融入海綿城市理念的城市水系統(tǒng)規(guī)劃

王文瀚

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

我國在城市水治理方面已取得了一系列建設成就，但仍存在著城市雨水內澇頻發(fā)、城市內河湖水系污染嚴重和水資源缺乏且分布不均等問題[1]。因此，需要從規(guī)劃層面出發(fā)來系統(tǒng)地解決這些問題。我國與水相關的規(guī)劃眾多，如給水規(guī)劃、雨水規(guī)劃、污水規(guī)劃、水系規(guī)劃等，各規(guī)劃呈現(xiàn)出專業(yè)分工、部門分管和系統(tǒng)分割的顯著特征，這種格局導致了各規(guī)劃間缺乏系統(tǒng)性、協(xié)調性和全局性，不利于城市水系統(tǒng)的管理[2]。海綿城市的理念已經從以解決雨水內澇為目的的單一治理，逐漸發(fā)展到對整個城市水安全、水生態(tài)、水環(huán)境和水資源的綜合治理。

本文依托實際規(guī)劃項目，以海綿城市理念為綱，統(tǒng)籌給水、雨水、污水和水系河湖規(guī)劃，將海綿城市的要求指標融入到各規(guī)劃中，以期為城市水系統(tǒng)的綜合管理提供參考。

1 規(guī)劃背景

永州市位于湖南省南部，是國家歷史文化名城、現(xiàn)代化生態(tài)旅游宜居城市。規(guī)劃區(qū)濱江新城位于冷水灘新城區(qū)、零陵古城區(qū)之間，是聯(lián)系新舊區(qū)的自然生態(tài)區(qū)，面積約33km2。目前，處于近乎未開發(fā)的狀態(tài)，生態(tài)基礎較好。規(guī)劃區(qū)位于湘江東側，水系發(fā)達，區(qū)域內現(xiàn)狀有兩條主要河道，分別為楚江和臘樹村河，還有大量支流、排洪渠和水庫池塘。楚江干流全長16.7km，臘樹村河干流全長20km。受區(qū)域地形影響，除楚江及臘樹村河外，其他河道規(guī)模及常水深均較小，呈現(xiàn)一定程度的季節(jié)性。區(qū)域內大部分河道仍保持自然岸坡，生態(tài)岸坡比例大，幾乎無硬質化河道，水岸生態(tài)系統(tǒng)完善。

隨著城市發(fā)展水平提升及規(guī)模擴張，永州市提出，在零陵、冷水灘兩城區(qū)之間規(guī)劃建設一座濱江新城，將現(xiàn)有南北兩城區(qū)有機聯(lián)系和融合，使之與歷史文化名城交相呼應。根據(jù)永州市中心城區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略，“南北聯(lián)城、中部崛起”是近期永州市發(fā)展建設的主要方向，濱江新城將成為城市建設的重點。為了合理指導濱江新城的開發(fā)建設，盡可能保留規(guī)劃區(qū)的本底自然景觀，因此，本次水系統(tǒng)的規(guī)劃設計也應運而生。

2 規(guī)劃區(qū)水系統(tǒng)的構成和目標

本次規(guī)劃區(qū)的涉水規(guī)劃主要包括5個部分內容，分別是海綿、給水、污水、雨水和河湖水系專項規(guī)劃，見圖1。通過各涉水規(guī)劃間的科學聯(lián)動，形成規(guī)劃區(qū)水系統(tǒng)規(guī)劃格局。

2.1 打造彈性城市的水資源體系

通過給水、污水和雨水規(guī)劃的相互融合，因地制宜鼓勵非常規(guī)水資源(如雨水、污水等)開發(fā)利用，實現(xiàn)水資源良性循環(huán)。

污水廠達標尾水滿足出水準四類水質，通過環(huán)評論證，可以進行資源化利用，一部分作為道路沖洗、綠化灌溉用水；另一部分排入內河水系作為生態(tài)補水。以大型居住小區(qū)、公共建筑等為載體進行雨水的資源化回用。

2.2 恢復韌性城市的水生態(tài)體系

通過雨水和水系河湖規(guī)劃的相互融合，提高城市水域面積，增加生物多樣化生態(tài)棲息地，形成多個城市公園和城中湖。拓寬河道、連通水系，以提升水體自凈能力。通過河流治理，疏通現(xiàn)有水系，構建河道生態(tài)岸線，并利用周邊綠地調蓄空間對水體進行雨洪調蓄。兼顧生態(tài)、景觀及防洪的要求，構建穩(wěn)定的城市生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 形成柔性城市的水環(huán)境體系

通過雨水和污水規(guī)劃的相互融合，完善城市排水系統(tǒng)。新建污水廠，提升污水處理水平，確保區(qū)域生活污水全覆蓋、全收集、全處理、達標排放。建立初期雨水全過程低影響開發(fā)管理模式，削減進入內河水系的面源污染量。

2.4 完善城市排水-除澇-防洪的水安全系統(tǒng)

通過雨水和水系河湖規(guī)劃的相互融合，形成源頭減排、排水管渠、排澇除險、應急管理四大系統(tǒng)，全面實現(xiàn)“3年一遇不積水、20年一遇不內澇”的總體目標。其中，源頭減排和排水管渠建設共同實現(xiàn)“3年一遇不積水”；源頭減排、排水管渠、排澇除險共同實現(xiàn)“20年一遇不內澇”；應急管理確保規(guī)劃區(qū)內澇防治設施發(fā)生事故或遭遇超過20年一遇降雨時能正常運轉。

3 現(xiàn)狀調研

3.1 水資源現(xiàn)狀

規(guī)劃區(qū)域內現(xiàn)狀共有兩座已建給水廠，其中一座給水廠近期即將停運，另外一座給水廠的取水水源為現(xiàn)狀水庫，供水規(guī)模為5000m3/d。兩座給水廠的規(guī)模均不能滿足規(guī)劃區(qū)的實際開發(fā)需求用水量。

規(guī)劃區(qū)域內供水管網輸配水系統(tǒng)呈樹枝狀，建設不完善。規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀用水主要依靠規(guī)劃區(qū)外給水廠和給水泵站聯(lián)合供水，供水距離遠，水頭損失大，供水保證率不足且管網漏損率較高。

3.2 水生態(tài)現(xiàn)狀

規(guī)劃區(qū)域內有兩條主要的湘江支流，分別是楚江和臘樹村河，區(qū)內水網密布，河流縱橫，呈樹枝狀分布。規(guī)劃區(qū)水面率約6.5%，水系流向明確，但是連通性不足，岸線生態(tài)性能差。

3.3 水環(huán)境現(xiàn)狀

規(guī)劃區(qū)內河湖水系的水質較好，水質標準不低于Ⅲ類標準。

規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀污水處理設施不完善，污水處理廠和污水管網建設滯后，水系污染主要來自村鎮(zhèn)生活污染和農業(yè)面源污染。

3.4 水安全現(xiàn)狀

湘江沿線未實現(xiàn)防洪堤全覆蓋，湘江各支流現(xiàn)狀防洪能力仍有部分河段為2～5年一遇，低于防洪標準，存在防洪隱患。

規(guī)劃區(qū)內現(xiàn)狀有兩個區(qū)域為地勢低洼區(qū)，排水系統(tǒng)不健全，現(xiàn)狀除澇設施不完善，無排澇泵站。汛期雨水無法及時排出，造成積水，時常發(fā)生內澇，急需推進排水防澇系統(tǒng)建設。

4 城市水系統(tǒng)的規(guī)劃方案

4.1 海綿指標體系的搭建

根據(jù)總體目標要求，結合《海綿城市建設評價標準》，構建兩級指標體系(見圖2)。

圖2 海綿指標體系搭建

4.2 主要海綿規(guī)劃指標

規(guī)劃區(qū)海綿城市指標嚴格按照《海綿城市建設績效評價與考核指標(試行)》中目標和指標要求，結合《海綿城市建設技術指南(試行)》《海綿城市建設評價標準》(GB/T 51345-2018)等要求，在六類18項指標基礎上補充完善，形成規(guī)劃區(qū)海綿城市共七類21項指標，相關重點約束性指標見表1。

表1 主要海綿規(guī)劃指標

續(xù)表

4.3 給水規(guī)劃

為滿足海綿城市指標要求，在給水規(guī)劃中應控制漏損率、明確再生水的利用，并提出節(jié)水指標要求。

4.3.1 區(qū)域水源

規(guī)劃區(qū)給水水源系統(tǒng)打破行政界線，采用跨區(qū)聯(lián)合供水。分別從北部的冷水灘區(qū)和南部的零陵城區(qū)向位于中部的規(guī)劃區(qū)聯(lián)合供水，以實現(xiàn)水資源利用的最大化(見圖3)。

圖3 規(guī)劃區(qū)供水布局

4.3.2 預測規(guī)劃區(qū)用水量

規(guī)劃區(qū)分別采用分類用地性質與單位人口綜合用水量指標法進行用水量預測(見圖4)，為節(jié)約給水提高再生水利用率，規(guī)劃區(qū)內的道路沖洗、綠地澆灑等用水均采用再生水。

圖4 規(guī)劃區(qū)用水量構成示意

通過對再生水水源進行比較論證，市政道路及綠化采用污水廠達標的尾水進行澆灑灌溉，地塊內小區(qū)則對雨水進行資源化利用，作為小區(qū)內部綠化澆灌用水。通過計算，規(guī)劃區(qū)污水廠處理規(guī)模為5萬m3/d，達標尾水中1萬m3/d作為市政道路及綠化的澆灑用水量，通過環(huán)評水質模擬論證，4萬m3/d的達標尾水可以作為河道的生態(tài)補水，不會降低河道原有水質標準。

4.3.3 劃分供水分區(qū)，布置給水管網

根據(jù)水量和水壓，對規(guī)劃區(qū)域進行供水區(qū)域劃分，再結合用地性質及道路豎向，優(yōu)化布置給水管網，見圖5。研究表明，管網運行壓力是影響管道漏損的主要因素之一，通過降低管網過剩壓力可以有效控制管網漏損[3]。因此，對初步布置后的管網進行平差計算，合理分配管道的流量和節(jié)點壓力，優(yōu)化設計給水管徑。

圖5 供水分區(qū)及管道布置

4.4 污水規(guī)劃

為滿足海綿城市指標要求，應考慮污水管網全覆蓋，污水管網有出路，污水不外溢，進入污水廠的污水能夠全部處理，達標后排放到自然水體。還應考慮污水處理后達標尾水的再利用。

4.4.1 劃分污水納污分區(qū)

規(guī)劃區(qū)采用雨污分流制，污水根據(jù)用地規(guī)劃布局、地形地勢、受納水體位置等，劃分污水納污分區(qū)，確保每個納污分區(qū)污水都有出路。

4.4.2 優(yōu)化布局污水管網

通過污水主干管、次干管和支管的布置，將地塊內的污水盡可能全部收集，污水收集處理率達到100%，收集后的污水集中進入污水處理廠，確保污水不會無序排放進入內河水系。

4.4.3 預測污水量，確定污水處理廠建設規(guī)模

根據(jù)上述用水量的預測結果，規(guī)劃區(qū)近期污水量約為4.68萬m3/d，遠期約為13.93萬m3/d，因此，確定污水廠近期規(guī)模為5萬m3/d，遠期規(guī)模為14萬m3/d。區(qū)域內的生活污水通過污水廠處理達標后進行排放。

4.4.4 明確污水廠選址、尾水出路和出水標準

統(tǒng)籌考慮納污范圍內污水干管的布置、受納水體位置、區(qū)域地形地勢等因素，將污水廠布置在湘江東路和李達大道交叉口的東北側。污水處理廠出水水質指標見表2，其中CODCr、TN、NH3-N及TP指標執(zhí)行《湖南省城鎮(zhèn)污水處理廠主要水污染物排放標準》(GB 43/T 1546-2018)中的一級標準，其余指標執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A排放標準。

表2 污水處理廠出水水質控制指標

經分析，污水廠尾水主要水質指標均滿足城市雜用水、景觀用水、綠地灌溉、農田灌溉、工業(yè)用水和地下水回灌等水質要求。因此，達標尾水滿足設計出水標準要求后，可進行資源化利用，一部分作為道路沖洗、綠化灌溉用水；另一部分排入生態(tài)濕地，進一步凈化后再排入內河水系作為河道生態(tài)補水，通過內河的循環(huán)最終匯入湘江(見圖6)。規(guī)劃區(qū)內河為季節(jié)性河道，生態(tài)補水可以增加河道的生態(tài)流量，結合水系規(guī)劃，通過河道斷面的設計，還可以豐富河道兩側的綠化景觀布置。

圖6 污水廠尾水資源化利用示意圖

4.5 雨水規(guī)劃

為滿足海綿城市指標要求，雨水規(guī)劃中應考慮年徑流總量控制率，控制雨水徑流，維持開發(fā)前后水文狀態(tài)；應考慮初期雨水的治理，遵循“源頭控制、中途蓄滯、末端排放”的原則，建設滲、滯、蓄、凈、用、排全過程低影響開發(fā)雨水管理模式，逐級削減面源污染。

4.5.1 結合豎向和水系河湖規(guī)劃，劃分雨水分區(qū)，明確排水模式

依據(jù)地勢豎向，水系河湖規(guī)劃中劃分了雨水分區(qū)(見圖7)。雨水排水模式采用“高水高排、低水低排”的原則，高排區(qū)雨水通過重力自排入河道，低排區(qū)雨水非汛期通過重力自排入河道，汛期通過啟動河道泵站進行強排，控制河道水位，確保低排區(qū)雨水能自排進入河道。

圖7 規(guī)劃區(qū)內雨水分區(qū)

4.5.2 優(yōu)化雨水管網布局，計算雨水量，確定雨水管徑

雨水采用就近分散排入內河水系的原則，盡可能縮短管道敷設的長度，降低埋深，節(jié)省投資。

按照國家最新規(guī)范的要求，統(tǒng)一雨水量計算參數(shù)：綜合徑流系數(shù)取0.6，暴雨標準一般地區(qū)采用3年一遇，內澇標準采用20年一遇。采用永州市暴雨強度公式計算區(qū)域內雨水量，進一步確定雨水管徑，確保在市政設計標準下區(qū)域內不會積水。

4.6 水系河湖規(guī)劃

為滿足海綿城市指標要求，水系河湖規(guī)劃應考慮生態(tài)岸線的建設，建設生態(tài)型河流斷面，恢復水系的雨水調蓄、生物棲息、污水凈化等功能；應通過拓寬河道斷面、水系連通、調整河道縱坡、規(guī)劃行泄通道等工程措施，實現(xiàn)超標雨水排放，提高河道的行洪能力。

4.6.1 水系布局規(guī)劃

本次規(guī)劃區(qū)水系河湖設計為 “兩橫兩縱，湖庫點綴”的總體框架布局，見圖8。“兩橫”為區(qū)域行洪河道：楚江和臘樹村河，“兩縱”為低排片區(qū)的排澇溝，“湖庫點綴”通過規(guī)劃水系串通區(qū)域內主要水庫池塘，使水面呈現(xiàn)大小交錯的整體布局。

圖8 河湖水系平面優(yōu)化布置

4.6.2 防洪排澇格局

規(guī)劃區(qū)河道體系清晰，防洪河道為楚江、臘樹村河和臘樹村河支流，其余均為排澇河道。依據(jù)地勢豎向，規(guī)劃區(qū)劃分為3個排澇區(qū)，其中2個高排片區(qū)和1個低排片區(qū)，見圖9。各片區(qū)排澇標準為20年一遇24h設計暴雨下地面不積水。

圖9 規(guī)劃區(qū)防洪除澇總體布局

當發(fā)生小于內澇防治標準的降雨時，城市澇水主要行泄通道為規(guī)劃河道，因此，對現(xiàn)狀河道進行拓寬整治，滿足20年一遇行泄要求，主要排澇河道允許越浪情況下堤防工程的安全加高值為0.3m。

規(guī)劃區(qū)域內河道防洪標準為20年一遇，主要行洪河道不允許越浪情況下堤防工程的安全加高值為0.6m。

4.6.3 河道斷面

規(guī)劃區(qū)現(xiàn)狀河渠呈現(xiàn)一定的季節(jié)性，即河道常水位依賴于降雨量的大小。河道主河槽較深，但常水位下，河道水深較淺，水面距離岸頂差距較大，河道親水性較差。由于現(xiàn)狀河道防洪能力普遍不足20年一遇，因此，在現(xiàn)狀河道基礎上適當擴大河道規(guī)?；蛟黾拥添敻叱?，確保河道斷面滿足防洪排澇需要。部分河道的規(guī)劃斷面型式見圖10。

圖10 部分河道規(guī)劃斷面示意

4.6.4 河湖生態(tài)水量控制

根據(jù)規(guī)劃區(qū)作為未來城市中心的定位，河道景觀功能及水質、生態(tài)要求高，但規(guī)劃區(qū)水系洪枯流量差異大，且支流源頭枯季無大型水庫等穩(wěn)定水源，因此，根據(jù)周邊水源情況制定合理的補水方案和補水路徑，見圖11、圖12。

圖11 補水路徑示意

圖12 補水方案示意

根據(jù)現(xiàn)狀資料及調查分析，除降雨徑流外，規(guī)劃區(qū)現(xiàn)有補水水源主要有再生水水源和調 水水源，其中再生水水源為新建污水處理廠的達標尾水和新建能源站的退水尾水。調水水源根據(jù)周邊可用水源，以湘江和雙牌灌渠作為水源。

5 結 語

本項目在規(guī)劃層面上，將海綿城市建設指標融入到各涉水專項規(guī)劃中，并加強各涉水規(guī)劃間的協(xié)調聯(lián)動，從水資源、水安全、水環(huán)境、水生態(tài)四方面著手，實現(xiàn)了修復城市水生態(tài)、涵養(yǎng)城市水資源、改善城市水環(huán)境、提高城市水安全的多重目標，構建了規(guī)劃區(qū)水系統(tǒng)的格局。