“海绵乡村”破解生态难题 提高乡村“颜值”

海绵乡村示意图

下雨时像海绵一样吸收雨水，需要的时候能将雨水“吐”出来。海绵乡村，借助自然力量排水，“源头分散”“慢排缓释”，就近收集、存蓄、渗透、净化雨水，让乡村如同生态“海绵”般舒畅地“呼吸吐纳”。

如今，越来越多的乡村“颜值”更美，村民生活更方便、更舒心、更美好。

    

海绵城市并不是城市的专属，广大的乡村也同样需要。目前我国正处在城乡一体化、新村镇和新农村建设的关键时期，但在农村城镇化过程中，面临着水污染加剧、水资源短缺、水生态环境恶化等突出问题。因此，如何提高雨污水资源化水平，构建可持续的水循环模式已成为村镇快速发展亟待解决的关键问题。

    

由北京建筑大学等单位组成的研究团队对国内外现有技术进行了突破和创新，建立了在线无动力分离—渗蓄滞留减排—生态净化回用的村镇雨污水处理新模式，构建了村镇雨污水分区分级处理与资源化利用的集成技术体系，形成了多点、多途径、多功能的雨污水资源化利用技术体系，有效地支撑了海绵乡村的建立。在2016年北京市科学技术奖评选中，荣获二等奖。

    

可持续的水循环已成村镇发展的关键

    

新型村镇是国家新型城镇化战略的重要体现，村镇地区建设速度、开发强度空前，但与此同时伴随着资源、能源的快速消耗和生态环境恶化等问题，内涝与水污染问题并存，已成为新农村建设和城乡统筹发展的瓶颈问题。

    

我国村镇雨污水技术研究起步较晚，存在建设、运行费用高，维护管理复杂，截污和资源化水平低等问题，且小型或微型的水污染治理技术研究相对滞后。

    

现有技术多针对村镇的污水治理的达标技术，缺少基于地下水补给、养殖、农灌、景观等多功能回用的村镇雨污水深度处理与资源回用的技术。

    

“生态处理系统是解决村镇雨污水资源化利用的有效途径。”项目负责人，北京建筑大学教授袁冬海说。

    

但村镇雨污水具有颗粒物含量高、粒径范围广、峰值流量大等特征，给生态技术应用带来了巨大的挑战，往往一场大雨过后的生态处理设施就会发生致命性的堵塞，系统功能完全失效。

    

“如何解决村镇雨污水中颗粒物及瞬时水力负荷冲击的问题，是生态处理技术能否成功用于村镇雨污水深度处理与资源化利用的关键。”袁冬海说。

    

因此，开展村镇雨污水生态处理与资源化利用关键技术及实用装备研究，攻克系列技术难题，对保障国家新型城镇化战略稳步推进，实现海绵乡村建设具有重要的意义。

    

有效解决了村镇雨水污染问题

    

据了解，该项目由北京建筑大学、中国环境科学研究院以及相关环境公司联合组成“产学研”联盟，进行系统研究与工程实践。研究团队开展了关键技术攻关，在开发高效的径流控制与雨污水资源化利用装置方面取得了重大突破，有效解决了城市化进程中村镇径流污染、水资源流失和生态环境破坏等突出问题。

    

“针对村镇的开发强度以雨水源头控制与资源利用实现雨污的分流，建立了基于生态净化与回用的不完全分流制新型村镇排水体系，解决村镇雨污水分流的技术难题。”袁冬海说。

    

项目团队针对传统雨污分流建成成本高，后期管理难度大，以恢复开发前自然条件下的雨量产流状态为目标，对我国近200个地区30年的日降雨量进行了统计，基于对24小时降雨量的气象统计学与可实施性分析，绘制了设计雨量等值线图，提出了各区域年径流总量控制率及其对应的设计降雨量值关系，开发了以年径流总量控制率为目标的雨污水处理和利用设施的设计新方法。

    

基于低影响开发，建立了“在线无动力分离—渗蓄滞留减排—生态净化回用”的村镇雨污水三级处理技术体系，通过增加对径流雨水的渗透和滞留，从而减小到达合流制管道时的径流峰值流量，延缓径流到达合流制管道的时间，并减少进入合流制系统的径流总量，最终实现减少合流制溢流的发生频率和溢流量，将合流制溢流污染降低到最小，通过源头控制与资源化，实现了雨污水的水量、污染物排放总量的双减量。

    

依据村镇不同类型下垫面雨污水颗粒物粒径的分布特征与沉降性能，研发了针对初期雨水大粒径颗粒物比例高的初期雨水弃流设施、村镇地区道路雨水径流的多级集成化流体动力旋流分离装置、庭院雨污水一体化净化设施及屋面雨水高速在线过滤装置4套雨污水径流在线无动力分离技术及装备，系统解决了初期雨污水中颗粒物含量高、难处理的技术问题。

    

针对村镇雨污水峰值流量高、瞬时水力负荷冲击大、末端生态净化难度高的问题，研发了3项强化渗透减排技术，研制了新型人工分子筛和生态混凝土材料、基于吸附材料制备生态混凝土及用于水质净化的方法，并构建了植生透水生态混凝土破岸稳定净化技术系统、地表漫流生物处理系统和处理方法、新型植被浅沟雨水径流处理技术和生物滞留处理技术。

    

50万农户享受到全新生态体验

    

据袁冬海介绍，项目成果已在北京、深圳、宁夏、江苏、上海、湖北、河北、山西等11个省市得到规模化推广与应用，发挥了示范引领、辐射带动作用，解决了约50万户农村居民雨水、生活污水生态处理与安全回用问题。

    

在西北寒旱地区，建立了村镇低耗预处理、多级微型、分质回用、增温越冬等复合多介质生态处理与回用系统，年治理污水3000万立方米。

    

针对长三角地区人口密度大、土地资源紧张的特点，在上海、江苏等地区系统集成了强化增渗减排技术、生物滞留技术，微创式多介质开挖地下渗滤系统等雨污水生态处理与资源回用技术，建立了“节能、节地”村镇雨污水生态处理与资源回用技术模式，推广了8000套处理设施与装备。

    

针对华北城郊村镇水资源短缺、水污染并存，地下水超采、雨污水污染严重等问题，研发了微米级透水材料、多介质高效净化功能材料，并以该材料为基础研发出系列生态透水产品、装置，开发出系列基于多功能回用的复合人工湿地出水安全回用装置，在北京、河北、山西等省市新农村建设过程中铺装成功推广，年节水量达400余万立方米。

附：海绵乡村案例

傅英斌/中国乡建院

广州莲麻村生态雨水花园位于广州市从化区莲麻村村委会附近，包括村委会前已经硬化的场坝及南侧的空地，基地面积 670m2。

项目于2015年7-8月开始设计，整体于11月竣工。接手项目时，村委会前场坝空间局促单调，缺少活动及休憩设施 ；南侧空地原为废弃鱼塘，由于地势低洼，周围多个雨水口汇集于此，造成常年积水加之垃圾倾倒遍地无人清理，成为影响周围环境和村民生活质量的问题地块。

莲麻村近年实施雨水工程和管线铺设，但由于沿用建设城市的惯性思路，地面过度硬化。农村区域又缺少人员及时管理维护，每逢雨季，地表径流大面积滞留，无法及时存蓄下渗到周边的自然土壤。

在推进现代化市政设施建设同时，设计中忽视必要的生态措施，使自然生态的乡村水循环系统遭到破坏，依靠排水管道的雨洪管理方式不能完全“代谢”；由于硬质化造成地表水土流失、局域本底环境改变、本地植-物凋零等生态问题。

设计以水为切入点，针对场地问题，试图塑造亲切闲逸的邻水活动空间，重拾岭南乡村以水叙事的传统，探索乡村公共活动与生态景观的融合。

一、 整体策略 

【1】 打破场地边界

将鱼塘与村委会广场连接为一体，破除村 委会的行政化印象，提升村委广场的亲合力 ；

增加滨水活动及亲水空间，将原本局促的车行道转弯予以拓展，提高舒适度；植入景观构筑， 改变原有视线焦点，将人的活动引入场地，丰富场地的空间形态。

【2】运用海绵效应，就地化解矛盾。

将雨水就地蓄留、就地消化旱涝问题，即通过简单的挖方和填方，解决低洼地的积水问题，形成了洼地与高岗地相结合的“海绵”系统。

将雨水快速排掉，是排水工程的基本目标，这种行为却会导致洪水被聚集和加速，其破坏力被强化、上游的灾害转嫁给下游 ；硬化工程导致水与生物分离、水与土地分离。通过简单的填挖方，可以建立梯田，减缓山坡下来的地表径流，削减洪峰强度，调节季节性雨水流量 ；

它们的方位、形式、深度都依据地质、地形因素和水流分析而设定。这些梯田状栖息地根据不同的水质和土壤环境种植了乡土植被，减缓了水流，使水中的污染物和营养物质被土壤微生物和植物所吸收。

生态雨水花园设计将与雨水对抗变为和谐共生，充分利用广州地区降雨充沛、气候湿润的特点，形成雨季旱季差异性景观，将环境教育、生态示范与景观结合。

二、 雨水净化

雨水在降落过程中，空气中的溶解性气体、溶解或悬浮状固体、重金属及细菌等会进入其中。地表径流中的污染物主要来自降雨对地表的冲刷。整个雨水花园湿地是一个有生命的雨水净化系统，将雨水经过人工湿地系统进行生物处理达到雨水净化的效果。

经过沉砂池去除大颗粒悬浮物及泥沙的雨水进入湿地系统。人工湿地对生化耗 氧量(BOD)、化学耗氧量(COD)、水质中的 悬浮物(SS)有较好的去除效果。这主要是由于水生植物和泥土对雨水中的SS有截留作用。在植物根系周围，较远处以及更远处则会不同程度地形成好氧、缺氧、厌氧环境，有效地去除雨水中的生化耗氧量和化学耗氧量。

项目通过一系列说明将净化原理及过程以图文形式予以展示和讲解，将复杂的净化原理图形化，并对每种植物予以说明介绍，在实现雨水净化功能的同时对游客进行 生态展示和生态教育，普及雨水生态净化知识，将科普融入场地之中，雨水净化过程的重要节点和过程均实现可视可读。

进出水口，溢水通道等主要流程节点均被精心设计展现，整个过程可视可读，参观者与设计者形成良性互

三、低技策略 

低技策略首先体现在聘请本地石匠。由于乡村工匠普遍无法看懂图纸，现场 90% 的工程量由设计师亲自参与放线以及动手示范工艺，经验建造作为施工主线贯穿始终，并且产生了许多意外的效果。

现场调整施工工艺，材料选择，甚至平面形态在施工过程中都在不断进行调整， 整个施工过程也是一个再设计过程。

当地工人由于缺乏正规施工训练，无法将场地砖缝铺砌整齐，因此设计师调整了工艺要求，顺应施工水平对砖缝问题不做要求并引导工人，地面铺装采用红砖立铺，将原本的施工错误变成特殊铺装效果，在地面形成了起伏波动的砖缝效果。

村民积极参与施工过程，妇女参与了竹竿的绑扎，不仅极大地节省了人工成本，还普及了竹子绑扎工艺，方便将来的维护维修，村民无需请技术工人就可以自行修复破损，为村庄的改造建设提供了工艺样本。这种共同参与的建造方式也激发了村民的主动性，为施工效率以及日后维护产生了积极影响。

四、废旧材料利用

项目积极采用了废弃及乡土材料等低能耗、可降解的建筑材料以减少对环境的影响。

村庄附近维修道路拆除路面的大量混凝土被作为建筑垃圾运走，通过协调相关施工方，将废弃混凝土块用于挡墙砌筑和滨水石阶铺砌，结合本地红砖的地面铺装不仅极大节省了建造成本，而且通过材料的巧妙利用形成了特殊的形式语言和美学效果。

核心的竹亭构筑物就地取材采用了本地竹竿，节省造价的同时体现乡土材料特色。广州莲麻村生态雨水花园建成后集生态示范、环境教育、雨洪管理、游憩休闲于一体，成为备受村民及游客欢迎的公共空间，通过对场地问题分析，结合当地的乡土营造方式，对乡村的水生态进行有效探索。

来源：综合科技日报、谷德设计网。