我國北方季節(jié)性降雨地區(qū)海綿城市規(guī)劃建設(shè)思路探討
【www.wotx.net南京純水設(shè)備】海綿城市是一種新型的城市雨洪管理概念,即讓城市能夠像海綿一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,雨季吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時(shí)再將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市的建設(shè)需要結(jié)合各地實(shí)際情況因地制宜進(jìn)行建設(shè),不可照搬美國的低影響開發(fā)(LID)、英國的可持續(xù)排水系統(tǒng)(SuDS)、澳大利亞的水敏感城市設(shè)計(jì)(WSUD)。
一 海綿城市建設(shè)概況
國家高度重視海綿城市建設(shè),財(cái)政部、住建部和水利部于2015年和2016年分別推出了2批共30個(gè)海綿建設(shè)試點(diǎn)城市,各城市在水文、地理、環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面都存在很大的差異。
海綿城市建設(shè)過程中,一方面要避免過度拔高海綿城市的“萬能論”,另一方面要認(rèn)識(shí)到北方城市與南方城市地理環(huán)境特征的差異以及各地建設(shè)海綿城市的基礎(chǔ)的不同。南京純水設(shè)備下面探討北方地區(qū)海綿城市規(guī)劃與建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),為其他北方地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供參考和借鑒。
北方地區(qū)城市,屬于溫帶半濕潤大陸性氣候,降雨量分配嚴(yán)重不均,夏季雨量集中,7、8月份降雨量占全年的80%以上。在遭遇2年一遇以上的降雨時(shí),市政道路積水,產(chǎn)生明顯的城市內(nèi)澇。在遭遇20一遇以上的降雨時(shí),城區(qū)出現(xiàn)了多處明顯的內(nèi)澇積水點(diǎn)。同時(shí),由于老城區(qū)合流制排水系統(tǒng)溢流明顯,導(dǎo)致雨季城市河道水質(zhì)較差。另外,由于對地下水度過利用導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降。
二 北方地區(qū)海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)
1、海綿城市建設(shè)基礎(chǔ)信息構(gòu)建
海綿城市規(guī)劃建設(shè)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求的特點(diǎn)與傳統(tǒng)規(guī)劃不同,其更關(guān)注植被、地形、土壤、管線、水量、水質(zhì)及流速等詳盡的準(zhǔn)確的基礎(chǔ)信息,以及在季節(jié)性降雨條件下,土壤、植被、水量、水質(zhì)及流速的動(dòng)態(tài)信息。這些信息在以往傳統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)中,往往不被重視,而在海綿城市建設(shè)過程中,重要的一點(diǎn)是城市下墊面及地下管線對城市水文水質(zhì)過程的影響分析,這就決定了需要較高的時(shí)間精度和空間精度的數(shù)據(jù),而且這些數(shù)據(jù)需要相對較長的時(shí)間周期(1個(gè)水文周期)。
海綿城市建設(shè)區(qū)既包括改造難度極大的老舊城區(qū),也包括部分新城區(qū)與待建區(qū)。由于不同的區(qū)域的下墊面、土壤地形、排水能力等方面也存在很大差異,因此,在海綿城市建設(shè)中,利用1年時(shí)間對不同類型區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的現(xiàn)場踏勘,獲取不同區(qū)域的地形、豎向、土壤性質(zhì)、地下水埋深、土壤孔隙率等海綿建設(shè)基礎(chǔ)信息;同時(shí)對地下排水管線進(jìn)行普查及CCTV探查,摸清排水分區(qū)、排水體制、管線排布以及排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷與功能性缺陷,并在雨季對于城市水文過程中涉及的雨量、水量、水質(zhì)、管網(wǎng)流量、流速等信息進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測、這些信息為海綿城市規(guī)劃分區(qū)、海綿改造建設(shè)適宜性評價(jià)、海綿設(shè)施的布置合理性、海綿設(shè)施建設(shè)的效果評估奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2、 區(qū)域地表水文過程模擬與排水系統(tǒng)效能的評估
利用模型提取城市區(qū)域徑流模型的水流方向、匯流累積量、水流長度、河流網(wǎng)絡(luò)等水文基礎(chǔ)信息,基于DEM柵格表面,通過河網(wǎng)分級法對城市基本水文因子的提取以及水網(wǎng)等級分析,再現(xiàn)水流的流動(dòng)過程,完成對區(qū)域自然水文過程的分析和模擬。為規(guī)劃制定過程中,優(yōu)化城市的豎向、梳理城市泄洪路徑、識(shí)別大型“海綿體”以及匯水分區(qū)劃分等工作提供的有效的技術(shù)手段。
針對北方城市的水安全和水環(huán)境問題,通過對雨季區(qū)域地表水文過程、排水系統(tǒng)效能以及河道水量水質(zhì)進(jìn)行模擬評估得出,對區(qū)域水安全和水環(huán)境的主要問題(城市面源、管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、管網(wǎng)滲漏、管網(wǎng)淤堵、污水處理廠進(jìn)廠濃度、溢流污染)并進(jìn)行量化解析,南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備提出有效的應(yīng)對措施,并對海綿城市建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)與指標(biāo)可達(dá)性分析、對擬實(shí)施的規(guī)劃措施進(jìn)行評估,為決策者提供投效比最佳的規(guī)劃決策。
3、 規(guī)劃策略
對于老舊城區(qū)而言,綠地率很低,同樣降雨條件下的地表徑流造成雨水管道壓力增大,因此,對于老城區(qū)海綿化改造更應(yīng)注重存量地下排水系統(tǒng)探查、診斷、整治和運(yùn)維,對于增量項(xiàng)目應(yīng)考慮與老城區(qū)居住環(huán)境的提升相結(jié)合,因地制宜,將排水系統(tǒng)改造與排水分區(qū)調(diào)整、與排水口增設(shè)相結(jié)合,加大排水系統(tǒng)的通行能力,縮短排水距離,實(shí)現(xiàn)雨水就近快排。對于新城區(qū)而言,綠地率相對較高,可以通過局部豎向設(shè)計(jì)與改造,采取植草溝、線性排水溝等方式,將地面雨水導(dǎo)入周邊綠地進(jìn)行收集處理,進(jìn)可能減少進(jìn)入排水系統(tǒng)的雨水量,將雨水留住,凈化,并回用,與此同時(shí)應(yīng)重視低影響開發(fā)設(shè)施與景觀布置的協(xié)調(diào)性。遵守海綿城市“滲、滯、蓄、凈、用、排”六字方針,在制定海綿城市實(shí)施方案時(shí),考慮低影響開發(fā)設(shè)施多功能的特點(diǎn)。本著城市新城老城差異化的規(guī)劃策略,結(jié)合各區(qū)的氣候水文、地形豎向、建設(shè)現(xiàn)狀等因素,確定海綿城市建設(shè)的總體目標(biāo),以公建小區(qū)、市政道路、公園綠地、水系4項(xiàng)工程建設(shè)任務(wù)為依托,將總體目標(biāo)分解到“滲、滯、蓄、凈、用、排”等項(xiàng)工程措施中,老城區(qū)側(cè)重“排”和“凈”措施,新城區(qū)側(cè)重“滲”“蓄”“滯”“凈”和“用”等措施。
4、規(guī)劃分區(qū)與指標(biāo)分解
基于地表自然水文分析結(jié)果,結(jié)合城市的地形地貌、地塊豎向和排水流向,將規(guī)劃區(qū)劃分為若干個(gè)匯水分區(qū)。在匯水分區(qū)的基礎(chǔ)上,根據(jù)排水體制和排口位置,將匯水分區(qū)細(xì)分為若干個(gè)排水分區(qū)。南京純水設(shè)備最后,根據(jù)排水分區(qū)各地塊下墊面特征和排水管網(wǎng)、排水走向,將排水分區(qū)細(xì)分為若干項(xiàng)目片區(qū)。
根據(jù)總體建設(shè)目標(biāo),綜合考慮上述匯水分區(qū)和排水分區(qū)的總體特征,將總體目標(biāo)分解到排水片區(qū)和項(xiàng)目片區(qū)中,并以此作為海綿城市地塊、道路、公園、水體等各類工程指標(biāo)制定的依據(jù)。在建設(shè)指標(biāo)分解時(shí),應(yīng)將基于“系統(tǒng)目標(biāo)匯水分區(qū)排水分區(qū)項(xiàng)目片區(qū)”至上而下的指標(biāo)分配方式與基于“新城區(qū)與老城區(qū)海綿設(shè)施建設(shè)適宜性評估”至下而上的評估反饋相結(jié)合,避免出現(xiàn)為了指標(biāo)而建設(shè),為了下凹式綠地而建設(shè),為了海綿而海綿的機(jī)械思維。
三 季節(jié)性降雨地區(qū)海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)探索
1、內(nèi)澇治理
北方城市呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性積水的特征,因此,不能簡單地通過增大雨水管徑來解決內(nèi)澇積水的問題。在滿足市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期2年的情況下,盡可能通過透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園等生態(tài)措施,減少地表徑流總量,緩解了市政管網(wǎng)的排水壓力;對于超過2年重現(xiàn)期的超標(biāo)雨水,通過修建城市澇水行泄通道、拓寬下游河道等措施,加快就近排水,避免城區(qū)內(nèi)澇積水。通過上述措施的實(shí)施,在20年一遇降雨條件下,城市內(nèi)澇積水點(diǎn)全面消除。
2 、雨水資源綜合利用
在海綿城市建設(shè)過程中注重雨水的“蓄”和“用”,結(jié)合地形地勢和場地現(xiàn)狀,采取利用自然低地、新建或改造現(xiàn)有下凹式場地設(shè)施、建設(shè)雨水調(diào)蓄池三大措施,對雨水進(jìn)行調(diào)蓄、凈化和再利用,區(qū)域內(nèi)雨水收集利用量明顯增加,雨水資源利用率提高到10%,與此時(shí)同,地下水得到了有效的補(bǔ)給。具體包括:
(1)利用凹地建設(shè)公園、綠地、停車場、市民休閑鍛煉場所,并將這些場所底部改造為滲水材料,當(dāng)暴雨來臨時(shí),暫時(shí)將高峰流量儲(chǔ)存其中,并作為一種滲透塘,暴雨過后,雨水繼續(xù)下滲補(bǔ)充地下水。
(2)利用低凹地、池塘、濕地等收集調(diào)蓄雨水并充分利用水生植物如蘆葦、睡蓮等和其它生物資源對集蓄的雨水進(jìn)行凈化處理、防止水質(zhì)惡化,保持良好的生態(tài)景觀效果。
(3)在地下建設(shè)大口徑雨水調(diào)蓄管或者雨水調(diào)蓄池,調(diào)蓄池增加雨水凈化系統(tǒng),達(dá)到雨水回用要求,作為道路沖洗,綠化澆灑,景觀用水等非直接接觸性水的水源。
3、 水污染防治
CSO具有污水與降雨徑流的雙重特性:CSO流量和污染物濃度受降雨徑流影響是變化的,雖然通過擴(kuò)大截留倍數(shù),可大大降低溢流風(fēng)險(xiǎn),但是也會(huì)導(dǎo)致截污干管過大投效比下降的后果,同時(shí),其它季節(jié)水量小還會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)淤積等問題。因此,需要考慮CSO流量、污染物濃度與季節(jié)性降雨的動(dòng)態(tài)關(guān)系,南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備充分考慮水量的季節(jié)性波動(dòng)和水質(zhì)的動(dòng)態(tài)性,將適度工程措施、臨時(shí)應(yīng)急措施與管網(wǎng)清淤維護(hù)、污水處理廠雨季優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)合,尋求最佳投標(biāo)比、最佳運(yùn)效比的系統(tǒng)性措施。結(jié)合本地季節(jié)性溢流的流量和濃度波動(dòng),采取了“適度修復(fù)和維護(hù)管網(wǎng)、CSO調(diào)蓄池建設(shè)、河道調(diào)蓄設(shè)計(jì)、溢流口增設(shè)臨時(shí)應(yīng)急措施、污水處理廠雨季優(yōu)化運(yùn)行”的建管結(jié)合的方式,在一定的成本控制下,有效的解決了季節(jié)性溢流問題。在2年一遇降雨條件下,溢流頻次由6次降低至2次。溢流總量為11萬m3,減少了90%,溢流污染SS負(fù)荷為2.8 t,減少了83.6%;在20年一遇降雨條件下,溢流總量為28萬m3,減少了70%,溢流污染SS負(fù)荷為7 t,減少了73%。
4 、凍融防治
在我國北方,大部分透水鋪裝面臨凍融問題,透水鋪裝的壽命和效果都會(huì)受到很大影響。
針對城市海綿城市建設(shè)過程中透水鋪裝冬季凍融問題,采用抗凍融透水鋪裝技術(shù),在保障強(qiáng)度和性能的前提下,考慮材料經(jīng)濟(jì)可承受能力,通過控制各組分的配合比,得到強(qiáng)度高、透水性好且抗凍融的混凝土。試驗(yàn)結(jié)果表明,C25級抗凍融透水混凝土強(qiáng)度可達(dá)30.5 MPa,凍融質(zhì)量損失率低至2.7%,孔隙率達(dá)18%。該種混凝土能夠滿足國家規(guī)范所要求的50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期要求,而且強(qiáng)度等級較高,滿足普通的非機(jī)動(dòng)車道和部分機(jī)動(dòng)車道的使用,同時(shí),能夠有效的透水和消除路面積水??蔀楸狈匠鞘薪ㄔO(shè)海綿城市借鑒。
通過對北方地區(qū)海綿城市規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的探索,梳理若干北方季節(jié)性降雨地區(qū)海綿城市規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)如下:
1、對于季節(jié)性降雨地區(qū),應(yīng)充分進(jìn)行雨水資源的回收、凈化與利用,通過雨水調(diào)蓄、下滲等措施儲(chǔ)存雨水、補(bǔ)充地下水,需要時(shí),將凈化后的雨水用于澆灌、洗車等用途;
2、準(zhǔn)確、詳實(shí)的海綿城市建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對于海綿城市規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)、指標(biāo)、規(guī)劃措施的評估意義重大,在以往的城市規(guī)劃建設(shè)過程中,這些基礎(chǔ)工作往往被忽略或者不被重視,南京純水設(shè)備因此,未來必須加強(qiáng)建設(shè)區(qū)域地表系統(tǒng)、土壤系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)進(jìn)行充分詳細(xì)的勘測,同時(shí)對于季節(jié)性降雨對于排水系統(tǒng)水量、水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測,并建立系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。
3、對于季節(jié)性溢流地區(qū),需將排水系統(tǒng)修復(fù)和運(yùn)維、截污干管提標(biāo)建設(shè)、CSO調(diào)蓄建設(shè)、溢流口臨時(shí)處理以及污水廠雨季優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)合,在合理控制建設(shè)成本的前提下,減少季節(jié)性溢流。
4、未來不再單一提高排水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)來解決城市內(nèi)澇問題,應(yīng)通過“綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)+現(xiàn)有雨水管網(wǎng)維護(hù)+雨水系統(tǒng)提標(biāo)改造+行泄通道建設(shè)+河道調(diào)蓄”相結(jié)合的方式,通過系統(tǒng)性工程措施解決城市內(nèi)澇問題。
5、北方地區(qū)海綿城市在建設(shè)過程中就應(yīng)該結(jié)合本地實(shí)際,考慮成本和效果的前提下,研發(fā)適合本地的抗凍融透水鋪裝技術(shù),避免冬季凍融引起的海綿鋪裝強(qiáng)度、壽命和效果的下降。
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