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2014-11-24 中國給水排水
《鎮江市城市排水規劃》的探索和創新
朱曉娟,趙江,朱富坤
摘要:傳統的城市排水規劃工程部分主要分為雨水和污水兩大塊:雨水工程重在將雨水徑流快排進入河道,污水部分重在污水收集和處理系統,兩者各成系統、關聯較少。鎮江市在新一輪城市排水規劃編制中,從提高城市水安全的角度出發,針對當前城市中普遍存在的暴雨內澇和河流污染問題,力求從規劃理念上突破:引入城市雨洪災害評估和面源污染控制等排水生態理念,采用數字模擬技術輔助決策,通過實施LID低影響開發技術,實現排水、排澇、截污和水資源平衡的多重目標,在防治內澇災害的同時提高雨水利用程度,減少對城市水體的污染,從而構建一個能夠提高城市排水防澇安全和水環境質量的生態型排水系統。
近年來,國內多個大城市發生內澇,城市積水嚴重、交通受阻,人民生活和生命財產受到極大影響,城市內澇問題愈來愈成為各級政府和公眾普遍關注的問題。與此同時,水環境惡化也逐漸成為城市發展的痼疾,曾經孕育了城市文明的水成為了城市之殤。
如何有效地規劃、建設城市排水,提高城市應對、防御暴雨災害的能力,改善水環境,鎮江市在新一輪城市排水規劃編制中對此進行了積極的思考和探索。
1現狀排水思考
鎮江市上一輪排水規劃于2007年編制完成,在其指導下基本形成了較為完善的污水收集、處理系統和雨水排澇設施。本輪規劃通過對現狀排水系統分析,找出存在的主要問題:
①城市排水設計缺少風險觀念,超標暴雨易導致城區內澇。城市排水以快排為主,要求降雨即時排除,市政排水設計重現期多為1~3年,與發達國家相比明顯偏低,一旦降雨超標易產生積水。近幾年鎮江暴雨頻率有所增加,城區內澇時有發生。
②現有排水系統不能解決城市河流污染問題。老城區雖已建成較完善的污水收集系統,但河道水質近幾年無明顯改善。分流制系統的雨污混接問題一直沒有杜絕,新小區入住后帶來的混流污染和截流治理現象反復出現。隨著管網等收集設施的完善,面源污染逐漸成為城市河流污染的主要原因。
2規劃理念更新
鎮江市在新一輪排水規劃編制之初,確定了以城市排水安全和生態理念為突破口。將城市水體作為一個系統進行研究、規劃,以全流域的視角從流域的水量安全和水質安全兩方面來分析當前城市建設中普遍存在的內澇和河流污染問題,提高風險意識,把排水防澇作為城市重要的防災內容,將河道、城市防澇和管道排水看作一個整體,在提高城市管道排水系統標準的同時,引入雨洪風險管理理念,充分考慮超設計標準暴雨情況下應對雨洪災害的措施;以河道的水環境質量為目標,以削減污染物總量為控制指標,深入研究排水體制問題,提出符合鎮江市實際的排水體制和經濟合理的合流制排水系統截流倍數,并進一步提出主城區初期雨水截流規劃方案。
3以研究指導規劃
①雨洪災害評估將排水設計從單一的重現期思維禁錮中解放出來,從城市防災安全的角度重新審視原先的排水設計。研究超標暴雨帶來的內澇過程,評估其災害影響,提出排水排澇系統設計的思路。以遭遇20年一遇降雨城市主要道路不積水為目標,核算河道密度、水面率和排澇泵站等設施,提出規劃指標。
規劃引入全數字模擬技術,結合地理信息系統,對鎮江市區現狀進行二維水動力學模擬,找出鎮江市遭遇5~20年一遇6 h降雨時的城市雨洪風險敏感區,并對其進行重點分析。將排水管道、泵站和水系構成一個完整的系統,通過模擬該系統在城市發生災害性暴雨時的排澇能力,分析、預測溢流及內澇發生的地點,內澇的范圍以及淹沒深度、持續時間,評估內澇造成的影響和損失程度,并依此調整排水設施的規模。同時對現狀積水區、下穿式立交橋下、下凹式廣場、交通樞紐站等區域,通過模擬校核原地塊開發時建設的排水管道、河道及泵站排澇能力,找出區域中容易產生內澇的點,結合城市總體規劃,調整城市用地布局和豎向;結合水利排澇工程規劃,提出合理的水面率和河網密度。
②不再單純強調雨污分流,通過排水體制研究和面源污染研究,重新優化原有的截流系統,在充分利用現有設施的基礎上,系統布局、科學分配,通過改造增大截污管道、增設初期雨水調蓄池、LID源頭削減以及其他非工程措施實現排污總量控制,改善城市水環境,保障城市水體的水質安全。
在分析、評估排水現狀和運行管理等存在問題的基礎上,確定鎮江市排水體制宜采用“以分為主、分合結合、因地制宜”和“近遠結合、一次規劃、分步實施”的原則。綜合考慮截流系統、泵站及污水處理廠的運行能力,受納水體的水環境容量,旱流污水的水質、水量及其總變化系數,城市的降雨特性和其他氣象條件,投資大小和其他工程因素,確定古運河流域合流制排水系統的截流倍數為3~5;運糧河和金山湖(原北湖)的截流倍數為3。同時,建設初期雨水調蓄池,進一步減少溢流污水,綜合提高截流能力。
③規劃貫徹“尊重自然、順應自然、保護自然”的生態文明理念,借鑒國內外先進經驗,結合本地氣象、水文和河流特征,通過在徑流源頭采用LID技術,在削減面源污染物的同時,實現低重現期時先蓄后排、削減雨峰、減輕排澇系統壓力和雨水資源化的目標,實現污染控制和雨水資源化的結合。提高城市抗澇、排澇能力,改善城市水環境質量。
4規劃內容創新
4.1排水體制
排水體制以分流制為主,分合結合,根據不同區域的具體情況,在規劃期內,分別采用雨、污分流制或合流截流制。城市新區、老城區的改造地區,嚴格按分流制設計、建設,工廠企業內部管網應按雨污分流、清濁分流的要求建設;對于老城局部地區如歷史街區等,可以采用合流截流制,但應采取截流、調蓄和處理相結合的措施予以完善;暫時不具備雨污分流條件但遠期有條件進行雨污分流的排水系統,其排水體制確定為分流制,近期通過截流、調蓄和處理相結合的措施,解決系統雨天溢流污水;隨著老舊城區改造,逐步向分流制過渡,遠期待改造完成后,溢流污染控制設施可用于城鎮初期雨水的污染控制。
4.2排水防澇
雨水排水管道系統側重小流域、低重現期降雨徑流的快速排除,排澇系統則以城市安全為目標,側重高重現期的內澇風險與防治。規劃首先提高了雨水排水管道系統的設計建設標準,為建立高效的排澇系統奠定堅實的基礎。將雨洪管理理念貫穿規劃編制的整個過程,把LID低影響開發技術、市政排水和城市排澇及災害應對系統整合在一起,突破了雨水設計僅僅依靠管網和重現期的傳統模式,將推理公式和模擬技術相結合,管網排水和城市排澇相結合。以課題研究成果為指導,提高排澇泵站規模,調整河道斷面,控制水面率,規劃雨水調蓄池;結合綠地、景觀規劃,利用公園綠地等低洼地蓄洪、行洪,提升城市的綠地功能。由此形成完善的城市排澇系統,實現排水、排澇和災害應對多重目標,控制、減輕城市內澇災害,建立安全、可持續的排水系統。
4.3水環境治理
在調整、優化污水收集系統及提高截流倍數的同時,規劃初期雨水調蓄池,進一步減少排入河道的污染物總量,提高河道水質。初期雨水調蓄池主要布置在古運河、運糧河、虹橋港和金山湖等主城區流域內水體沿線,截流標準取40~100m3/hm2,根據用地等實際情況,采用總量控制、合理分配的方式具體規劃實施。古運河兩岸用地緊張,一般取40m3/hm2,再配合截流主干系統改造,減少初期雨水和溢流污水入河;金山湖區域用地寬松,結合綠地景觀建設,截流標準取100 m3/hm2。
4LID技術應用
規劃確定鎮江本地LID建設項目實施目標:2年一遇外排雨水設計流量不大于開發建設前的水平或規定的值,換算成LID技術初雨調蓄量指標為100~500m3/hm2,其中建成區為100~220 m3/hm2,新建區為220~300 m3/hm2,生態示范區為300~500m3/hm2。提出本地適用的LID技術,包括雨水花園、草溝、綠色屋頂、雨水利用裝置、生態滯留池、透水路面、蓄洪儲水池、生態濕地、不透水面積控制等,具體見表1。
表1LID措施的適用
LID措施有的側重控制水質,有的適用于洪水控制,通過綜合應用,總體控制,可同時實現污染物削減、徑流控制和雨水資源化的目標。規劃提出鎮江市LID工程要貫穿整個城市的新城建設和舊城改造,近期重點做好官塘新城、鎮江新區生態湖水系、西苑生態水系流域等生態示范區的建設,總面積約50km2,建成區約30km2,包括道路、水系、公園、公建及部分住宅。
5指導城市建設
鎮江市本輪排水規劃以專題研究為技術支撐,用模型模擬輔助決策,具有很強的操作性,在規劃編制過程中,已經指導了一系列的城市規劃和建設。新區盛崗路下凹式景觀帶等工程的建設,就是提高城市排澇安全的典型案例。
鎮江大港新區新規劃、建設的南部新城位于圩區,新城建設需要填埋大量的溝塘、水面,致使該片區內澇風險加大。在排水規劃降低雨洪風險理念的指導下,運用SWMM模型反復模擬、論證,將原規劃位于盛崗路北側約4km長的景觀帶規劃成80~120 m寬的下凹式景觀公園,災害性暴雨時用以蓄洪、行洪,彌補南部新城規劃水面率不足的問題。該規劃水景的實施可以使盛崗路以北排澇標準從5年一遇提高到20年一遇,50年一遇淹沒深度不大于0.4 m,蓄洪量不小于60×104 m3。同時輔之以處理初期雨水收集和生態處理單元,形成生態景觀水系公園。目前這條鎮江首個實現生態、景觀、城市排澇的完美結合的水系即將建設完工。
(本文發表于《中國給水排水》雜志2014年第22期“述評與討論”欄目)
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