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唐建国:城市雨水排水系统提标改造与建设途径

北极星水处理网  来源:给水排水  作者:唐建国  2021/5/14 9:38:48  我要投稿  

北极星水处理网讯:城市雨水排水系统是城市重要的基础设施,直接关乎城市排水安全和内涝防治水平,也影响着城市水环境质量。国家对提高城市排水和内涝防治标准一直有明确的要求,“十四五”规划又提出了具体的发展目标。“绿色、蓝色、灰色、管理”相统一、相协调的城市雨水排水提标改造与建设思路,体现了绿色发展、增强城市韧性的理念,也是提升城市排水标准,削减雨天出流污染、发挥现有设施作用的措施途径,国际诸多城市实践证明是行之有效的,是符合我国城市发展需要的。

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01 面临的形势

2013年《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》(国发〔2013〕36号)中提出:“在全面普查、摸清现状基础上,编制城市排水防涝设施规划。加快雨污分流管网改造与排水防涝设施建设,解决城市积水内涝问题。积极推行低影响开发建设模式……。到2015年,重要防洪城市达到国家规定的防洪标准。全面提高城市排水防涝、防洪减灾能力,用10年左右时间建成较完善的城市排水防涝、防洪工程体系” 。

中共中央政治局常务委员会2020年7月17日召开会议,研究部署防汛救灾工作。提出:“要全面提高灾害防御能力,坚持以防为主、防抗救相结合;把重大工程建设、重要基础设施补短板、城市内涝治理、加强防灾备灾体系和能力建设等纳入“十四五”规划中统筹考虑” 。

中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标的建议中明确:“加强城镇老旧小区改造和社区建设,增强城市防洪排涝能力,建设海绵城市、韧性城市” 。即将发布《城乡排水工程项目规范》明确了城市雨水管渠设计重现期标准和内涝防治重现期标准,见表1和表2。

2020年我国发生了全国性的流域性洪水,导致很多城市内河水体高水位、排水不畅和内涝。经过数年的不懈努力,我国一大批的城市基本上消除了黑臭水体,水环境质量明显好转。但是一些城市水体逢雨就黑、逢雨就臭已成为新时期的水环境治理的痛点。

02 提标改造与建设的思路

对国家要求和表1、表2标准,我国城市的现有雨水排水设施的标准均不能满足要求,无疑需要对现有设施进行提标改造,或者按照新标准进行新设施建设。传统的提标改造和建设的传统对策措施多是灰色设施改造与建设,扩大排水管道管径、加大雨水泵站能力。其固然能够提高雨水管道重现期标准,能够提高内涝防治标准。但是面临两个现实问题,一是现有城市道路都能够具备条件挖得开来更换管道、每个系统也都有条件来建更大的雨水泵站,没有条件该怎么办?二是因城市地表硬化,导致径流污染严重,故排水管道越大、泵站越大,雨天向城市水体排放有污染的径流雨水就越多,那岂不是雨水排水标准提高了,水体逢雨后就更加黑、更加臭?排水安全了,但是水环境压力却增大了。

另外,现有城市排水系统因污水混接、地下水入渗、水体水倒灌、高水位运行、管道积泥清通不到位等诸多问题,还需要“先治病”,恢复现有排水系统应有功能。

因而,城市雨水排水系统提标改造与建设面临的不仅是管渠和内涝重现期提高的问题,还要统筹解决雨天各类雨水口出流污染的问题和排水管道诸多缺陷问题,即提标改造与建设的目标是实现“两提高、一削减、治好病”。2020年6月上海市人民政府批准的《上海市城镇雨水排水规划(2020-2035)》的规划目标是:排水系统基本达到3~5 年一遇能力,50~100年一遇内涝可控,溢流污染控制率(笔者认为称“出流污染”更加合理)达到80%。

目标多重,就要多措并举。习近平总书记说:“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,建设自然存积、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’。” 把“有限的雨水留下来”一是体现对雨水资源的珍惜,二是雨水留在了源头,不就减少了扩大灰色设施的压力;“优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”则是给出了具体和行之有效的城市排水系统提标改造与绿色发展之路。

上海市政府为做好上海市雨水排水规划,在2018年进行了中心城区雨水排水规划国际方案的征集工作。中标的英国奥雅纳与上海城建设设计总院(集团)有限公司联合体提出了多措并举的规划思路,见图1。通过“绿色、蓝色、灰色、管理”措施实现城市排水标准提升、内涝防治标准提升和溢流污染控制;并由此支撑国际大都市的创建、保障城市安全、提升水环境质量、增加人民福祉的上海市总体规划的目标。

世界银行曾有报告称:“在很多情况下,将绿色基础设施与传统灰色基础设施相结合,可以提供增强系统表现和更好保护社区的新一代解决方案” 。这里的绿色就是我们的“海绵措施”。

国际实践充分证明,只有绿色、灰色设施相结合才能够有效解决雨水(管道)排水标准提高和雨天出流污染削减的问题。

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提高内涝标准,解决内涝问题,则就需要与城市水体的水利设施相结合,与其水位合理调度相结合,充分发挥城市水利蓝色设施的作用。有了蓝色,也还会助力雨水(管道)标准的提高。

除此之外,还要解决现有排水系统诸多缺陷问题,“治好病”才能发挥现有排水设施应具备的功能。“常检测、查问题,及修复、治缺陷,改混接、去污水,强养护、清积泥”干得就是管理活。

03 提标改造与建设的途径

“绿色、蓝色、灰色、管理”的思路即体现了国际视野,符合我国实际,也更清晰地说明提标改造的路径,如图2所示。

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3.1 扎实做好现有排水设施管理,实现雨水排水管道“旱天无水流”

在具体实践时,首先要将“治好病”放在首位,目的是先让现有排水设施能够发挥应有的正常功能。否则,雨水管道、合流管道因受地下水入渗、污水混接、雨水口纳污、末端排口淹没截流(倒灌)、排口旱天闸门不开(泵站不运行)等影响,旱天雨水排水管道、合流管道都是满管流,行业戏称“憋流制”,这是我国很多城市排水系统可悲的现状。旱天“满管流”还让排水管道清淤养护成了难题,就是清,清的是“清汤寡水”。不能够把淤泥清出来,雨天就进河。排水口(雨水泵站)旱天不开,雨天开,不可能把污染减少了,“零存整取”会导致出流污染更加加剧,雨天黑水入河的结果就是下雨黑臭。实现雨水管道“旱天无水流”、合流管道旱天低水位,措施就是查缺陷、修管道、治排口,杜绝地下水入渗和水体水倒灌;就是大力推进雨污混接改造、杜绝雨水篦子纳污;就是让清积泥更加有效。雨水排水管道的质量标准可以简单归纳为:旱天无积泥和无水流。

3.2 扎实做好绿色措施,实现源头减水流和减污染

解决水安全和水环境“两水平衡”矛盾最有效的手段就是“海绵措施”,或者绿色措施,从源头上削减径流水量的同时也削减了径流污染。把城市市政工程“海绵化”,就是知行合一落实总书记的海绵城市理念,一定要应做尽做。如图3~图5所示。

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美国费城“绿色英亩计划”就是典型案例,1英亩(0.4 hm²),控制1英寸径流雨水(25.4 mm),最新说法是4年前提高到了1.5英寸(38.1 mm),如图6所示。上海雨水排水管道1年一遇对应的小时降雨量为34 mm,提高到5年一遇对应的小时降雨量为56 mm。这“留下来”的水量,其实就是提标要增加的径水量。

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有了能够控制径流水量和径流污染的绿色措施,雨水篦子收集的径流雨水就一定会少、径流雨水就一定会干净,灰色的雨水排水管道和末端雨水泵站也就一定会小。绿色多了,灰色少了,排到河道水体的雨水就少了,受纳水体排水压力也就小了、承受污染的压力也就轻了。雨水排水管道中淤泥从哪来,不就是径流污染造成的吗?绿色和灰色的结合,一举两得:提高了排水标准,实现了减污。这是解决“两水平衡”矛盾的有效手段,何乐而不为?

3.3 扎实做好蓝色措施,实现城市内涝防治措施落地

城市内涝的根本原因是“因洪致涝”,也就是说当流域发生洪水时,城市外围的江河湖水体就会出现高水位、大水量、甚至高潮位,这就会导致城市内河也会高水位。在这个时候,城市排水口将被淹没,导致排水不畅,甚至要退出运行,此时内涝不可避免,“因洪致涝”由此而生。解决内涝之患必须流域统筹、与水利统筹,这就是发挥蓝色设施的重要作用。日本《下水道指南》中有一张非常形象的示意图,详见图7。其清晰地解释的城市排水系统与蓝色措施共同应对内涝的关系。要提高城市排水安全,减少内涝风险,蓝色措施是必不可少的。当然这里还要求多部门、多地区的流域联合和联动。

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雨水排水设施不管是用灰色提标改造与建设,还是绿灰交融,提标到3~5年,没有蓝色设施和与蓝色设施的联合调度是很难实现内涝防治50~100年标准的。

城市内涝防治有两个重要途径,一是从城市外围解决,让城外洪水绕城而行。我国上海的吴淞江工程、贵阳贯城河分洪隧道和日本东京外郭放水路等均是起到了让“外水不进城”的重要作用,也为城市内河水体在洪水期保证低水位创造了条件。二是通过水利闸站系统,在雨天来临前进行对承接城市雨水排水的内河水位进行合理调度,实现雨天水体低水位。

实际上,城市水体有两个功能,一是旱天景观生态,二是雨天蓄水储水,见图8所示。习近平总书记给城市黑臭水体整治确定的目标是:“清水绿岸,鱼翔浅底” 明确了城市水体要避免高水位,大水面。旱天“浅”水,就为雨天蓄水、储水创造了条件,见图9。这个“浅”字可是有科学内涵的,是实现城市水体恢复生态的前提条件,需要勇气去创造。

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如果说绿色解决的是源头,灰色解决的是过程,这个蓝色措施解决的就是末端,所以蓝色措施是保障安全排水和内涝防治的重要组成部分。在正常降雨情况下,只要水体是低水位,把雨水排水口露出来,城市排水系统就一定会有效发挥作用。当然排水管道重现期标准提高了,水体接纳城市雨水的容量也要重新确定,要保证能够受纳得了新标准下的雨水排水量。

3.4 扎实做好灰色设施配套建设,实现排水管道真正满足提标要求

灰色设施配套建设一定要在现有排水管道“治好病”、绿色和蓝色措施配套到位的前提下,再对照提标要求,实施灰色设施的提标改造,或者新建设施。其方案设计要重视如下几点:第一,一定要重新核实道路排水管道两侧服务范围和服务对象是否与原有设计发生了变化、评估各个服务对象地块绿色措施实施情况,合理确定各自服务对象对应的径流系数,千万不要用所谓的综合径流系数计算;第二,一定要核算现有雨水收集口的收水量,如果绿色措施减不下来,提标了必然要增加雨水收集口、调整雨水收集口间距和雨水口形式,确保地表径流水量收得进来;第三,要核实受纳水体在雨天排水的对应水位,或者泵站前池运行水位,要对压力出流进行必要的核算,确保雨天雨水排得出去;第四,在上述条件下,重新核实和计算需要的雨水排水管管径。总之,要保证雨水收集“嘴巴”喝得进,雨水管网“肠子”流得快,雨水排口要通畅。对于合流制地区雨水排水提标,灰色设施最可行的办法是,新建道路雨水排水管道,把道路雨水从原有合流管中分出去,提的就是合流管的截流倍数、就是雨水排水标准。当然,一定要把新实施的排水管道有质量地建设出来,没有质量,新建的灰色设施就发挥不了应有的作用。要做好灰色排水设施,就一定要“讲好范围、讲好对象、讲好进口、讲好出口、讲好系统、讲好质量”。

3.5 扎实做好道路与水体的衔接,实现雨天路面积水通畅行泄

暴雨期间,允许道路积水15 cm。难道就让水积着?还是等城市排水系统“有空”再排?关键在于道路与水体的衔接关系能否做得好、做得对,能够让这些积水及时就排到内河水体中(见图10)。道路行泄通道通畅了,就给城市排水设施增加了力量,积水问题也会迎刃而解,也就缓解了内涝。

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04 结语

城市发展的历程就是地表硬化的过程,也就是径流水量和径流污染增加的过程,这是不可持续发展的。实践证明绿色措施是解决地表硬化导致的径流水量和径流污染增加最有效的办法,“海绵城市”理念贯彻的好不好,关键就看能否用有效的绿色措施,将现有城市工程改造好,将径流水量和径流污染从源头先降下来。切记:海绵城市不能当工程建,但是城市工程可以海绵化。

“绿色、蓝色、灰色”相结合体现了城市排水的国际理念,加上“管”,让我们城市的排水系统“恢复健康”,发挥应有的功能更加符合我国城市发展的实际,让城市更有“韧性”,为城市排水提标多重目标的实现提供的可以实施的手段。“绿色、蓝色、灰色、管理”城市排水提标改造与建设的思路能否行得通,关键还要看一个城市各个部门能否统筹的好、协调的好、合作的好。城市排水系统是重要的基础设施,要它发挥好作用,可不是排水部门一家的事。

近日,国务院办公厅印发《关于加强城市内涝治理的实施意见》,其中提到,到2025年,各城市因地制宜基本形成“源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的城市排水防涝工程体系,排水防涝能力显著提升,内涝治理工作取得明显成效;有效应对城市内涝防治标准内的降雨,老城区雨停后能够及时排干积水,低洼地区防洪排涝能力大幅提升,历史上严重影响生产生活秩序的易涝积水点全面消除,新城区不再出现“城市看海”现象;在超出城市内涝防治标准的降雨条件下,城市生命线工程等重要市政基础设施功能不丧失,基本保障城市安全运行;有条件的地方积极推进海绵城市建设。到2035年,各城市排水防涝工程体系进一步完善,排水防涝能力与建设海绵城市、韧性城市要求更加匹配,总体消除防治标准内降雨条件下的城市内涝现象。

另外,不得不说的是:北京等城市为解决立交排水问题,所建设的雨水调蓄池是合理和正确的,为解决雨天立交积水问题发挥了重要作用,它是灰色设施的重要补充。但是很多城市将截流若干毫米初期雨水调蓄池,作为解决排水系统出流污染和提高降雨标准的“良药”恐怕就走错路子。这种解决雨天排水系统出流污染的准确称谓是“雨水截流池”,不是“雨水调蓄池”。其应该建,也必须建。但是在不“治好”排水管道毛病,不解决雨水排水管道旱天“满管流”,不有效地解决径流污染问题,不解决管道积泥有效清通问题等,就没有初期雨水,何谈初期雨水截流。依靠“下雨就满”的“初雨调蓄池”,还要解决排水标准和内涝标准提高,则更是幻想。

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