据园林美学相关理论，创造优美的景观效果，地径可以用来代替年龄[14]，种大树可以形成优美稳定的植物群落。可采用不同花期的植物，三季有花，四季有景。加强雨水花园的观赏性，给雨水花园增加美丽外观。

八、雨水湿地

雨水湿地是利用物理方法、水生植物及微生物等作用净化雨水的湿地，也是一种高效的径流污染控制设施。它一可分为两类：雨水表流湿地和雨水潜流湿地，多设计成防渗型以便维持雨水湿地植物所需要的水量。雨水湿地常与湿塘合建并要求保持一定的调蓄容积[5]。

九、雨水渗透箱一般设置于地下，由于不占地表空间，限制条件较少，适用范围广泛。它具有高效率的蓄水能力。建造时，需在渗透箱结构内设置好进水管、出水管、水泵位置和检查井。

参考文献：

[1]USEPA,U.S.MarylandandDepartmentofEnvironmentalResource,2000.

[2]王健，尹炜，叶闽,等.植草沟技术在面源污染控制中的研究进展[J].环境科学与技术，2011.34（5）:90-94.

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[14]张扬建,代力民,潘洁.长白山北坡林线分布趋势的研究(英文).JournalofForestryResearch.林业研究(英文版),2001,12(2):97.