英國排水理念對中國海綿城市建設的啟示

2021-03-10 02:55:44馬廣超

西北水電 2021年6期

馬廣超

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

0 前言

2015年10月，國務院辦公廳印發(fā)了《關于推進海綿城市建設的指導意見》，部署推進海綿城市建設-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建工作，確定了海綿城市建設目標，要求各地海綿城市建設要盡量減少城市開發(fā)建設對生態(tài)環(huán)境的影響。學習國外海綿城市建設經(jīng)驗，有利于我們更好的推進海綿城市建設。本文將介紹分析英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設的經(jīng)驗，并以此為鑒對中國海綿城市建設提出啟示。

1 海綿城市建設項目要求

海綿城市建設的重要文件《海綿城市建設技術(shù)指南》強調(diào)要構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，徑流峰值控制是低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的重要目標[1]。DB 11/T 1743-2020《海綿城市設計標準》關于徑流峰值控制的第4.2.6條規(guī)定，在雨水管渠及內(nèi)澇防治設計重現(xiàn)期下，項目的外排水總量不大于建設前的水平，并滿足已建成城區(qū)的外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.5；新開發(fā)區(qū)域外排雨水流量徑流系數(shù)不大于 0.4[2]。DB 11/T 1575-2018《專用排水設施技術(shù)規(guī)范》第6.5.2條也有類似規(guī)定。關于徑流峰值控制的規(guī)定是新項目開發(fā)啟動前排水評估和規(guī)劃的重要依據(jù)。在英國等發(fā)達國家所有的項目開發(fā)時也都有類似的要求，而且要嚴格執(zhí)行。

2 英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的依據(jù)

在英國，所有新建和改造項目無論面積大小，都要遵守政府頒布的《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》即《The SuDS manual》(Sustainable Drainage Systems)[3]，在項目開發(fā)前都要向政府有關部門提供這個項目的排水戰(zhàn)略報告(Site Drainage Strategy)，若報告不被通過，項目就不能進一步開展。

項目業(yè)主通常會委托設計咨詢公司評估項目可預見的開發(fā)和維護風險，并提供避免、減小風險的設計方案及說明風險處理后項目開發(fā)是否仍然遺留問題的報告。

可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求從開發(fā)項目相關的出水口河道水體、開發(fā)區(qū)流域范圍、過境流量和鄰近地塊等影響排水的4個方面評估開發(fā)項目的排水戰(zhàn)略報告[4]。排水戰(zhàn)略報告中最重要的是要保證新建和改造項目流域范圍內(nèi)在雨水管渠及內(nèi)澇防治設計重現(xiàn)期下，項目的外排水總量不大于建設前的水平，也是英國政府CfSH(Code for Sustainable Homes)強制要求(Ensure that run-off rates and annual volumes of run-off post development will be no greater than the previous conditions for the site.)[4]。

開發(fā)項目如果要向市政管道系統(tǒng)排水，就必須向政府有關部門提交申請資料，證明此開發(fā)項目的排水設計符合當?shù)氐囊?guī)劃，開發(fā)項目的排水系統(tǒng)、排水量和水質(zhì)符合可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的要求。

可持續(xù)發(fā)展排水戰(zhàn)略報告首先是要分析對比項目開發(fā)前后，項目占地范圍內(nèi)地面徑流系數(shù)的變化，以及開發(fā)后，開發(fā)區(qū)域的外排水總量是否比原來開發(fā)前大。

3 英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)情況

以一個英國開發(fā)項目為實例，了解到英國排水系統(tǒng)的具體設置理念和要求。歷史上這個項目地塊在1969年第一次開發(fā)，最后一次開發(fā)這個項目地塊用于住宅建設和住宅停車場，現(xiàn)在這個地塊要拆除進行重新開發(fā)，新建辦公樓和辦公樓停車場，項目開發(fā)前政府要求項目開發(fā)業(yè)主要作排水戰(zhàn)略報告。

報告中第一步，作區(qū)域分析，分析開發(fā)前后開發(fā)地塊內(nèi)地面徑流系數(shù)的變化即地面透水性的變化，根據(jù)勘測資料和開發(fā)規(guī)劃，開發(fā)前透水面積10 184 m2，不透水面積8 136 m2；開發(fā)后透水面積7 768 m2，不透水面積10 552 m2；開發(fā)后不透水面積增加2 416 m2。

第二步，最大徑流量評估，項目開發(fā)后的徑流量不能大于開發(fā)前的徑流量，在英國徑流量按1到100年重現(xiàn)期進行校核；最大徑流量評估還要校核因氣候變化造成的徑流量增加量，英國標準，按30%的最大徑流增加量計算因氣候變化的徑流增加量。

第三步，計算由于不透水面積的增加造成的排水流量的增加量，英國按100年重現(xiàn)期計算排水流量，按《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》的流量計算公式[3]：

Vol=RD·A·10(0.8PIMP/100-SPR)

(1)

式中：Vol為排水體積，m3；RD為100年重現(xiàn)期的6h降雨量，mm；A為不透水面積，hm2；PIMP為不透水面積占總面積的百分比，%；SPR為和土壤類型相關的系數(shù)，本項目取值SPR=0.45。

根據(jù)上面公式(1)計算結(jié)果，開發(fā)前這個項目的不透水區(qū)域排水量為164.8m3。開發(fā)后這個項目的不透水區(qū)域排水量Vol為276.8m3。

從計算結(jié)果可知，開發(fā)后這個項目地域范圍內(nèi)的不透水區(qū)域排水量比開發(fā)前多112.0m3。

這個項目開發(fā)后的排水量比開發(fā)前大，不符合《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》的要求。為滿足《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》要求，須采取符合可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求的技術(shù)措施。為減少開發(fā)后的排水量，可采用滲透塘、滲透池、蓄水池、調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池等設施。其中選滲水設施前先要作項目地域范圍內(nèi)的土壤滲透性測試，這個項目地域范圍內(nèi)的土壤滲透性測試結(jié)果不能滿足排水滲透設施的滲水性要求，故滲透塘、滲透池等滲透性排水構(gòu)筑物不能滿足要求；經(jīng)過對開發(fā)項目內(nèi)可使用地面和可選擇的調(diào)節(jié)池計算分析，結(jié)果顯示建合適的調(diào)節(jié)池可減少開發(fā)區(qū)域的外排水總量，滿足《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》要求。

根據(jù)這個項目現(xiàn)場實際情況，選擇在線儲存調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池容積為112.0m3。

調(diào)節(jié)池選用廠家生產(chǎn)的成品模塊調(diào)節(jié)池，根據(jù)開發(fā)區(qū)地面布局、調(diào)節(jié)池容積和廠家選型手冊等選擇合適大小和形狀的模塊組合調(diào)節(jié)池。

根據(jù)這個項目所選的調(diào)節(jié)池模塊生產(chǎn)廠的廠家資料，每一個調(diào)節(jié)池模塊尺寸長為1m，寬為0.5m，高為0.4m；一個模塊可儲存水量0.19m3。這個項目根據(jù)現(xiàn)場實際可使用的地面，經(jīng)計算，選調(diào)節(jié)池長為19m，寬為4m，高為1.6m，模塊組合一排8個，按4層疊放，共用608個模塊，共可儲存水量：

Vstorage=608×0.19=115.52m3可滿足調(diào)節(jié)池計算容積112.0m3。

圖1 調(diào)節(jié)池模塊單位:mm

這個項目所選的是英國典型的調(diào)節(jié)池，設計安裝如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)池安裝

調(diào)節(jié)池前安裝泥沙分離器，調(diào)節(jié)池后安裝流量控制器，流量控制器后安裝過濾器。泥沙分離器是利用重力截留排水中的沉淀物，過濾器是從排水中過濾掉包括可漂浮的污染物。

泥沙分離器安裝在調(diào)節(jié)池前能有效避免排水管道中的泥沙大量進入調(diào)節(jié)池造成淤積和堵塞；過濾器安裝在項目排水范圍末端避免項目開發(fā)區(qū)域內(nèi)的排水污染開發(fā)區(qū)域外下游流域。從上面的泥沙分離器圖3和過濾器圖4可看到，排水系統(tǒng)上的泥沙分離器和過濾器配合吸泥車維護較為方便，一般要根據(jù)安裝位置和周圍環(huán)境結(jié)合實測數(shù)據(jù)確定泥沙分離器和過濾器的維護清理周期，在英國，這些工作通常交給專業(yè)維護公司來處理。

圖3 泥沙分離器示意

圖4 過濾器

流量控制器(vortexflowcontroldevice)，全稱是渦輪流量控制器，是英國常用的排水系統(tǒng)流量控制設備，它是將流體力學應用到管網(wǎng)限流技術(shù)中的排水設施，是一款先進、方便、基于流體力學計算的廠家生產(chǎn)的流量控制產(chǎn)品，其主要功能是控制流出控制器的排水流量，極少需要維修。

連接調(diào)節(jié)池下游的流量控制器是保證項目開發(fā)區(qū)域控制外排流量和消減暴雨峰值的關鍵設施。一般檢查井下游管道的流量隨著檢查井中水位的升降而不斷變化。暴雨來時，上游流量增大，水位上升，下游管道中的流量也隨之增大。下面調(diào)節(jié)池和流量控制器位置示意如圖5所示。假如設計水頭不能達到調(diào)節(jié)池頂高程時，調(diào)節(jié)池無法蓄滿水，無法實現(xiàn)調(diào)控項目開發(fā)區(qū)外排雨水流量的作用。

圖6是流量控制器水頭和流量關系圖。

從圖6可看出，流出控制器的流量在水頭達到流量控制器運行起點后，流量基本不再隨水頭的增大而變化了，利用流量控制器的這個特性，流量控制器配合流量控制器上游的調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)控制暴雨時開發(fā)區(qū)域的外排雨水流量，消減下游暴雨峰值。

通過一系列設計步驟顯示，合理正確的設計可使這個開發(fā)項目的排水戰(zhàn)略規(guī)劃符合《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊》的要求。在設計重現(xiàn)期下，項目的外排水總量小于建設開發(fā)前的水平這項要求是英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的最根本要求，它也體現(xiàn)了低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的根本要求。

圖5 調(diào)節(jié)池和流量控制器位置示意

圖6 流量控制器水頭和流量關系

英國制定的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)也符合整個歐盟的項目開發(fā)排水要求[3]，美國、澳大利亞、加拿大等發(fā)達國家對項目開發(fā)排水要求基本與英國的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求一致。

4 結(jié) 論

實質(zhì)上，英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)對新建和改造項目的要求與我國海綿城市建設要求是一致的，海綿城市建設基本原則就是低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的基本原則，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的目標就是要做到徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等不同的控制目標。總結(jié)英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設經(jīng)驗，對我國海綿城市建設的啟示主要有以下幾點：

(1) 政策方面要完善相關法律建設，建議全面推廣DB11/T1743-2020《海綿城市設計標準》關于徑流峰值控制的第4.2.6條規(guī)定，使海綿城市建設有一個可操作的根本標準。

(2) 設計方面對海綿城市建設采用排水流量控制的方法，設計時借鑒英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設經(jīng)驗，減小城市排水系統(tǒng)開發(fā)時下游管網(wǎng)的管徑，消減暴雨影響。

(3) 在海綿城市建設推廣時積極引進英國等發(fā)達國家的相關技術(shù)和管理經(jīng)驗，利用英國排水管網(wǎng)流量控制器、過濾器、模塊化滲透池和模塊化調(diào)節(jié)池等排水設施，充分考慮工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)范化維護管理，實現(xiàn)徑流控制、消減暴雨峰值和減少徑流污染等目標。

(4) 在實際的項目開發(fā)時，借鑒英國可持續(xù)發(fā)展排水的建設技術(shù)和理念，因地制宜的進行項目示范推廣，總結(jié)經(jīng)驗。