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浅析构建海绵社区的意义

2017.05.21

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浅析构建海绵社区的意义

浅析构建海绵社区的意义

■ 孔繁杰 Kong Fanjie 汤巧香 Tang Qiaoxiang

【摘 要】近年来城市水资源紧缺,城市内涝、水污染、雾霾天气、热岛效应等问题频发,针对以上问题,国家积极推进海绵城市的建设。海绵社区是海绵城市的一个细胞体,是整个神经系统的神经末梢。从生态的角度分析,把构建海绵社区的理念引入城市建设中,能为人们解决城市生态问题提供更大的帮助。文章主要介绍了海绵社区的基本内涵、实现海绵社区的途径以及构建海绵社区的意义。

【关键词】城市生态;海绵城市;海绵社区;内涵;途径

【Abstract】These years witnessed frequent outbreaks of water shortage, water blogging, water pollutions, smog weathers, heat-island effect etc. in urban areas, for which our government provokingly promoted the construction of sponge cities. Sponge community was just one cell body of sponge city and also the nerve ending of the whole nervous system. From the viewpoint of ecology, this thesis brought the idea of constructing sponge community into urban development and provided more help on tackling ecologic problems of cities. And it mainly introduced the basic connotation of sponge community, approaches to realizing sponge community and the meanings of constructing sponge communities.

10年间,中国的城镇化水平快速提高,城镇化率从2004年的41.76%上升到现在的54.77%,与之相伴的是城市发展面临的环境和资源问题日益凸显,其中,城市水资源供需矛盾严重。随着工业化进程的不断推进,经济飞速发展,空气污染也逐渐加重,雾霾天气随之产生,雾霾给人们的身体健康和环境带来了严重的危害。面对当前日益加剧的气候变化以及快速发展的城市化进程,必然要运用新的建设理念来改善当前中国众多城市缺水、水污染、雾霾等生态环境问题。

在原生态的状态下,森林、道路、河湖就是天然的海绵体,能够实现对径流雨水自然的渗透、调蓄、净化、利用和排放,但由于城市路面的不断硬化和城市建设的无序发展,雨水落到地面只能从管道里集中快排,导致许多严重缺水的城市大量的雨水流失。水文条件和生态环境迅速被破坏的城市普遍面临城市内涝、径流污染、水资源短缺等突出问题,在这种背景下,海绵城市建设的需求就迅速被提上日程。

1 海绵、海绵城市与海绵社区的内涵

1.1 海绵的概念

海绵是生活中比较常见的由聚氨酯制成的一种高分子材料,是多孔的弹性材料。海绵中存在许多细小空隙,对于海绵而言,水是浸润液体,通过毛细作用可以将浸润液体吸入到海绵之中,因此海绵具有吸水的作用。

1.2 “海绵”的哲学

“海绵”的哲学是弹性,化对抗为和谐共生。如果我们崇尚“智者乐水”的哲学,那么,理水的最高智慧便是以柔克刚。“海绵”的哲学是分散,由千万个细小的单元细胞构成一个完整的功能体,将外部力量分解吸纳,消化为无[1]

“海绵”的哲学强调将有化为无,将大化为小,将排他化为包容,将集中化为分散,将快化为慢,将刚硬化为柔和。“海绵”的哲学是将水流慢下来,让它变得心平气和,而不再狂野可怖;让它有机会下渗,滋养生命万物;让它有时间净化自身,更让它有机会服务人类[1]

1.3 海绵城市的内涵

海绵城市,顾名思义就是指城市要像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

海绵城市的实质就是用现代雨洪管理来解决城市发展带来的一系列雨洪及生态问题,实现像自然界那样的平衡。海绵城市建设从工程上来说,即通过渗、滞、蓄、净、用、排,包括新建、改造小区绿色屋顶、可渗透路面及自然地面;建设下凹式绿地和植草沟;保护、恢复和改造城市建成区内河湖水域、湿地;建设污水处理设施和管网,综合整治河道,建设沿岸生态缓坡等,开展海湾清淤;建设污水再生利用设施;改造村庄雨污分流管网和低洼积水点的排水设施等措施,让水自然积存、自然渗透、自然净化。

1.4 社区的含义

社区是指以住宅为主并配套有相应公用设施的居住生活型小区。也就是说,社区是一个包括人口、地域及各种社会关系的地域社会共同体,是社会的基本构成单位,是人们生活的基本区域。

1.5 海绵社区的内涵

如果将城市看做一个有机体,那么社区就是这个庞大有机体的一个细胞。同样,每一个海绵社区将是构建海绵城市生态过程中最基本的地理细胞。海绵社区也是海绵城市构建体系中不可或缺的景观斑块。

海绵社区的本质是将社区的生态材料与绿地系统有机地联系起来,将社区从物质水泥为主导的社区转化为生态可持续的社区。海绵社区的形成依赖于屋顶花园的设计、垂直绿化的应用、雨水花园的营造以及多样化透水材料的运用,而这其中,生态的原则贯穿始终。海绵社区的构建需要生态学、植物学、环境水文学等多学科的通力合作。

2 构建海绵社区的理念

原有的社区在进行景观绿化时往往只注重美观性,而忽视其生态性。雨水本是资源,是大自然水循环的一部分,能够起到调节、补充地区水资源和补给地下水资源的作用。但在社区建设中,由于观念、技术等因素的限制,雨水常常得不到有效的利用,反而引起灾害。 

2.1 自然优先

海绵社区的构建应遵循自然优先等原则,将自然途径与人工措施相结合,最大限度地实现雨水在社区的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境的保护。

2.2 改变粗放式的发展模式

海绵社区的构建是在弥补过去社区建设的“欠账”,即改变粗放型的发展模式,通过对社区原有生态系统的保护、生态恢复和修复及低影响开发,逐步恢复社区自然的“海绵”功能。

2.3 观念和行为方式的转变

建设海绵社区要实现从思想和行为方式上的重大转变。一是思想观念上的转变:雨水不是负担,是宝贵的资源;城市建设要从原有的破坏生态转向恢复生态,这是海绵城市建设的根本。二是行为方式上要转变:从原来的末端治理转向源头治理,雨水当地收集、当地渗透,少形成径流;从原来的单一途径转向多途径,利用好河湖蓄水、马路渗水等多种方式。

2.4 工程技术的运用

海绵社区的构建应采用源头削减、中途转输、末端调蓄等多种手段,通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术,实现城市良性水文循环,提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力。

2.5 生态方式的的应用

在海绵社区的设计中,改变传统的集中绿地建设模式,将小规模的下凹式绿地渗透到社区内的各个空间,在不减少建筑面积的前提下增加绿地比例(图1)。

图1 传统绿色系统与海绵社区绿色系统建设模式对比

3 构建海绵社区的途径

3.1 雨水花园的营造

3.1.1 雨水花园的内涵

雨水花园是构建海绵社区的主力军,是一个与自然地理条件相适应的雨水调蓄装置,是自然形成的或是人工挖掘的浅凹绿地,被用于汇聚并吸收来自屋顶或地面的雨水,通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化,并使之逐渐渗入土壤,涵养地下水,借此实现雨水的资源化管理。同时,运用景观化处理手段,使植物与生态材料成为花园主角,让雨水设施重新焕发生机与活力,打造一个充满艺术气息的“雨水银行”。除了具有实实在在的雨水调蓄功能外,更要赋予其较高的观赏价值,使之成为解决城市雨洪问题、构建海绵城市的基本单元。

3.1.2 不同场地内雨水花园设计

(1)对于社区内小面积内向型场地(如住宅花园)的雨水管理,一般采用集中处理的方式,在场地中心设置雨水花园。通过管道、沟渠等设施,将屋顶、道路等硬质场地中的雨水引入雨水花园(图2)。

(2)对于社区内道路等线性空间,雨水花园的布置应该沿线展开。径流的流向在不影响交通的前提下,通过道路固有的坡度、雨水收集池闸口等方式加以引导。径流过程中,雨水花园能够滞留雨水,延长径流时间,实现有效的雨水下渗(图3)。

3.2 海绵屋顶

图2 社区内向型场地雨水花园设计示意图

建筑是社区最基础的细胞,若每个建筑屋顶都能对雨水呈现海绵特性,那么社区离“海绵”也就不远了。海绵屋顶就是把园林搬到屋顶上去,结合园林设计的理念让雨水在屋顶花园充分利用。种有植物的屋顶可以蓄积和净化雨水,减少地表径流[2]。在炎热的夏季通过植物的遮阴、蒸腾作用以及对太阳辐射的吸收和转化[3],可以减少屋面的热通量,增强建筑顶部围护结构保温隔热的性能,降低空调系统的能耗[4],因此能综合改善城市的水、热环境[5-6](即内涝和热岛效应)。同时,海绵屋顶还为各类昆虫和微型节肢动物提供了栖息地,并为鸟类和蝙蝠提供了居所,增加了城市生态系统生物的多样性。

图3 社区内线性空间雨水花园设计示意图

3.3 垂直花园

垂直花园是实现海绵社区的重要形式之一。垂直花园又称生态墙或是绿色墙,是一种建造在建筑墙壁上的生态绿化形式,它能最大限度地利用有限的空间,同时还能在最小的范围内实现植物的多样性。生态墙不仅为城市建筑装饰设计带来新元素,而且可以让更多的绿色植物代替钢筋混凝土和砖石围墙,使城市充满生机和活力。

垂直花园可分为室内生态墙与室外生态墙,这两者对于海绵建筑的构建都具有很大的价值。室外生态墙使用植物覆盖建筑物围墙,可以为墙身制造隔热层,减少污染,同时为建筑材料提供保护,免受诸如太阳的损耗。室外生态墙不仅具有减少建筑的能源消耗、吸收二氧化碳、放出氧气等优点,而且通过植物与建筑的结合,还能减少反射到城市中的热量,减缓城市的热岛效应。在室内布置垂直植物墙,不仅可以改善室内小气候及净化空气,而且还能起到自然空调的作用。将垂直花园嵌入室内环境中,让室内生态墙成为最鲜活的净化器,也是解决雾霾污染有效的方式之一。

3.4 渗透性铺装

地面硬化是引发城市生态环境问题、加剧热岛效应的一个重要因素,其直接减少了城市绿地面积,阻断了雨水补给地下水的途径,使地下水难以回升,进一步加剧了城市的干旱缺水和地面下沉的问题。硬化路面的铺装也导致了城市降雨地表径流量增加,裹挟着地表污染物的初期雨水及沉积在下水管网中的污染物,未经任何处理在短时间内流入河流、湖泊,对这些水体造成了严重污染。而通过海绵城市的建设,推行建设可渗透下垫面,尽可能地增大雨水下渗比例。一方面在源头减少径流,缓解排水设施的压力;另一方面净化初期雨水,减少初雨对下游水体的污染。这将有利于提升城市的蓄水能力,有效缓解地下水不足、路面下沉以及城市水污染的问题。

渗透铺装包括透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装、透水沥青混凝土铺装、嵌草砖、园林铺装中的鹅卵石和碎石铺装等形式。在海绵社区的构建中,让社区内的车行道、人行道和停车场等场地采用渗透性地面铺装,让雨水回归大地,让社区的硬质铺装变为具有入渗、滞留、水质净化与地下水涵养的生态场所。

3.5 渗滤沟

渗滤沟在地面设卵石沟或卵石槽,导引地表径流至卵石间的孔隙,利用卵石、碎石等空隙为雨水提供滞蓄空间的方法。海绵社区内一般道路采用透水铺装便于雨水渗透、收集和利用,而因景观和功能要求,在社区内主要道路和社区广场上未能使用透水铺装,可以通过渗滤沟收集雨水。因海绵社区的道路广场的标高大于绿地标高,道路广场上的雨水可以通过渗滤沟汇聚到周边绿地内,再渗透到地下。

3.6 植草沟

在“海绵社区”建设中,植草沟被作为种植植被的景观性地表沟渠排水系统,也是泥沙和污染物的“过滤器”。植草沟减缓了雨水在社区内流经的速度,喜湿耐旱的植草也能拦截地表径流的泥沙和污染物,加之沟底的砾石和砂层进行了特殊处理,可以让更多雨水下渗和过滤。砂子间的缝隙小,可以在雨水下渗时对其精细过滤,使水质得到净化;砾石间的缝隙大,可以让雨水加速下渗并集蓄起来,待缺水时加以利用。另外,植草沟中的微生物可以形成一层生物膜,能降解雨水中的部分污染物(图4)。

3.7 雨水桶

屋顶雨水颇具利用价值,在海绵社区的构建中可采用“雨水桶”收集屋顶雨水。雨水桶收集的雨水可以用来灌溉社区内的植物,并且微酸的雨水十分有利于植物的生长。这样不仅可以减少社区内家庭浇花和草坪等方面的用水支出,另一方面也可以在自然环境中涵养水源,以保证尽量少的雨水进入城市排水管道,从而减轻城市排水管道压力。

图4 植草沟结构示意图

4 结语

社区是水体污染重要的源头,通过海绵社区的建设使社区成为应对水污染的主战场,是解决水资源短缺的希望之地。研究表明,海绵社区对治理热岛效应和雾霾天气也具有一定的功效。海绵社区不仅要看到它防洪排涝的作用,也要看到它在减缓雾霾、净化污染、调节热岛效应、生物培育等方面的综合作用。

在社区中通过建造屋顶花园、垂直绿化及雨水花园等设施,不仅可以减少不可渗透地面的比例,增加绿化面积,而且对于水资源的充分利用、减少洪涝灾害及节能减排均具有直接或间接效益,也可以说是对城市硬质表面的一种生态修复方式。有必要强调的是,在建设海绵社区时,不能孤立地看待社区生态功能,要看到社区(汇水区)与湿地、河湖的关系,也要看到大的流域关系,这样人们在社区生态建设时才不至于迷茫,避免投资浪费,达到投资效益[7]

参考文献:

[1]俞孔坚.“海绵”的哲学[J].景观设计学,2015(2):4-9.

[2]徐道坤,吕伟娅,张军.屋顶绿化在隔热降温·蓄水减排和净化屋面径流污染中的作用[J].安徽农业科学,2012(3):1604-1606.

[3]胡达明.种植屋面基于实测的传热特性研究[J].新型建筑材料,2009(8):48-50.

[4]项铮,储依.几种屋顶绿化形式的隔热及节能效果研究[J].土木建筑与环境工程,2011(1):42-44.

[5]郑星,杨真静,刘葆华.红外热像法研究屋顶绿化对热环境的影响[J].光谱学与光谱分析,2013(6):1491-1495.

[6] 叶建军.屋顶绿化对城市水环境的改善[J].水土保持研究,2007(2):186-188.

[7] 刘波,宋明华.建设海绵城市从哪里入手[J].环境经济,2015(2):28-29.

A Brief Analysis on the Meanings of Constructing Sponge Communities

【Keywords】urban ecology, sponge city, sponge community, connotation, approaches

孔繁杰,天津城建大学硕士研究生;汤巧香,天津城建大学建筑学院教授。

(收稿日期:2016-01-29)

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