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章林伟:海绵城市建设应师法自然 科学设计 系统治理

北极星水处理网  来源:JIEI创新实验室    2018/6/22 8:24:23  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:海绵城市 海绵效应 海绵城市建设

北极星水处理网讯:住建部建设司原副司长章林伟认为:海绵效应不是我们建设出来的,是自然固有的,失效是因为我们人为的建设过程当中的干扰。我们需要的是自然的状态,是修复和保护。

2013年中央城镇化工作会议、2014年考察京津冀协同发展座谈会、2014年中央财经领导小组第5次会议等会议上,习近平总书记多次强调在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。

认识:海绵效应和衡量指标

自然的海绵效应,它不是建设出来的,而是自然本身所固有的

海绵效应是指天然下垫面对降雨具有适应环境变化的“弹性”作用,即故有的吞吐功能:雨季时,发挥其吸纳、入渗、滞蓄、净化、存储等效应;旱季时,发挥其缓释排放等效应。大山名川的植被没有被破坏时,溪流不会因为降雨的影响而发生明显的水量和水质的变化,而如果其水量和水质发生了巨大变化,这一定是由于其植被遭到了严重的破坏。这就是自然的海绵效应,它不是建设出来的,而是自然本身所固有的。

下垫面硬化是城市建设过程中所面临的最大的问题之一。硬化会破坏城市水系统的循环,下图表示不同硬化条件下,当地水文特征的变化情况。从图中可以看到随着城市化的加深,不透水下垫面所占的比例越来越大,严重影响了当地的水循环过程。造成的直接影响是地表径流显著增大,而渗透的地下水逐渐减少。随之引发的是一系列的生态、环境、资源和安全问题等。从海绵效应的角度来看,这是由于当地自然环境本身所固有的海绵效应在人为建设过程受到干扰,因此失效了。

用何指标衡量:降雨与径流之间的关系

大气的水汽循环运动基本上包括四个过程:蒸腾、水汽运动、降雨和回归大海。其中蒸腾和回归大海这两个过程的水量都只有10%~30%。研究小尺度城市范围内的水循环,主要是研究其降雨与径流之间的关系。

王浩老师以中国的七大流域结合我国的气候特征做出了降水-径流分带图,用以研究我国降水与径流之间的关系。这对当前海绵城市建设的研究是至关重要的。

海绵城市建设的目的是通过控制雨水径流,恢复本地海绵体,从而实现修复水生态、改善水环境、涵养水资源、提高水安全、复兴水文化的目标。中国有很多诗词歌赋以水为媒介,中国没有水,文化也就断了。北京海淀的淀现在基本上是没有了,更别谈海了。

如何把降雨径流量控制在70%?

2015年国务院发布的《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》已经明确指出通过海绵城市建设,综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施,最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响,将70%的降雨就地消纳和利用。其中,70%的降雨控制率是根据我国的水文本底状况图得出的,美国目前的降雨控制率为90%。这是大概率、小降雨的累积量,我们的目的就是要“润物细无声”的把水留下来。

那么如何将降水径流量控制在70%呢?根据降雨的频次和累计降雨量,我们做出了年径流总量控制率与设计雨强的关系图。这是关于量的曲线,之前我们以强度进行计算,现在改用体积法进行控制。70%的径流控制率所对应的降雨强度值是体积法设计中一个非常关键的指标。下图的纵坐标表示的是年径流总量的控制率,它的70%所对应的控制降雨的体积与整个年降雨量的比值,也是体积法设计中的一个关键值。

根据以上数据,并结合我国的气候能耗特点,我们又做了全国范围内包含200多个城市的降雨径流控制率分布图(如下图所示)。但是,作为一个基本的设计参数。建设海绵城市不仅要解决量的问题,还要解决质的问题。

北京建筑大学通过对北京和上海的调研,累积出一个关于北京某停车场的径流水质与降水量的关系图。所用的水质指标是SS和COD。从图中可以看出,随着降雨量的增加,SS和COD的浓度都表现出明显的下降趋势,这说明降雨强度越大,SS和COD的去除率越高。这为海绵设施的建设提供了一个基本的指标参数。不同的区域对SS污染径流的控制率不同,美国西部地区对SS径流的控制率为60%,而东部地区对SS的控制力度相对较大,为90%,这同时也说明了美国东部地区的降水径流的控制率高于90%。据统计,美国东部地区最高的降水径流是控制到一英寸多,即31mm。我国对径流污染的控制率也是60%,这个值要比量的控制率(降雨径流控制率)低的多。因此将来我们在进行控制率设定时,要同时参考这两个值,然后取其最大值。

方法:顶层设计结果导向系统治理

设计理念:来自中国古梯田的启发

在设计海绵城市的过程中,我们一方面借鉴了国外的LID理念,另一方面也考虑了过去所用的体积法。同时还借鉴了过去老祖宗治水的办法——梯田。目前,梯田已被列入世界文化遗产的名录中,它是中国,也是世界最伟大的文化遗产之一,能很好的解决人-地-水之间的关系,合理解决了径流的分配问题。这对我们建设海绵城市的启发很大。

我国古代的很多老城或村镇基本上都是按照梯田的排水理念进行的设计,如西递宏村的“水脉”格局,对降水进行管理、控制和使用,不仅解决了降水径流的问题,同时又能很好的与环境进行融合。根据这个理念,我们总结出建设海绵城市的方法,之前的技术通常是对雨水进行简单的末端处理,现在逐渐发展为源头减排、过程控制和系统治理。

设计方法:从末端处理到源头减排、过程控制和系统治理

传统的方法主要是末端处理,即“快排”,通过研究梯田的排放理念——“渗、滞、蓄、净、用、排”,逐渐将其渗透到海绵城市建设的末端治理中,从而更好的保障城市范围内水的生态大循环。

径流过程控制是指通过消峰、错峰,延缓和降低径流峰值,从而降低排水强度,减轻城市排水设施的负荷。未来我们希望逐步赋予它治理水污的功能,从而把整个设施作为雨水的调蓄空间利用起来。

源头减排是指利用微地形设计、竖向控制、景观设计、园林绿化、蓄水模块、下凹雨水塘等组合技术实现滞、蓄、渗、净、用、排的功能要求,从而达到雨水径流控制的目标。传统的开发方式是靠雨水管道进行速排,表现为绿地高于道路。而海绵城市的建设方式是有组织地进行地表径流排放,将景观与功能结合起来。先进行渗、滞、蓄、净、用,最后再排。真正实现了源头减排的目的。

因此,要想建立这样一个海绵城市体系,就要实现“灰绿结合、蓝绿交融”,即末端治理(灰绿)、过程控制(主灰)、源头减排(主绿)相互结合、相辅相成。

强化海绵城市的顶层设计

2015年国务院办公厅发布《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》,明确提出了海绵城市建设的目标和任务,提出了海绵城市的目标导向和问题导向。海绵城市这一理念的提出,使得一些传统的技术方法和手段发生变革,而这些变革将直接反映到城市规划设计中,因此应强化海绵城市的顶层设计。

海绵城市专项规划的自然生态格局是山水林田湖草;规划协调的是水质与水量、生态与安全、分布与集中、绿色与灰色、景观与功能、地上与地下、岸上与岸下的关系;规划管控的指标包括:年径流总量控制率、水生态环境质量、灾害防治(内涝、洪水)等。在城市规划设计中,如果这些要素没有很好的实现,后期的详细设计中就更难落实,从而又变成了一种末端治理。因此我们要把源头做好,强化海绵城市的顶层设计。另外,海绵城市一定要按照区块进行,合理划分管控分区。依据地形地貌、流域、等高线等自然属性特征划分汇水分区;在排水口上溯,管网排水边界处设置排水分区;依据地块坡度、雨洪组织与溢流收排、设施布置划分项目片区。

结果导向

海绵效应:水量(雨水径流量控制)、水质(雨水径流污染控制)

实效(获得感):小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解。

原标题:章林伟:海绵城市建设应师法自然 科学设计 系统治理

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