英國排水理念對(duì)中國海綿城市建設(shè)的啟示

馬廣超

(中國電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

2015年10月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》，部署推進(jìn)海綿城市建設(shè)-低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建工作，確定了海綿城市建設(shè)目標(biāo)，要求各地海綿城市建設(shè)要盡量減少城市開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。學(xué)習(xí)國外海綿城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，有利于我們更好的推進(jìn)海綿城市建設(shè)。本文將介紹分析英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，并以此為鑒對(duì)中國海綿城市建設(shè)提出啟示。

1 海綿城市建設(shè)項(xiàng)目要求

海綿城市建設(shè)的重要文件《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》強(qiáng)調(diào)要構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，徑流峰值控制是低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的重要目標(biāo)[1]。DB 11/T 1743-2020《海綿城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于徑流峰值控制的第4.2.6條規(guī)定，在雨水管渠及內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下，項(xiàng)目的外排水總量不大于建設(shè)前的水平，并滿足已建成城區(qū)的外排雨水流量徑流系數(shù)不大于0.5；新開發(fā)區(qū)域外排雨水流量徑流系數(shù)不大于 0.4[2]。DB 11/T 1575-2018《專用排水設(shè)施技術(shù)規(guī)范》第6.5.2條也有類似規(guī)定。關(guān)于徑流峰值控制的規(guī)定是新項(xiàng)目開發(fā)啟動(dòng)前排水評(píng)估和規(guī)劃的重要依據(jù)。在英國等發(fā)達(dá)國家所有的項(xiàng)目開發(fā)時(shí)也都有類似的要求，而且要嚴(yán)格執(zhí)行。

2 英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的依據(jù)

在英國，所有新建和改造項(xiàng)目無論面積大小，都要遵守政府頒布的《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》即《The SuDS manual》(Sustainable Drainage Systems)[3]，在項(xiàng)目開發(fā)前都要向政府有關(guān)部門提供這個(gè)項(xiàng)目的排水戰(zhàn)略報(bào)告(Site Drainage Strategy)， 若報(bào)告不被通過，項(xiàng)目就不能進(jìn)一步開展。

項(xiàng)目業(yè)主通常會(huì)委托設(shè)計(jì)咨詢公司評(píng)估項(xiàng)目可預(yù)見的開發(fā)和維護(hù)風(fēng)險(xiǎn)，并提供避免、減小風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)方案及說明風(fēng)險(xiǎn)處理后項(xiàng)目開發(fā)是否仍然遺留問題的報(bào)告。

可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求從開發(fā)項(xiàng)目相關(guān)的出水口河道水體、開發(fā)區(qū)流域范圍、過境流量和鄰近地塊等影響排水的4個(gè)方面評(píng)估開發(fā)項(xiàng)目的排水戰(zhàn)略報(bào)告[4]。排水戰(zhàn)略報(bào)告中最重要的是要保證新建和改造項(xiàng)目流域范圍內(nèi)在雨水管渠及內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下，項(xiàng)目的外排水總量不大于建設(shè)前的水平，也是英國政府CfSH(Code for Sustainable Homes)強(qiáng)制要求(Ensure that run-off rates and annual volumes of run-off post development will be no greater than the previous conditions for the site.)[4]。

開發(fā)項(xiàng)目如果要向市政管道系統(tǒng)排水，就必須向政府有關(guān)部門提交申請(qǐng)資料，證明此開發(fā)項(xiàng)目的排水設(shè)計(jì)符合當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃，開發(fā)項(xiàng)目的排水系統(tǒng)、排水量和水質(zhì)符合可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的要求。

可持續(xù)發(fā)展排水戰(zhàn)略報(bào)告首先是要分析對(duì)比項(xiàng)目開發(fā)前后，項(xiàng)目占地范圍內(nèi)地面徑流系數(shù)的變化，以及開發(fā)后，開發(fā)區(qū)域的外排水總量是否比原來開發(fā)前大。

3 英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)情況

以一個(gè)英國開發(fā)項(xiàng)目為實(shí)例，了解到英國排水系統(tǒng)的具體設(shè)置理念和要求。歷史上這個(gè)項(xiàng)目地塊在1969年第一次開發(fā)，最后一次開發(fā)這個(gè)項(xiàng)目地塊用于住宅建設(shè)和住宅停車場(chǎng)，現(xiàn)在這個(gè)地塊要拆除進(jìn)行重新開發(fā)，新建辦公樓和辦公樓停車場(chǎng)，項(xiàng)目開發(fā)前政府要求項(xiàng)目開發(fā)業(yè)主要作排水戰(zhàn)略報(bào)告。

報(bào)告中第一步，作區(qū)域分析，分析開發(fā)前后開發(fā)地塊內(nèi)地面徑流系數(shù)的變化即地面透水性的變化，根據(jù)勘測(cè)資料和開發(fā)規(guī)劃，開發(fā)前透水面積10 184 m2，不透水面積8 136 m2；開發(fā)后透水面積7 768 m2，不透水面積10 552 m2；開發(fā)后不透水面積增加2 416 m2。

第二步，最大徑流量評(píng)估，項(xiàng)目開發(fā)后的徑流量不能大于開發(fā)前的徑流量，在英國徑流量按1到100年重現(xiàn)期進(jìn)行校核；最大徑流量評(píng)估還要校核因氣候變化造成的徑流量增加量，英國標(biāo)準(zhǔn)，按30%的最大徑流增加量計(jì)算因氣候變化的徑流增加量。

第三步，計(jì)算由于不透水面積的增加造成的排水流量的增加量，英國按100年重現(xiàn)期計(jì)算排水流量，按《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》的流量計(jì)算公式[3]：

Vol=RD·A·10(0.8PIMP/100-SPR)

(1)

式中：Vol為排水體積，m3；RD為100年重現(xiàn)期的6h降雨量，mm；A為不透水面積，hm2；PIMP為不透水面積占總面積的百分比，%；SPR為和土壤類型相關(guān)的系數(shù)，本項(xiàng)目取值SPR=0.45。

根據(jù)上面公式(1)計(jì)算結(jié)果，開發(fā)前這個(gè)項(xiàng)目的不透水區(qū)域排水量 為164.8m3。開發(fā)后這個(gè)項(xiàng)目的不透水區(qū)域排水量Vol為276.8m3。

從計(jì)算結(jié)果可知，開發(fā)后這個(gè)項(xiàng)目地域范圍內(nèi)的不透水區(qū)域排水量比開發(fā)前多112.0m3。

這個(gè)項(xiàng)目開發(fā)后的排水量比開發(fā)前大，不符合《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》的要求。為滿足《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》要求，須采取符合可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求的技術(shù)措施。為減少開發(fā)后的排水量，可采用滲透塘、滲透池、蓄水池、調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池等設(shè)施。其中選滲水設(shè)施前先要作項(xiàng)目地域范圍內(nèi)的土壤滲透性測(cè)試，這個(gè)項(xiàng)目地域范圍內(nèi)的土壤滲透性測(cè)試結(jié)果不能滿足排水滲透設(shè)施的滲水性要求，故滲透塘、滲透池等滲透性排水構(gòu)筑物不能滿足要求；經(jīng)過對(duì)開發(fā)項(xiàng)目?jī)?nèi)可使用地面和可選擇的調(diào)節(jié)池計(jì)算分析，結(jié)果顯示建合適的調(diào)節(jié)池可減少開發(fā)區(qū)域的外排水總量，滿足《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》要求。

根據(jù)這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇在線儲(chǔ)存調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池容積為112.0m3。

調(diào)節(jié)池選用廠家生產(chǎn)的成品模塊調(diào)節(jié)池，根據(jù)開發(fā)區(qū)地面布局、調(diào)節(jié)池容積和廠家選型手冊(cè)等選擇合適大小和形狀的模塊組合調(diào)節(jié)池。

根據(jù)這個(gè)項(xiàng)目所選的調(diào)節(jié)池模塊生產(chǎn)廠的廠家資料，每一個(gè)調(diào)節(jié)池模塊尺寸長(zhǎng)為1m，寬為0.5m，高為0.4m；一個(gè)模塊可儲(chǔ)存水量0.19m3。這個(gè)項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可使用的地面，經(jīng)計(jì)算，選調(diào)節(jié)池長(zhǎng)為19m，寬為4m，高為1.6m，模塊組合一排8個(gè)，按4層疊放，共用608個(gè)模塊，共可儲(chǔ)存水量：

Vstorage=608×0.19=115.52m3可滿足調(diào)節(jié)池計(jì)算容積112.0m3。

圖1 調(diào)節(jié)池模塊 單位:mm

這個(gè)項(xiàng)目所選的是英國典型的調(diào)節(jié)池，設(shè)計(jì)安裝如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)池安裝

調(diào)節(jié)池前安裝泥沙分離器，調(diào)節(jié)池后安裝流量控制器，流量控制器后安裝過濾器。泥沙分離器是利用重力截留排水中的沉淀物，過濾器是從排水中過濾掉包括可漂浮的污染物。

泥沙分離器安裝在調(diào)節(jié)池前能有效避免排水管道中的泥沙大量進(jìn)入調(diào)節(jié)池造成淤積和堵塞；過濾器安裝在項(xiàng)目排水范圍末端避免項(xiàng)目開發(fā)區(qū)域內(nèi)的排水污染開發(fā)區(qū)域外下游流域。從上面的泥沙分離器圖3和過濾器圖4可看到，排水系統(tǒng)上的泥沙分離器和過濾器配合吸泥車維護(hù)較為方便，一般要根據(jù)安裝位置和周圍環(huán)境結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定泥沙分離器和過濾器的維護(hù)清理周期，在英國，這些工作通常交給專業(yè)維護(hù)公司來處理。

圖3 泥沙分離器示意

圖4 過濾器

流量控制器(vortexflowcontroldevice)，全稱是渦輪流量控制器，是英國常用的排水系統(tǒng)流量控制設(shè)備，它是將流體力學(xué)應(yīng)用到管網(wǎng)限流技術(shù)中的排水設(shè)施，是一款先進(jìn)、方便、基于流體力學(xué)計(jì)算的廠家生產(chǎn)的流量控制產(chǎn)品，其主要功能是控制流出控制器的排水流量，極少需要維修。

連接調(diào)節(jié)池下游的流量控制器是保證項(xiàng)目開發(fā)區(qū)域控制外排流量和消減暴雨峰值的關(guān)鍵設(shè)施。一般檢查井下游管道的流量隨著檢查井中水位的升降而不斷變化。暴雨來時(shí)，上游流量增大，水位上升，下游管道中的流量也隨之增大。下面調(diào)節(jié)池和流量控制器位置示意如圖5所示。假如設(shè)計(jì)水頭不能達(dá)到調(diào)節(jié)池頂高程時(shí)，調(diào)節(jié)池?zé)o法蓄滿水，無法實(shí)現(xiàn)調(diào)控項(xiàng)目開發(fā)區(qū)外排雨水流量的作用。

圖6是流量控制器水頭和流量關(guān)系圖。

從圖6可看出，流出控制器的流量在水頭達(dá)到流量控制器運(yùn)行起點(diǎn)后，流量基本不再隨水頭的增大而變化了，利用流量控制器的這個(gè)特性，流量控制器配合流量控制器上游的調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)控制暴雨時(shí)開發(fā)區(qū)域的外排雨水流量，消減下游暴雨峰值。

通過一系列設(shè)計(jì)步驟顯示，合理正確的設(shè)計(jì)可使這個(gè)開發(fā)項(xiàng)目的排水戰(zhàn)略規(guī)劃符合《可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)手冊(cè)》的要求。在設(shè)計(jì)重現(xiàn)期下，項(xiàng)目的外排水總量小于建設(shè)開發(fā)前的水平這項(xiàng)要求是英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的最根本要求，它也體現(xiàn)了低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的根本要求。

圖5 調(diào)節(jié)池和流量控制器位置示意

圖6 流量控制器水頭和流量關(guān)系

英國制定的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)也符合整個(gè)歐盟的項(xiàng)目開發(fā)排水要求[3]，美國、澳大利亞、加拿大等發(fā)達(dá)國家對(duì)項(xiàng)目開發(fā)排水要求基本與英國的可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)要求一致。

4 結(jié) 論

實(shí)質(zhì)上，英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)對(duì)新建和改造項(xiàng)目的要求與我國海綿城市建設(shè)要求是一致的，海綿城市建設(shè)基本原則就是低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的基本原則，低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的目標(biāo)就是要做到徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等不同的控制目標(biāo)?？偨Y(jié)英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國海綿城市建設(shè)的啟示主要有以下幾點(diǎn)：

(1) 政策方面要完善相關(guān)法律建設(shè)，建議全面推廣DB11/T1743-2020《海綿城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》關(guān)于徑流峰值控制的第4.2.6條規(guī)定，使海綿城市建設(shè)有一個(gè)可操作的根本標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 設(shè)計(jì)方面對(duì)海綿城市建設(shè)采用排水流量控制的方法，設(shè)計(jì)時(shí)借鑒英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，減小城市排水系統(tǒng)開發(fā)時(shí)下游管網(wǎng)的管徑，消減暴雨影響。

(3) 在海綿城市建設(shè)推廣時(shí)積極引進(jìn)英國等發(fā)達(dá)國家的相關(guān)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，利用英國排水管網(wǎng)流量控制器、過濾器、模塊化滲透池和模塊化調(diào)節(jié)池等排水設(shè)施，充分考慮工業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)范化維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)徑流控制、消減暴雨峰值和減少徑流污染等目標(biāo)。

(4) 在實(shí)際的項(xiàng)目開發(fā)時(shí)，借鑒英國可持續(xù)發(fā)展排水的建設(shè)技術(shù)和理念，因地制宜的進(jìn)行項(xiàng)目示范推廣，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)以徑流峰值控制為基礎(chǔ)，通過徑流峰值控制同時(shí)達(dá)到徑流總量控制和徑流污染控制，在條件符合的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步作雨水的資源化利用。英國可持續(xù)發(fā)展排水系統(tǒng)的控制目標(biāo)和實(shí)施措施及原則對(duì)我國海綿城市的建設(shè)具有一定的借鑒意義。