海綿城市建設(shè)中初期雨水徑流處理技術(shù)方案研究

劉道歡

(合肥市排水管理辦公室，安徽 合肥 230000)

早前國務(wù)院為了推進海綿城市建設(shè)，提出了滲、滯、蓄、凈、用、排等海綿城市建設(shè)措施[2]，將70%的降雨就地消納和利用。為了響應(yīng)國務(wù)院的政策，加大城市初期雨水徑流處理也是推進海綿城市建設(shè)的有力手段。

根據(jù)國家、安徽省的相關(guān)文件要求，結(jié)合巢湖流域城市發(fā)展規(guī)劃的目標(biāo)，本研究圍繞巢湖流域城市面源污染控制開展系統(tǒng)研究，提出城市核心區(qū)初期降雨徑流處理的適宜技術(shù)，為城市入河污染物的削減提供有力的技術(shù)支持。

1 初期雨水徑流水量計算

1.1 設(shè)計暴雨強度

采用新修訂的合肥市暴雨公式，公式如下：

式中：

q-設(shè)計暴雨強度，L/s·hm2；

P -設(shè)計暴雨重現(xiàn)期；

t-降雨歷時，min；

t=t1+mt2

t1-地面集水時間，min；

t2-管內(nèi)雨水流行時間，min；

m-折減系數(shù)取m=1。

1.2 雨水設(shè)計流量

雨水設(shè)計流量計算公式如下：

Q=167qΨF

式中：

Q-雨水管道設(shè)計流量(L/S)；

Ψ-徑流系數(shù)；

Q-設(shè)計暴雨強度(L/S·hm2)；

F-設(shè)計的雨水管道所服務(wù)的匯水面積(hm2)。

2 初期降雨徑流的污染負荷核算

考慮到降雨徑流沖刷產(chǎn)生的面源污染主要集中在降雨初期，本研究中的污染負荷計算采用了初期雨水量與初雨徑流中主要污染物的事件平均濃度的乘積獲得。根據(jù)前人的研究成果[3]，取降雨過程中2 mm左右的雨量為初期降雨徑流量。

研究區(qū)域內(nèi)雨水污染物事件平均濃度的選取按照全年雨水徑流實測數(shù)據(jù)的平均值，具體數(shù)值見表1。

表1 雨水中不同污染物濃度取值

本研究擬采用的降雨污染物入河量核算方法為：

W降雨=Q雨水×α雨水×λ降雨

式中：W降雨為降雨污染物排放量；Q雨水為研究區(qū)初期雨水量；α雨水為雨水中不同污染物濃度，本研究參考前人的研究成果，并輔助以實地水質(zhì)監(jiān)測確認；λ降雨為污染物的入河系數(shù)，最終將研究范圍城鎮(zhèn)污染物的入河系數(shù)定為0.85。

3 初期雨水處理技術(shù)

3.1 初期雨水的源頭削減技術(shù)

源頭控制技術(shù)主要圍繞建筑小區(qū)展開，利用小區(qū)屋頂建設(shè)雨水花園、老舊小區(qū)的海綿化改造或道路的改造等方式，實現(xiàn)降雨徑流污染的源頭控制和污染負荷削減。

3.1.1 實施方案

針對城市初期雨水徑流污染濃度高，面源污染嚴(yán)重的問題，又考慮到城市城鎮(zhèn)化的建設(shè)的需要，本研究在德國屋頂花園[4]的理念上，結(jié)合我國建筑小區(qū)的實際情況，圍繞屋頂花園的輕質(zhì)基質(zhì)材料研發(fā)、植物選擇、土壤厚度優(yōu)化等，也形成了一整套系統(tǒng)的模式，達到了良好的景觀和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

3.1.2 實施效果

城市屋頂花園在不占用土地，不影響城鎮(zhèn)化發(fā)展的腳步的前提下，增加城市綠化面積、豐富綠化景觀、營造城市的第二“綠肺”改善生態(tài)效應(yīng)。與此同時，屋頂雨水花園一方面可以滯蓄雨水徑流，降低雨水徑流的峰值流量，另一方面花園的植物可以大大削減初期雨水污染負荷，有利于改善城市水環(huán)境質(zhì)量。

圖1 屋頂花園效果圖和實景圖

如圖1所示，屋頂花園的實景圖和效果圖，它是融合建筑技術(shù)與綠化藝術(shù)為一體的綜合現(xiàn)代處理技術(shù)。不僅改善城市景觀效應(yīng)，更重要的是有助于初期雨水徑流污染的控制以及雨水的資源化利用。

3.2 雨水過程控制技術(shù)

過程削減技術(shù)主要圍繞降雨徑流的匯流過程開展，工程上常見的幾種技術(shù)手段有生態(tài)植草溝、道路兩側(cè)下凹式綠地、生態(tài)滯留池等。

3.2.1 實施方案

在道路兩側(cè)建設(shè)綠化帶時，使綠化帶標(biāo)高低于道路標(biāo)高，以利于周邊雨水徑流的匯入。下凹式綠地透水性能良好，一方面可以減少地表徑流量，換屆雨水管網(wǎng)運行壓力，另一方面可以削減道路徑流污染負荷。

3.2.2 實施效果

見圖2。

圖2 下凹式綠地效果圖

3.3 雨水末端治理技術(shù)

雨水的末端處理主要是設(shè)置雨水調(diào)蓄池，在做好城市的雨洪管理的同時，也能解決城市污水溢流問題，將大大的提高空間利用率，有效改善我國城市水環(huán)境，降低河水倒灌的風(fēng)險，增強調(diào)蓄池的安全性，見圖3。

圖3 雨水調(diào)蓄池工藝流程

4 方案確定的原則

城市初期雨水處理方案的設(shè)計主要依據(jù)“城市防洪規(guī)劃”、“海綿城市規(guī)劃”，結(jié)合城市水環(huán)境治理的目標(biāo)要求，科學(xué)制訂規(guī)劃目標(biāo)和指標(biāo)，合理選擇城市初期雨水徑流收集、凈化技術(shù)，確定初期雨水凈化設(shè)施的總體布局、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)模等重要參數(shù)。

方案制定過程中應(yīng)遵循以下原則：堅持生態(tài)優(yōu)先；問題導(dǎo)向與目標(biāo)導(dǎo)向相結(jié)合；集中與分散相結(jié)合；綠色與灰色相結(jié)合；景觀與功能相結(jié)合。

5 巢湖流域主城區(qū)初期雨水處理方案

根據(jù)巢湖流域主城區(qū)不同地塊的功能定位，結(jié)合不同區(qū)域的下墊面狀況和規(guī)劃建設(shè)情況，提出根據(jù)巢湖流域主城區(qū)地塊功能制定初期雨水處理方案：

5.1 住宅小區(qū)

圖4 小區(qū)初期雨水處理案例

老城區(qū)大多數(shù)住宅小區(qū)普遍存在綠化面積不高、下墊面透水能力弱、居民公共活動場所少等問題。圍繞初期雨水徑流的收集和處理，結(jié)合老舊小區(qū)出新，對建筑樓宇周邊的雨水管網(wǎng)進行線性排水系統(tǒng)改造，對小區(qū)中小塊綠地進行生物滯留設(shè)施改造，對小區(qū)中較為集中的公共開放空間進行多功能生態(tài)化改造，將小區(qū)雨水集中收集輸送到改造后的多功能公共開放空間。這一多功能公共開放空間，可采用下凹式等多種方式，在大雨期間，也可作為雨水積蓄和存儲的場所。

在有條件的小區(qū)，通過樓宇雨水建筑立管斷接，將錯接污水納入污水管網(wǎng)，將屋面雨水收集引入高位花臺進行凈化后，排放至周邊雨水管渠。

5.2 商業(yè)區(qū)

在城市的商業(yè)中心，由于建筑密度大、人口聚集程度較高，徑流下滲的程度更低。因此，在商業(yè)區(qū)，初期雨水徑流的處理可結(jié)合商業(yè)集合體的造型、功能、景觀目標(biāo)開展設(shè)計。例如采用屋頂綠化方式在商業(yè)中心頂層建設(shè)屋頂花園，在商場建設(shè)垂直綠化墻，在商業(yè)中心區(qū)建設(shè)景觀水池，收集處理該區(qū)域匯集來的雨水，并作為景觀水回用。

圖5 商業(yè)區(qū)雨水處理案例

5.3 工業(yè)區(qū)

在城市的工業(yè)區(qū)，由于企業(yè)眾多，初期雨水徑流的控制可結(jié)合企業(yè)廠區(qū)美化，圍繞工業(yè)區(qū)綠化展開?？苫诘陀绊戦_發(fā)的理念，對工業(yè)區(qū)內(nèi)綠化和廠區(qū)內(nèi)部的綠化提出改造要求，多采用下凹綠地、生態(tài)雨水溝等綠色設(shè)施，并將它們有機結(jié)合起來，實現(xiàn)對工業(yè)區(qū)降雨徑流污染的削減和控制。

圖6 工業(yè)區(qū)雨水處理案例

5.4 城市公共空間

對城市的大片公共空間，如沿河綠化帶、城市公園、體育場等區(qū)域，初期雨水徑流的削減可結(jié)合城市規(guī)劃和美化，圍繞巢湖流域水域面積多的特點，結(jié)合巢湖流域主城區(qū)水環(huán)境的改善的目標(biāo)，以“雨水公園”、“濕塘”等綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為抓手，凸顯巢湖流域優(yōu)美的城市環(huán)境。

圖7 城市公共空間雨水處理案例

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

(1)通過源頭-過程-末端三個階段的控制技術(shù)，實現(xiàn)降雨徑流的入滲和滯蓄、徑流量的控制和污染負荷的削減，以及對降雨徑流進行收集和處理。

(2)在初期雨水徑流污染控制的模式上，首先考慮是通過對雨水徑流的入滲和滯蓄控制徑流量，然后采取強化凈化的手段削減徑流污染負荷，對于處理之后大道城市雜用水標(biāo)準(zhǔn)的雨水，可以考慮資源化利用。

(3)通過以上三個階段技術(shù)的運用，基本可以實現(xiàn)巢湖流域城市核心區(qū)初期雨水徑流污染的有效控制和削減，有效地恢復(fù)城市水環(huán)境功能，提升水環(huán)境質(zhì)量。

6.2 建議

(1)初期雨水徑流污染的削減應(yīng)從系統(tǒng)上整體考慮，采用灰綠結(jié)合的工程措施進行組合，達到控制削減效果。

(2)初期雨水徑流的處理措施要因地制宜，根據(jù)項目的實際情況考慮從源頭-過程-末端三個階段來采取工程措施進行控制，切勿強加措施。