在我国目前高城市化率的现实下,新城大量修建,在老城的排雨问题尚未解决的情况下,新城的排水管网又在叠加,使得整个系统的压力非常巨大。全球气候的变化带来了水文气候的剧烈变化,也会带来极端天气情况的增加,使排水系统面对的挑战越来越严峻。
生态文明建设的本质必须回归到解决人类最基本的居住问题。近几年北京等人口稠密城市的夏季雨洪问题一直困扰着我们。北京也有“海景房”的现实无疑是对我国大城市现行雨洪管理措施的讽刺,也对人居环境学科提出了严峻的挑战。
城市内涝的原因
北京乃至全国在城市的可持续建设中都需要发展一种绿色的,生态的雨水管理系统。自然界有其自身的雨水循环模式。雨水降落到地表主要是通过三种形式回到雨水循环之中,分别是蒸发、下渗和地表径流,其中蒸发和下渗占90%,地表循环占10%。随着现代城市的建设,城市的密度在不断提高,城市硬质铺装代替了自然地表,蒸发量由自然地表的40%下降到30%,渗透由自然地表的50%降到了15%,城市的地表径流由自然地表的10%增加到55%,陡增的地表径流造成了大型城市遭遇暴雨等恶劣天气时内涝泛滥的情况。
处理这种内涝的最简单直接的方式是将雨水快速排走。在这样的思路下,工程师设计了一套十分复杂的系统,包括地下管网和各级泵站,构建了一个存在于地下的巨大系统。为了解决城市中雨水过分集中的问题,我们采取了一套更加集中封闭的管网系统来收集更大范围的城市雨水,压力之大可想而知。对于小规模城市,该系统还能发挥一定作用。但随着城市规模的扩大,它会逐渐失效。
很多情况下,它不仅不能有效解决城市雨水的排水问题,可能还会产生更多更加复杂的综合性问题。以北京为例,2007年时,北京市地下排水管网的长度达到2000余公里,这些排水管网通过机械方式连接在一起。其问题是,一旦城市中的某个点出现了压力过大的问题,就会直接增加周边区域的排水压力,导致整个系统的瘫痪。根据北京建筑工程学院的调查,目前北京地下排水管网中70%都发生了不同程度的拥堵,其中50%的堵塞面积已经达到了一半,有些拥堵量甚至达到了60%~70%,这也造成了城市雨水管网的低效率,而且其埋于地下的规模和结构决定了我们对它的管理、维护和清理都非常不方便,很难经济便利地解决地下管网拥堵的问题。
现行雨水排放方式还涉及到水污染的问题。地表存在大量的污染物,雨水的排放会把地表的污染物带到雨水中去,产生水体污染,我们现在的排水系统会加剧这种污染。首先,很多地下雨水的排水口被垃圾填埋,雨水流向管网时大量的污染物会被一起带走;其次,经过地下长距离的运输,管道中的污染物质会对雨水产生最直接的污染;再次,北京二环以内采用的雨污合流的排水模式对雨水的污染也不容小觑。也就是说,雨水作为一种天然的水资源经过我们目前的管理方式由水资源变成了水的污染物,成为城市向外围扩散污染的非常大的源头。
在我国目前高城市化率的现实下,新城大量修建,在老城的排雨问题尚未解决的情况下,新城的排水管网又在叠加,使得整个系统的压力非常大。全球气候的变化带来了水文气候的剧烈变化,也会带来极端天气情况的增加,使排水系统面对的挑战越来越严峻。我们目前的排水方式是把城市中的雨水直接向外围扩散,当城市排水管网不能满足这样的要求时,我们仍旧采取集中式的模式,在城市中修建更加粗、密度更加大的管网,或者修建更多的泵房来解决这样的问题,但由于它采用集中式的模式,其效率呈几何式降低,修建越多的管网,整个系统的效率会越来越低。在大型城市的很多老城区,以及其他受投资条件限制的地区,也很难完全实现这样一种方式。
分散式城市雨水管理
分散式城市雨水管理的解决思路是不把雨水排向区域外,而是将其聚集在区域内,利用区域内的公共空间对雨水进行滞留、管理和利用,只将多余的雨水排到城市排水管网中,以此来降低城市排水管网的压力。公共的绿地作为雨水收集器分散在整个城市的内部。我们把这种兼具公共空间特点和雨水管理功能的系统叫做景观基础设施。它比集中式的排水管网具有更大的可行性,在绿地系统规划中通过对绿地的合理布置将整个城市区域覆盖起来,在绿地的服务半径中我们更多考虑的是人们的可达性,即人们在步行范围内是不是能够走到这些绿地,将人群的休闲生活服务半径转化为生态服务半径,即绿地承载着周边区域作为生态服务的功能,这种功能非常多,其中现实的、可实施的就是雨水管理的功能。
此外,城市的建设中最大的投资就是基础设施的投资,它的花费非常高昂,城市公共空间的投资相对较小,分散式雨水管理景观基础设施将二者融合起来,用两方面的资金,将雨水管理基础设施和城市公共空间二者融合起来设计。
雨水景观基础设施设计的策略
利用城市的公共空间(屋顶、建筑庭院、道路、绿地、广场、社区公园、区域公园等),通过雨水景观的管理策略,使其变为有雨水管理功能的基础设施,点状的基础设施在城市中构成一个基础设施的系统,同时不使它的雨水管理功能影响其公共使用功能和美学价值。
源头的科学分流。现在的雨水收集忽略了雨水的源头,全部汇往雨水系统,而一般情况下,空中落下的雨水、屋顶上的雨水、绿地中的雨水和广场中的雨水及其他源头的雨水在汇集模式、雨水量和污染程度上都不相同,在可能的情况下,在最初就要对不同来源的雨水进行分类;分类之后进行科学的雨水量计算,针对计算采用相应的管理模式和面积,实现对于中小型降雨的滞留和利用,对大型和特大型降雨实现滞留,在滞留之后进行延时排放,利用延时错峰减小城市排水管网的压力。
收集雨水之后,要进行生态化的水质控制。针对不同程度的污染和不同污染性质的雨水通过物理过滤或生物净化的方式来改善水质;对雨水滞留和净化区域进行定期的清理和消毒,以实现循环利用;雨水降落到地表之后可以进行三个方面的利用:雨水进入植物的滞留区,结合某些增加下渗的工程化结构,利用工程化的处理增加雨水的渗透和蒸发;雨水进入到建筑的储水箱之后,满足建筑的清洁卫生方面的需要;创造水体景观,对城市的绿化空间进行维护;对城市雨水管网进行多目标的功能管理。
城市雨水管网在90%的时间是空置的,真正利用的时间只有10%左右,国外出现了地下水管的博物馆,没有雨水的时候用来参观和科普,在这个空间里要实现高效复合的功能利用。在设计中强调雨水管理的艺术化展示,通过设计增进居民和雨水管理的距离,使他们真切地感受到雨水管理的实现过程。
(作者:北京林业大学园林学院讲师,龙康给排水技术转发)