海綿城市改造示范區老舊城區雨水末端治理工程實例

文_吳寅 郭榮華 曹利勇

1 武漢華德環保工程技術有限公司 2 武漢武鋼綠色城市技術發展有限公司

海綿城市建設主要解決水安全、水環境、水資源問題，以“滲、滯、蓄”解決城市內澇問題，以“凈”解決點、面源污染帶來的環境問題，以“用”緩解水資源緊張問題。海綿城市建設遵循生態優先的原則，將自然途徑與人工措施相結合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，保護生態環境。

老舊小區是城市建成區的重要組成部分，同時也是內澇重發區。我國老舊城區普遍存在建筑密度大、硬化占比高、道路狹窄、綠地少、地下管線復雜、居民活動空間小、車位緊張等問題，且不同年齡段居民實際需求不一。這些問題導致了分散式LID設施難以實施，特別是下沉式綠地、雨水花園等LID設施基本無實施條件。因此，在老舊城區海綿改造過程中，單靠分散式LID設施難以達到降雨徑流、TSS（總懸浮物）的控制效果。故充分利用公共用地，挖掘其消納片區內其它改造區域的客水功能，實施末端治理對片區整體海綿改造具有重要意義。

1 工程概況

某海綿城市建設示范片區約3.84km3，南干渠游園為該片區內唯一的綠地公園。南干渠游園呈帶狀，基本上呈東西貫穿片區，整個游園占地面積為25.1公頃，綠地面積21.36公頃，園區內綠地率77.51%。但除游園外的其它地塊屬上世紀五十年代某鋼廠建廠發展期間配套生活區，屬于典型的老舊城區。

1.1 水安全現狀

在50年一遇降雨條件下（小時降雨量91.6mm，日降雨量303mm），示范片區內共計有8處漬水深度達到40cm的漬水點。

漬水主要原因：硬化面積大，片區建筑密度較大，道路路網密集，綜合徑流系數較大，導致峰值流量大，片區內下墊面分析如表1；管網建設標準低，片區內管網設計重現期如表2。局部地勢低洼，場地二次開發建設時填高、地下空間的建設增多，導致老舊地塊地勢相對變低。

表1 片區現狀下墊面分析

表2 片區現狀管網能力評估

1.2 水環境現狀

片區全部位于港西系統，港西系統區域屬于舊城區，區域主要以建成區為主，排水體制為分流制，區域無大型水系，區域雨水由雨水管網收集匯流進入港西泵站，自排或抽排出江。片區內雨污混錯形成的點源污染以及面源污染都經港西泵站匯入長江。

片區內水環境主要存在以下問題：管道老化，維護不到位；污水收集系統不完善，片區內存在雨污混接及少量位置無污水支管覆蓋問題；城市不透水地表，包括屋面、道路、停車場、庭院等，是城市降雨徑流污染的主要來源之一。

2 設計方案

2.1 設計思路

針對片區的排水分區、豎向特征、功能特征、問題特征、建設條件等因素及建設目標，通過建立雨水數據模型，以模型數據分析結果指導建設方案的制定。高密度老城區徑流控制不能單靠綠色設施進行源頭控制，也需要地下調蓄設施進行末端治理。本項目設計思路為“灰綠結合”、“上下搭配”。片區海綿改造設計思路如圖1所示。

圖1 片區海綿改造設計思路（CSO：合流污水溢流）

源頭建設項目負責削減雨水徑流外排量、降低市政管網排水負荷等控制目標；在區域排水通道上，新建大型排水箱涵，增大市政管網排水能力；最后通過在系統末端，增加雨水處理工程，提升雨水調蓄量、提高TSS削減率。

2.2 末端處理方案

2.2.1 工藝流程

傳輸層的任務是把各類感知設備連接起來，并將采集的信息上傳到數據中心。傳輸可以采用無線或者有線的方式，比如 GPRS、4G、WIFI、光纖等。健全的網絡安全防護體系是信息系統穩定運行的保障，Web防火墻、堡壘機等設備的投入，可以從一定程度上提升網絡安全防護能力。

雨水末端治理系統項目位于南干渠游園內一隅，在工業二路至工業三路之間，與隨州街交接處。該項目在現有公園基礎上進行改造，總用地面積13923.4m2，其中綠化面積10530m2，水域面積199.8m2，鋪裝面積1451m2。

雨水末端治理系統屬于非在線處理系統，經過軟件模擬，其匯水范圍為96公頃。系統主要以其匯水范圍內的年徑流總量控制率70%、TSS削減率50%、消除漬水點為目標。通過調蓄、凈化兩種措施來實現，包括調蓄池、沉砂池、斜板沉淀槽、生態濾池、消毒槽。工藝流程如圖2所示。

圖2 雨水末端處理工藝流程圖

在荊州街排水主箱涵內設置提升泵，將荊州街箱涵的雨水徑流（含合流制溢流）提升至調蓄池，泵將雨水送進沉砂池進行沉砂，再經斜板沉淀槽，去除部分TSS，斜板沉淀槽的水溢流進入生物處理單元，利用介質和植物進行TSS的快濾與部分營養物的降解去除，達到水質要求。考慮到處理后的雨水將進入景觀水池，根據相關規范要求，在進入水池前，凈化后的徑流需經過消毒槽，進行氯的消毒，最后排入景觀水池。

在旱季時，末端治理系統可以和景觀水池做自循環凈化處理，以循環管將景觀水池的水體導入地下調蓄池并提升至斜板沉淀池和生態濾池進行處理，確保景觀水池水體符合城市污水再生利用景觀環境用水水質(GB/T18921-2002)的相關要求。

2.2.2 主要設計參數

（1）荊州街箱涵

（2）調蓄池

調蓄池設置在游園內，全地下結構，設計尺寸為24m×30m，有效水深3m。調蓄池設有30mm和5mm機械格柵各1套，防堵塞潛水泵2臺，1用1備，水泵流量為270 m3/h，自沖洗設施1套，池底設1%的坡度，坡向集泥坑，在集泥坑設200mm的真空吸泥管，用以運行期間排泥，淤泥送至落步咀污水廠進行集中處理。

調蓄池上部為輔助用房，包含消毒間、格柵間、配電室、控制室等。

（3）沉砂池

沉砂池、斜板沉淀池、生態濾池合建。采用平流沉砂池形式，停留時間為12min，極限停留時間6min，與斜板沉淀池合用排泥泵，泵流量10m3/h，污泥回排至調蓄池。

（4）斜板沉淀槽

斜板沉淀池，表面負荷為9m/h，極限表面負荷為18m/h，斜板傾角60°。

（5）生態濾池

生態濾池表面積為440m2，結合景觀設計成異形結構，濾速為0.61m/h，極限濾速為1.22m/h。濾池自上向下依次為植被、600mm厚介質土層、75mm細碎礫石層、550mm礫石層、素土層，礫石層內設有滲管，滲管上設有45°三通清洗口。介質土由腐殖土、椰糠、火山砂、砂組成，介質土透水性為150～250cm/h，TSS及TP（總磷）削減率為80%。

（6）消毒槽

采用二氧化氯對處理后的雨水進行消毒。

3 建設成效

通過軟件模型分析，末端系統可控制片區內4.6%的年徑流總量控制率和6.98%的面源污染（以TSS計），詳見表3。

表3 片區海綿改造成效分析表

對于24h降雨量303mm的50年一遇特大暴雨，新建源頭、過程、末端項目對于徑流峰值控制中的效能分析如圖3所示。從圖3可知，片區海綿改造完成后，對于徑流峰值的削減與滯后，有非常顯著的作用。徑流峰值從約14m3/s，降至不到2m3/s；峰值出現時刻約推遲1h。

圖3 50年一遇徑流峰值控制圖

4 結語

利用既有公園用地，以有限的場地和集中式雨水調蓄凈化措施可有效改善城市特別是老城區的漬水問題、水體污染問題。

在游園綠地內開展海綿城市改造，施工影響相對較小、協調工作相對簡單。而傳統的建設模式需要在市政道路上建設大管徑，一方面需要龐大的管線遷改工作，另一方面也對道路交通造成十分嚴重的影響。

通過末端處理設施將雨水收集及處理后，可回用與景觀用水。實現區域雨水資源化利用及場地內雨水循環使用。