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.fvqao.cn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)合各地實際情況因地制宜進行建設(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（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個海綿建設(shè)試點城市，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”，另一方面要認識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，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，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，城區(qū)出現(xiàn)了多處明顯的內(nèi)澇積水點。同時，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
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)需要相對較長的時間周期（1個水文周期）。
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年時間對不同類型區(qū)域進行詳細的現(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；同時對地下排水管線進行普查及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、流速等信息進行詳細的監(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、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實的基礎(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、污水處理廠進廠濃度、溢流污染）并進行量化解析，南京實驗室純水設(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)可達性分析、對擬實施的規(guī)劃措施進行評估，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、整治和運維，對于增量項目應(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)入周邊綠地進行收集處理，進可能減少進入排水系統(tǒng)的雨水量，將雨水留住，凈化，并回用，與此同時應(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，在制定海綿城市實施方案時，考慮低影響開發(fā)設(shè)施多功能的特點。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)細分為若干個排水分區(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)細分為若干項目片區(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，應(yīng)將基于“系統(tǒng)目標(biāo)匯水分區(qū)排水分區(qū)項目片區(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械思維。
三 季節(jié)性降雨地區(qū)海綿城市建設(shè)經(jīng)驗探索
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。通過上述措施的實施，在20年一遇降雨條件下，城市內(nèi)澇積水點全面消除。
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%，與此時同，地下水得到了有效的補給。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，暫時將高峰流量儲存其中，并作為一種滲透塘，暴雨過后，雨水繼續(xù)下滲補充地下水。
（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，雖然通過擴大截留倍數(shù)，可大大降低溢流風(fēng)險，但是也會導(dǎo)致截污干管過大投效比下降的后果，同時，其它季節(jié)水量小還會導(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)性降雨的動態(tài)關(guān)系，南京實驗室純水設(shè)備充分考慮水量的季節(jié)性波動和水質(zhì)的動態(tài)性，將適度工程措施、臨時應(yīng)急措施與管網(wǎng)清淤維護、污水處理廠雨季優(yōu)化運行相結(jié)合，尋求最佳投標(biāo)比、最佳運效比的系統(tǒng)性措施。結(jié)合本地季節(jié)性溢流的流量和濃度波動，采取了“適度修復(fù)和維護管網(wǎng)、CSO調(diào)蓄池建設(shè)、河道調(diào)蓄設(shè)計、溢流口增設(shè)臨時應(yīng)急措施、污水處理廠雨季優(yōu)化運行”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)，在保障強度和性能的前提下，考慮材料經(jīng)濟可承受能力，通過控制各組分的配合比，得到強度高、透水性好且抗凍融的混凝土。試驗結(jié)果表明，C25級抗凍融透水混凝土強度可達30.5 MPa，凍融質(zhì)量損失率低至2.7％，孔隙率達18％。該種混凝土能夠滿足國家規(guī)范所要求的50年設(shè)計基準(zhǔn)期要求，而且強度等級較高，滿足普通的非機動車道和部分機動車道的使用，同時，能夠有效的透水和消除路面積水。可為北方城市建設(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，總結(jié)如下：
1、對于季節(jié)性降雨地區(qū)，應(yīng)充分進行雨水資源的回收、凈化與利用，通過雨水調(diào)蓄、下滲等措施儲存雨水、補充地下水，需要時，將凈化后的雨水用于澆灌、洗車等用途；
2、準(zhǔn)確、詳實的海綿城市建設(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)進行充分詳細的勘測，同時對于季節(jié)性降雨對于排水系統(tǒng)水量、水質(zhì)進行動態(tài)監(jiān)測，并建立系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)庫平臺。
3、對于季節(jié)性溢流地區(qū)，需將排水系統(tǒng)修復(fù)和運維、截污干管提標(biāo)建設(shè)、CSO調(diào)蓄建設(shè)、溢流口臨時處理以及污水廠雨季優(yōu)化運行相結(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+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度、壽命和效果的下降。
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