建设“海绵天津”必须兼顾“蓄雨入渗”与“排水排盐”

　　摘要：海绵城市是城市雨洪管理的一个新概念，国际上通用俗语为“低影响开发雨水系统构建”。通俗理解就是在下雨时城市地表能像海绵一样吸水、渗水、蓄水，使大气降水转化为土壤水和地下水，成为可利用的水资源。笔者对建国以来黄淮海平原处理“蓄、排”关系的经验和教训做了简要回顾，并对“海绵天津”建设的具体内容进行探讨，同时还介绍了地下埋设填料暗沟预制件、地面铺装透水路面砖，建成蓄排兼顾的“海绵天津”的具体技术和方法。

　　关键词：海绵天津；蓄雨入渗；暗沟排水；蓄排兼顾

　　Abstract：Spongecityisanewconceptproposedforcityfloodmanagement.Itisalsoknownas"slight-influencedraindrainagesystemconstruction"internationally.Simplyspeaking，itmeanstheearthsurfaceofacityislikespongethatcanabsorb，permeateandrestorerainwaterandturnrainwaterintousefulresourcesforsoilirrigationandundergroundwater.ThispapermakesabriefreviewofsomeexperiencesandlessonsinthetreatmentrelationshipbetweenstorageanddrainageinHuang-huai-haiplainsincetheestablishmentoftheP.R.C.MeanwhilethespecificcontentofTianjinSpongecityconstructionwasdiscussedhere.Itwasalsodiscussedthein-laidblindditchpre-fabricatedpipes，permeablesurfacebricklaying，andtheconcreteskillsandmethodsforbuildingTianjinSpongeCityconsideringbothstorageanddrainageofrainwater.

　　Keywords：SpongeTianjin；storagewatertopermeate；ditchdrainage；giveattentiontobothstorage&drainage

　　1历史的经验与教训

　　天津是退海成陆的盐碱地城市。海退时间短，浅层咸水广布（浅层有咸水的面积占全市总土地面积的77%），地下水埋藏浅、矿化度高。据第二次土壤普查（1979—1982年），全市拥有盐碱地49.3万hm2，占土地总面积的42.3%。

　　20世纪50年代末，由于盲目引水蓄水发展灌溉，而没有建设排水设施，引发了大面积土壤盐碱化。黄淮海平原盐碱地面积由1958年的273万hm2发展到1961年的413万hm2。海河流域1963年发生特大洪水，笔者参加了河北省涝区盐碱地土壤调查。调查显示：脱水后（10月上旬）涝区地下水位较大水前一般提高了0.5～2.0m，超过了地下水安全水位（临界深度），处于毛管水强烈上升的部位；脱水到冬前阶段（9—11月），涝区蒸发强度比一般年份增加3倍，会更加速土壤的积盐；盐碱地表层土壤（0～5cm）含盐量剧增6倍多，耕层土壤（0～20cm）增加2倍左右。由于涝区冬前地下水位和地下水矿化度均较常年同期偏高，这就为翌年春季土壤强烈返盐和盐碱地面积的迅速扩大预伏了可能性。1964年河北省又恰遭严重涝灾，更加速了盐碱地的大面积发生，也验证了“大涝之后必有大盐碱”的科学判断。

　　1963年毛主席提出“一定要根治海河”。自1964年开始，开挖疏竣骨干排水入海河道，到1975年海河五大水系各自都有了排水入海尾闾，排洪排涝入海能力比1964年分别增加了4倍和6倍。同时，大搞农田水利建设和深沟排水配套工程，至1980年，黄淮海平原盐碱地面积减少到207万hm2，盐碱地改好了一半，生态环境出现良性循环。

　　天津市土壤盐碱重，地下水位高，一旦蓄水不当就会抬高地下水位而引发大面积农田土壤和城市生态林带、公园绿地的土壤盐碱化；盐碱会侵蚀城市建筑物砌体，不仅影响使用功能和观瞻效果，还会缩短建筑物使用年限，造成重大经济损失；盐碱还会造成道路的路基和混凝土路面的破坏，给道路维护加大了难度和成本。

　　历史经验提示我们，建设“海绵天津”，必须兼顾“蓄雨入渗”与“排水排盐”，严防土壤盐渍化的发生与发展。

　　2建设“海绵天津”使大气降水尽可能多地转化为可利用的水资源

　　水资源源于大气降水。当地的多年平均降水量就是该地的可利用水资源量。大气降水到达地面，成为地表水并产生地表径流；大气降水入渗地下，成为土壤水和地下水转化为可利用的水资源。

　　据研究，大气降水中8%成为地表径流，20.6%入渗为浅层地下水，71.4%转化为包气带土壤水（包括通过地表蒸发与植物蒸腾消耗的农田水分）。

　　天津市年均降水量570～700mm。降水集中在雨季，雨季降水量占全年降水总量的75%左右。雨季集中降雨具有明显的淋洗土壤盐分的作用，但如果没有相应的排水系统，也只能是把土壤盐分从土体上层压到土体下层，待雨季一过，盐分随土壤毛细管作用上移，形成土壤积盐而危害作物并发生大面积盐渍化。

　　天津是资源性缺水城市，人均水资源量100m3，仅为全国人均水资源量的5%。“海绵天津”建设中更加期待在雨季时加大降雨入渗，使大气降水尽多地转化为土壤水和地下水成为可利用的水资源。但天津又是退海形成的盐碱地城市，在蓄滞雨水的同时，更要注重降控地下水位和“排水排盐”，切实做到“蓄排兼顾”和防治土壤盐渍化。

　　3合理调控地下水埋深是建设“海绵天津”的关键

　　地下水埋深是大气降水、地表水、土壤水、地下水之间消长转化的集中反映。合理调控地下水埋深，是建设“海绵天津”和改良盐碱地的关键。

　　地下水临界深度，是指干旱时期耕层土壤积盐，不致危害作物生长的最浅地下水埋藏深度。天津平原地区尤其是浅层有咸水地区，地下水埋藏深度是土壤积盐的一个决定性因素，地下水位越浅，则土壤积盐越多。

　　地下水埋藏深度是变化的，动态的。根据多年科学研究与生产实践，天津市不同季节需要调控的地下水位埋深不同。

　　旱季：为防治土壤盐碱，地下水位应控制在地下水临界深度，即耕层土壤积盐不致危害作物生长的最浅埋藏深度（地下水位1.5m以下）。

　　雨季前：为尽量增大降雨入渗，减少地表径流，尤其是浅层咸水区为腾出咸水所占据的地下库容，地下水埋深最好降到4.0m以下。

　　雨季：在2d内将地表积水排出，把因为降雨抬高的地下水位回降到作物抗湿深度（0.5～1.0m）以下。

　　天津市土壤盐碱、咸水广布。浅层咸水占据着包气带空间，不仅抬高了地下水位，且把地下水盐直接补充到土壤，成为土壤盐碱的“祸根”。雨季前开发利用咸水、半咸水和微咸水做为生活用水、工业用水、环境用水、农业用水等，不仅能有效降低地下水位，且能腾出咸水所占据的地下库容，加大降雨入渗，使大气降水尽多地转化为可利用的水资源。

　　4“海绵天津”建设的基本对策

　　4.1降低并调控地下水埋深，是防治土壤盐碱，减少地表径流和加大降雨入渗的基本措施

　　调控地下水位在临界埋深，是防治土壤盐碱的最基本要素，亦是“海绵天津”建设安全性的重要保障。研究表明，地表径流随地下水位的下降而减少，降雨入渗量随地下水位的下降而增加。有报道称，地下水埋深在1.0～5.0m范围内，地下水位每降低1.0m，地表径流减少12～25mm；降雨入渗补给地下水量增加22.6mm。

　　4.2科学集蓄和消纳雨水是建设“海绵天津”的关键措施

　　根据遥感卫星资料，天津中心城区的降水受水总面积为432.8km2。其中，林木草地150.6km2，水体28.7km2，裸地67.7km2，道路60.0km2，广场5.7km2，居住区屋顶面积120.1km2。可以看出，天津中心城区的降水受水总面积中有43%是雨水不能直接入渗的不透水地面和居住区屋顶。

　　“海绵天津”将改变雨水快排直排的传统做法，一是要增强林木草地、裸地和水体对雨水的集蓄和消纳功能并降低其蒸发耗水量；二是在中心城区的不透水地面铺装透水路面砖和建立屋顶雨水拦蓄和收集系统。

　　（1）广场、停车场、道路的雨水收集。天津市中心城区广场、停车场和道路的降雨受水面积为65.7km2，占中心城区降雨受水总面积的15.2%。采用铺装透水路面砖（需硬化的路面）和透水骨料（可以不硬化的路面）以增加降雨入渗量，减少径流流失量。

　　（2）屋顶雨水拦蓄利用。建立屋顶——渗井系统：通过专用管道把落水管收集的屋顶雨水引入渗井蓄纳。北京市研究表明，一个直径3m，深8m的渗井，对10年一遇的降雨，可消纳2500m2屋顶产生的径流。

　　建立屋顶——人工湖（或绿地）系统：收集屋顶雨水并引入人工湖或绿地进行蓄纳。

　　（3）加大绿地草坪的降雨入渗。①建设下凹式绿地，即绿地低于广场、停车场和人行道路面。②改现有高出地面的高草坪为低于地面的低草坪，或与地面持平的平草坪。

　　北京市研究表明，低草坪通过地下1m界面的入渗量占降雨和灌水总量的30%以上，是平草坪的1.6倍，高草坪的4.9倍。

　　（4）建设植草沟及缓坡式、台地式等多种不同形式的下沉式绿地，并与人工湖、人工湿地等相连通，实现雨水的排放和利用。

　　4.3保护湿地和水体

　　天津中心城区的林木草地、水体和裸地面积占降雨受水总面积的57%。林木草地和湿地是城市的“绿肺”，不仅能净化空气美化环境，还可以提高城市蓄滞雨洪和防洪除涝的能力。保护和提高城市“绿肺”功能是建设“海绵天津”的重要环节。

　　4.4实行雨污分流

　　目前市区排水仍采用雨污合流，雨洪产生的径流被全部排出入海，这不仅是水资源的极大浪费，而且还加重了城市排水的负担。

　　城区严格执行雨污分流，污水进污水处理厂处理处置后做为环境用水；雨水入渗回补地下水或进入湖泊、坑塘，增加可利用的水资源。

　　5建设蓄排兼顾“海绵天津”的新型材料及其效果

　　5.1新型材料

　　5.1.1填料暗沟排水暗沟有土暗沟和填料暗沟之分。土暗沟是在田间挖一定深度的沟槽，上盖土垡或预制的顶盖，然后回填，形成地下排水沟道。填料暗沟则是在沟槽内装填漏水材料，顶部回填原土后形成沟槽中有滤水材料的地下排水暗沟。

　　（1）填料暗沟预制件。以废水泥桩、水泥柱、水泥砌块等建筑垃圾（直径3～4cm的寸碴）替代天然砂石料，作为滤水材料，采用混凝土冷压砌块技术，工厂化生产宽30cm，厚20cm，四壁均具进水透水功能的填料暗沟预制件，直接用于田间施工。

　　（2）填料暗沟预制件与PVC玻纹管排水性能的比较。与国际上应用较多的地下排水管材——荷兰PVC玻纹管相比，填料暗沟预制件的截面积（30cm×20cm=600cm2）是荷兰PVC玻纹管（直径6cm，截面积28.27cm2）的21倍。填料暗沟预制件的单位长度（1m）进水孔面积是荷兰PVC玻纹管（进水孔面积30～38cm2·m-1）的26～33倍。

　　（3）填料暗沟预制件与地下排水系统。将填料暗沟预制件运至施工现场，按排水暗沟的间距（一般30～50m）用挖掘机开挖沟槽（沟深120cm；沟宽40cm；沟的长度按设计要求确定；沟的坡降0.5～1.0/1000）。田间沟槽内置入填料暗沟预制件，然后复土填平。最末一级暗沟预制件与市政排水系统的集水井或与农田排水明沟相联通，即快速完成了地下暗沟排水系统的构建。

　　5.1.2透水地面砖与透水骨料以一定直径的建筑垃圾碎块，通过混凝土冷压制砖技术生产透水地面砖。地面铺装透水砖，可以增强城市雨洪水的入渗、收集和利用。透水地面砖不仅具有高透水性（透水系数：1.22×10-2cm·s-1），且具良好吸热性能，可抑制地面温度上升而产生的“热岛效应”（降低路面温度3～5℃）。

　　把直径不等的（3～8cm）大块建筑垃圾制成透水骨料替代鹅卵石等天然石材做公园和居民小区可以不硬化的地面。透水骨料兼具透水和保水性能，利于雨水入渗和滞蓄。

　　5.2填料暗沟排水条件下的土壤含盐量及地下水位

　　近年来，天津、江苏、浙江的滨海潮滩盐土（围海吹填造陆区；滩涂新围垦区）和滨海盐土（盐碱荒地；滩涂老围垦区）采用填料暗沟排水排盐，地下水位都降控在2.0m左右；苗木成活率保持在95%～98%；土壤含盐量从治理前的10～20g·kg-1（潮滩盐土）和6～10g·kg-1（滨海盐土），降到植树时的3～4g·kg-1；至治理1周年和2周年，土壤含盐量均维持在2g·kg-1左右。

　　5.3建设蓄排兼顾的“海绵天津”

　　地下填料暗沟与地面透水砖、透水骨料联合用于“海绵天津”建设，使天津中心城区的陆地降水受水部分，在降控地下水和排水排盐的基础上，把大气降水更多、更安全地转化为土壤水和地下水，成为可利用的水资源