城市排水：旧题新解

  近年来，随着极端降雨事件的频发，世界各地时有发生城市内涝现象，在部分国家和地区造成不一样程度的财产损失甚至死亡事件。

  随着气候变暖的不断加剧，强降雨发生的概率还将进一步增加，且上升速率呈加速趋势；与此同时，城市现代化的建设导致地面硬化率逐年上升，高地表径流量减少了雨水通过土壤下渗的总量，也减少了土壤水分的蒸发量，对城市排水这一技术领域提出了新的要求。

  作为世界上最大的滨水城市之一，纽约拥有长达96.6公里的滨水岸线。然而，飓风、强降雨、热带风暴甚至极端高位潮水带来的水安全和水环境问题，使其具有一定的脆弱性，如拥有7.15万栋建筑和40万居民居住的洪泛区每年有1%的可能性会被淹没，以及降雨引发的地表径流污染和合流制溢流问题等。

  为此，城市建设过程中有计划地加强雨洪管理。例如在全市所有合流制管网的422个排放口处设置调节器，可拦截大部分污水和雨水并转移至下水道，升级污水处理厂以提高处理雨污合流污水的能力；2008—2010年向纽约市民推行雨水桶赠送计划，将存储的雨水用于浇灌草地和花坛；推出“绿色街道建设规划”——通过街边的滞留洼地和植草沟来滞蓄和净化雨水。

  然而，纽约在完善、升级排水系统过程中，对地上和地下空间进行大规模改造的难度极大，有限的空间、时间及地质土壤等本底条件都是制约因素，纷繁复杂的社会问题也阻碍了工程项目施工的推进。

  为了实现2030年雨污合流制区域不透水面积的改造目标，纽约市环保局选择工程措施和非工程措施“双管齐下”。

  针对解决纽约市地上空间被限制的问题，改造过程中多采用一些能适应狭窄拥挤的空间的基础设施，如雨水桶、生态树池和绿色屋顶等，并通过将原土层更换为工程土壤和开级配碎石填料层，大幅改良本底土壤，帮助水更快渗透、排出。

  为了能够更好地适应地上和地下空间条件，纽约市环保局开发了一种全新的、对空间要求更低的绿色基础设施技术，并称其为“绿色条带”（Green Strip）。它的主要特征是在道路到路缘石间设置一段坡度为10%的区域，以利于路面雨水快速流入绿色条带；路缘石进水口处设置6×12英寸的碎石带，以削弱进水对植被的冲刷；人行道与侧石之间的胀缝留出0.5英寸，保证气温变化后设施不发生胀裂；设施正下方的填料依次是工程土壤和碎石填料层，其压实后空隙率大于15%，确保设施骨架强度的同时达到良好的蓄水效果。

  在非工程措施中，有一项创新得到普遍好评。纽约市环保局为排水改造工程建立了一套基于互联网的施工地图，地图上可以显示市内每一项改造工程的具置、设计的具体方案及工程进展情况，并每月进行更新。通过此地图，改造参与人员及公众对这项工程的认知度得到极大的提升，增强了城市内不同部门之间的协调默契度。更重要的是，市民能够准确的通过此图选择最佳的出行路线，从而缓解城市的交通压力，让改造工程得到更多理解和支持。

  不久前，英国泰晤士水务公司宣布，将资助20个防洪项目，通过建立“可持续城市排水系统”（sustainable urban drainage systems，SuDS），应对伦敦和泰晤士河谷地区洪水问题。

  由于气候平均状态随时间的变化，未来洪水灾害的发生将更加频繁，灾害程度可能更严重。洪水对伦敦的最大威胁在于城市排水管网不堪重负。“可持续城市排水系统”通过减缓雨水流入下水道和被地面吸收的速度，以避免整个排水系统被淹没及失效。

  据悉，该项目将更换超过11公顷的不透水铺面（约为温莎城堡面积的两倍），以减缓地表水从道路和屋顶流入污水管网的流速并减少水量。该措施将有利于降低当地的洪水风险，还能改善城市绿地空间、吸引野生动物栖息，并发挥道路安全的作用。

  在英国，所有新建和改造项目无论面积大小，都要遵守政府颁布的《可持续发展排水系统手册》。在项目开发前都要向政府有关部门提供这一个项目的排水战略报告，若报告不被通过，项目就不能进一步开展，也就是“一票否决”。

  以一个开发项目作为“麻雀”解剖观察，能了解到英国排水系统的具体设置理念和要求。历史上这一个项目地块于1969年第一次被开发，最后一次开发这一个项目地块是用于住宅建设和住宅停车场。现在要拆除这个地块并进行重新开发，新建办公楼和办公楼停车场。

  项目开发前，政府要求开发业主提交排水战略报告。报告中第一部分就是作区域分析，分析开发前后地块内地面径流系数的变化即地面透水性的变化。

  根据勘测资料和开发规划，开发前透水面积10184平方米，不透水面积8136平方米；开发后透水面积7768平方米，不透水面积10552平方米；开发后不透水面积增加2416平方米。

  报告第二部分是最大径流量评估，项目开发后的径流量不能大于开发前的径流量，最大径流量评估还要校核因气候平均状态随时间的变化造成的径流量增加量。

  第三部分是计算由于不透水面积的增加造成的排水流量的增加量。根据计算，开发前这一个项目的不透水区域排水量为164.8立方米，开发后这一个数字为276.8立方米。从计算结果可知，开发后这一个项目地域范围内的不透水区域排水量比开发前多112立方米。

  这个项目开发后的排水量比开发前大，不符合《可持续发展排水系统手册》的要求，因此必须调整原有规划设计的具体方案，采取技术措施减少开发后的排水量，如采用渗透塘、蓄水池、调节塘、调节池等设施。

  与许多国家不一样的是，德国将排水管理的重点放在雨水收集和利用上。其中，遍布城市的一座座公园，成为“绿色基础设施”，减少和控制了暴雨时的雨水径流，为整座城市的排水系统减轻压力。

  城市公园中土地较完整的自然结构及较强的可塑性，为雨水收集提供了良好的场地。同时，不同的雨水收集措施也提供了创造出不同景观的可能性。

  城市公园雨水收集的景观要素之一是地表明沟，它是设计有步道或露台的浅水水渠。公园内的雨水大多会经此流过草地、植被、道路、停车场等区域，然后进入排水设施中。

  德国公园中的地表明沟形式多样，充分将排水设施与公园的景观结合到了一起，起到了减缓洪峰与丰富景观内容的双重效果。例如，德国北星公园的北星广场将地表明沟作为主要景观要素，丰富的地表明沟形式将整个广场串联了起来。其中，入口处的明沟景观是整个广场的“高光部分”——1.8米高的旋转阶梯叠水墙连接着16米长的明沟排水系统，最终通入地下管道，而其中又有3条连接涌泉且造型各异的明沟景观。

  在城市公园中，透水铺装可以减弱径流、过滤雨水、促进雨水下渗，有利于自然界中的水循环。其主要工作方式是下雨天由于透水砖与垫层间留有大量的空隙，雨水会逐层下渗，顺着空隙立即进入土壤，不能渗透的则可设立人工储水池储存。

  天气炎热时，地下水则会逆向渗透补给到空气中，增加空气中水分含量，也可将其储存在储水池中的雨水回灌利用。

  20世纪60年代，德国首次尝试大孔隙透水性沥青路面；到了80年代，德国开始重视地面透水设计；21世纪以来，德国已做到全国城市大部分路面为透水路面。2014年，德国克罗斯特曼公司研发出最新型的生态透水地砖，可以直接阻断有害于人体健康的物质进一步渗透，且不影响水分蒸发。

  如今游客如织的德国千石公园，便是以这生态透水砖为主要景观要素的雨水收集公园。

  德国斯图加特绿缝公园是连接山上公园与周围居住区的过渡空间。公园内，地表明沟随着高低起伏的地势而建，将周围小区的屋面雨水与地表雨水收集于此，最终排到北面的雨水调蓄池中。

  值得一提的是，绿缝公园中有两套水循环管理系统：一是在下雨的时候，屋面的雨水流经“雨水管—绿缝公园喷泉泉眼—小溪—人工调蓄池”的路径，进入调蓄池中后被自然植物净化。当雨水超出了调蓄池的容量后，会经过3个泄水口流入净水池进行净化，净化后的水会用于整个园区的灌溉。

  二是当不下雨时，地下蓄水池的水会排入净水池中，然后通过人工抽水设施抽至绿缝公园小溪上游的泉眼，最后再到小溪和调蓄池中。在这里，调蓄池是地面径流的终端，同时也是园内令人赏心悦目的美景。