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海绵城市建设思考

海绵城市建设思考

摘要:海绵城市建设落实过程中,规划设计单位、政府、职能部门既面临着诸多障碍和矛盾又肩负着巨大责任,这与管理体制不完善、技术支撑不足、城市所处的客观发展阶段等因素有关。新的工程实践和思维需要以可控的动态协调管理体系、技术规范为支撑,因地制宜地运用非工程和工程措施,把握遵循自然的本地指标平衡水资源环境与城市建设的需求、矛盾,借鉴已有成功经验对城市水系统优化调整。城市被重新设计是借助改造推进可持续发展以及涝情中谋求生存的有效手段,为有效解决海绵城市建设中控制指标机械应用、目标不明确等根本性问题,实现更加规范化建设,以朝阳市为例深入探究了海绵城市建设的控制要点。

关键词:排水防涝;海绵城市;控制目标;朝阳市

0引言

朝阳市地处E118°50'19'-121°17'38',N40°35'53''-42°23'21',东连工业城市群,西接京津翼经济圈,南临渤海之滨,北依内蒙腹地,境内河网水系密布,气候宜人,风景优美,地理位置优越。青山绿地以及独特的山溪河流,为实现雨水的自然净化、渗透、积存提供了有利条件。境内大凌河、老哈河、小凌河、青龙河等淡水资源,这为城市快速发展提供了充足的水源;全市面积为19736km2,总集水面积达到19777km2,可以为直接、快速、有序的排除雨水提供出路;城市污水处理能力强、污水管网覆盖率高,这为有效整治水体污染奠定了坚实基础。因此,朝阳市海绵城市建设是大势所趋、众望所归。然而,受复杂的水环境问题和历史条件限制,多部门的协调、多专业技术集成属海绵城市建设的必然要求,这是逐步转型升级工程管理和实践的过程,如何实现需要冷静的思考和巨大决心。

1海绵城市内涵的认识

海绵城市要有类似于海绵的净化、吸收、利用等功能,以维持城市生态系统、保障城市安全、有效应对特大暴雨和气候变化的能力,从综合管理城市雨洪的角度反映城市建设和形态的一种模式[1]。城市的建设方向取决于对海绵城市内涵的理解,对海绵城市建设各管理和技术部门不断积极探索,但客观上依然存在许多问题。1.1深化海绵城市内涵,贯彻多专业技术集成在城市开发建设的全过程应始终贯穿海绵城市的理念,尤其是顶层规划城市发展时必须充分考虑建设过程和水文循环,最大程度的降低水文环境受城市发展的影响,而非简单的规划、市政专业定好条件和配套设施。因此,给排水、景观、园林、道路、建筑、规划等专业要相互协调,通过运行管理、设计落实、规划调控、机制建设等实现多层次、全过程的科学管控,在各项工程中合理添加海绵元素[2]。切不可将海绵城市简单的认为就是建几块下凹式绿地、修几个蓄水池、铺一些透水砖,要从生态文明的层次深入的理解。

1.2避免口号响,决心大,落实差

海绵城市建设以优化工程设计和充分评估为基础,坚持保护优先的原则,从根本上防止出现以工程解决工程问题的思维模式。新城建设普遍存在填湖、淹水、开山、毁林占田现象,开发模式过于“粗暴”,城市原有水文特征发生极大的改变,由于蓄水困难经常出现“雨停即旱、逢雨必涝”的情况。海绵城市应强调原有生态体系以及湖泊、溪流等水系保护,最大程度的保持原有自然水文特征;通过修复受损生态系统、增大水域面积、留足生态用地以及落实海绵城市建设指标等保持一定的城市生态空间,进一步增强城市雨水积存净化功能。

1.3排水防涝并非全部

海绵城市建设要实现热岛效应有缓解、水体不黑臭、大雨不内涝、小雨不积水的目标,以流域为基础的排水防涝是控制指标、相互衔接、工程体系确定,以及掌握雨水现状、水文特征、等必要手段,这并非海绵城市的最终目标而仅仅是一个方面。实际上,海绵城市还要重视生态系统修复、良性的水循环、污染控制和径流排放控制等其他目标[3]。

1.4平衡“城市”与“海绵”

从根本上,城市的宜居性、发展程度、长期生产力是由其应对能力(弹性)以及承载能力(可持续性)所决定的,而这座城市的舒适度提供能力(宜居性)决定了在此环境中的生活质量[4]。对自我强化、相互关联的每个城市属性,都不应忽略整个城市更广泛的发展而过分追求单一属性的发展。从雨水系统的角度上,应对和承载能力就是应对极端天气或中小降雨的排水能力,其中应对能力为现阶段海绵城市建设的直接目的;从整个城市的角度上,污水、供水乃至整个水系统的完整健康关乎社会和谐稳定,这是海绵城市建设的根本目的。

2城市水问题的理解

2.1水资源

依据2019年水资源公报,朝阳市水资源总量119257.0万m3,人均水资源量为500m3,不足全国平均水平1520m3的1/4,属于严重缺水区。随着居民生活水平的提升、经济社会的增长和城市规模的扩大,水资源供给将面临更加严峻的形势。因此,必须充分利用雨水资源,从而解决不断增长的工农业生产用水需求问题,充分发挥雨水资源效益。由于本地水源的缺乏而过于依赖外来水,导致抵抗风险的能力整体较差。城市供水水源以阎王鼻子水库和辽西北供水工程为主,以污水回用工程、地下水源工程为辅,然而污染物排放量和用水量随水源上游经济的发展逐年增加,水华爆发、污染事件突发概率激增,境内原水渠道沿途甚至依然存在农业面源污染、工业点源污染的风险,朝阳供水安全因过度依赖客水而难以保障。目前,朝阳市污水再生回用率和非常规水源开发利用程度较低,必须采取综合利用措施合理利用雨水资源。雨水资源化不仅包括生活杂用、道路浇洒、绿化灌溉等雨水的直接回收利用,还有多种促进雨水入渗的其他措施。通过有效结合间接和直接雨水利用,有利于缓解地下水位持续下降、水资源短缺的问题,实现水系统的良性循环。通过有效处理、调蓄雨水实现雨水资源化利用,既能将雨水作为非常规水资源又能减少城市洪涝风险,加上污水再生处理能够广泛应用于非饮用水,在很大程度上缓解朝阳水资源供需矛盾。

2.2水安全

受北部蒙古高原干燥冷空气侵入和东南部海洋暖湿气影响,形成半湿润半干燥易干燥地区,年降水量450-580mm,其年内分布不均匀且年际变化较大,主要集中于5-8月。境内河流大多具有流程短、面积小、比降陡等山区河流特征,城区河流上、中、下游体现为山区型、平原河网型和潮汐型河道特征,大多数为西南流向。近年来,受气候变化影响各种极端天气频发,短历时强降雨给广大群众日常生活、城市运行和社会管理带来极大影响。结合区域实际情况和相关资料,归纳总结现阶段普遍认可的水安全原因有:①城市防涝设施不完善、雨水管网达标改造难度大、规划建设标准偏低;②下垫面条件的改变大大降低雨水下渗能力,极易产生地表径流;③城市建设侵占雨水蓄滞、行洪的空间,原有排水系统受到明显破坏。随着海绵城市建设的快速推进,有学者提出以下观点:①海绵城市通过采取雨水花园、透水铺装、绿色屋顶等措施解决内涝问题,其以源头治理为主,属于低影响开发(LID);②对于低重现期降雨海绵城市能够发挥显著作用,遇强降雨或暴雨则作用甚微;③海绵城市应废除传统雨水管渠重视生态排水设施,即废除“灰色”强调“绿色”;④海绵城市难以改变既有建筑,对地下应该多做文章。从根本上讲,错误理解海绵城市排水防涝的作用就是出现上述观点的根本原因对于排水防涝功能,可以在一定程度上将海绵城市理解成“大-小-微”排水系统。LID等源头控制系统主要解决生态环境、水循环、水质、总量控制、雨水资源利用的问题,一般适于中小降雨事件;大排水系统用于解决超标调蓄、排放问题,一般适于重大降雨事件;而小排水系统一般用于1-10a重现期暴雨的安全排放,主要有排水泵站、调节池、雨水管渠等传统设施。大排水系统的主要组成部分有地表通道、调蓄设施、地面安全防洪区和地下排水设施等,这是一套能够有效应对极端天气特大暴雨或超小排水设计标准超标暴雨的蓄排系统,一般包括“蓄”、“排”子系统。其中,“蓄”是指地面多功能调蓄、大型调蓄池、天然水体以及深层调蓄隧道等设施,“排”则主要指地表径流通道、开放沟渠或道路等具备排水功能的设施。海绵城市建设的关键是有机结合排与蓄、末端与源头、地下与地上、绿色与灰色,必须考虑朝阳市降水特点搭建适合的“大-小-微”排水系统,协调处理好“蓄、滞、渗、排、净、用”系统之间的耦合关系,能够实现雨洪的高效科学管理,最大程度的发挥其整体效益。

2.3水环境

近年来,朝阳市雨污分流工程、污水收集管网和污水处理厂等建设卓有成效,污水处理能力和出水水质明显提高,然而依然严重的河流污染致使水环境质量堪忧,部分河流水质未达到Ⅳ水标准,许多地区存在明显的河水黑臭现象。实践表明,解决城市水环境问题的核心是雨水径流污染、混合制溢流污染CSOs和面源污染问题,单纯的增大污水处理规模难以解决现存的问题。结合朝阳污水系统特点,该地区建有许多河流制系统,改造城中村、旧城区排水系统需投入的成本高,彻底改造难以短期内实现,并且改造完成并不代表能够有效控制污染。近期,朝阳市投入大量资金用于沿岸截污整治工程,但整治效果却并不理想,污水截流工程改善水环境的成效甚微,究其原因就是未有效的控制雨水径流污染和CSOs。朝阳市可持续发展和生态环境的改善在很大程度上取决于水环境治理,应结合黑臭水体整治技术以及水污染防治计划,通过采取适用、经济的控制措施实现雨水的合理利用,降低雨水径流受城市开发建设的影响,为维护水环境安全与健康提供保障。

2.4水生态

朝阳境内大多数河流的环境容量低、基流小,本地水源开发以蓄水工程为主,上游用水的增加会导致下游生态河流缺水,枯季干涸或断流的现象普遍。特殊的自然条件使得水动力不足,加之水体流动性差致使污染物不易扩散,长期以往积累于河底,大大降低了河道自净功能。另外,人为干扰对主要流域的影响较大,随着城市规模的快速扩张河道被渠化、硬化甚至“三面光”的问题日趋突出。尽管部分地区正逐步修复受损河流,力图恢复河流原有的自然面貌,但许多河流看起来更像一个混凝土浴缸,而非天然河流,沿河警示牌随处可见,河流生态服务功能日趋衰退。沿河漫滩、自然湿地逐渐减少,而城市内部正加快人工湿地的构造,在一定程度上可以说是本末倒置。因此,对于水资源、水污染、城市内涝等问题,既要依靠小面积的雨水花园更要加快工程建设改善整个区域的生态环境。

3海绵城市综合控制目标

3.1传统雨水系统分析

借鉴典型工程实践经验,并充分考虑其他新老城市发展历程,城市雨水系统设计水环境生态系统、城市园林景观、道路与建筑建设、雨水资源高效利用、洪涝控制、径流污染控制、排水系统等基础设施,这是一项关系重大、耗资巨大的系统工程,在雨水系统处理和对待上许多城市都走过弯路,并付出一定的代价。以深圳、上海、北京等城市为例,至今仍然受到雨水资源任意排放而缺水问题严峻、城区水涝严重且影响大、难以有效控制径流污染、排水系统混乱、水系治理效果差等雨水系统和雨水问题协调性的困扰。以上问题的彻底解决任务艰巨,具体改造的难度更大,为了解决上述城市雨水问题许多地区花费了天文数字的资金和将近20年的时间。雨水本身污染严重、污水排水和分流制雨系统乱接或混接现象严重为朝阳市面临的突出问题,其花费巨额资金建成的排水系统未考虑雨水资源合理利用和径流消减控制。从功能上基本被分割成两套污水系统,现阶段依然面临着严重的水污染问题,缺水与水涝问题并存不得不再投入巨大资金重新考虑对策,重新规划难度大[5]。所以,对雨水系统综合利用非工程和工程措施调整、优化,实现不同的小、中、大降雨事件的有效应对,既能减少洪灾损失或不发生洪灾,又可以变害为利缓解水资源供需矛盾。

3.2海绵城市关键性技术

海绵城市建设目标涉及密切相关而又相当复杂的洪涝、生态、环境、水资源等专业内涵和综合工程实践,技术指南明确规定规划控制目标包括径流的总量、峰值、污染控制和雨水资源利用等,应结合水环境、水文条件等科学确定规划控制目标为其中一项或多项。上述控制指标中年径流总量控制率较为常见,不同目标和控制指标的投资、效果不同,采取的工程手段也存在较大的差异。朝阳市要结合具体情况,对本地情况进行科学、合理、经济的评估,从而确定适合当地的控制指标体系和建设目标。不应一味地追求雨污分流改造、盲目的重建所有雨水管道系统、过分增大低影响开发源头设施规模、用简单的控制指标,只有这样才能结合本地水文地理条件和经济社会状况,系统把控雨水汇水流域布局,科学合理的按区域分解控制指标和目标,地块开发过程中要因地制宜的融合城市建设需求,采取下凹式绿地、透水铺装、屋顶绿化等符合控制指标的LID设施[6-7]。找准关键问题属于海绵城市建设的关键,必须合理编制规划以及科学设定目标,做到施工精心维护、配套落实到位和设计细致入微。

4结论

海绵城市是保持城市宜居性、弹性、可持续性的必然选择,也是解决城市雨水问题的根本途径以及生态文明视角下城市雨水管理的具体体现。朝阳市海绵城市建设要先构建“大海绵”“山、林、湖、水、田”,再从大局入手建设“小海绵”透水铺装、下凹式绿地和绿色屋顶等。目前,海绵城市的大规模快速建设还要思考一些关键问题。以朝阳市为例,要对近远期海绵城市建设目标进行充分的评估、分析,从宏观到局部科学构建适于朝阳的控制指标体系,制定保障工程建设的管理机制和融合水生态、水资源利用、径流污染控制、排水防涝的工程体系。从全流域到局部,不断改变雨水产汇流规律和地形地貌特征,只有在城市建设、规划、设计过程中遵循自然规律的科学体系,才能实现城市建设和改造的可持续发展。落后的技术手段和片面的问题理解,都难以有效应对复杂多变的形势和LID的精细化设计要求。

参考文献:

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作者:滕立军 单位:朝阳市建平县水资源办公室

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