海綿城市建設(shè)的技術(shù)裝備應(yīng)用綜述

王哲曉，徐 源，王晨曲，田延昭，秦培瑞

(中建環(huán)能科技股份有限公司，四川 成都 610045)

自“海綿城市”提出以來，通過3年的試點(diǎn)城市建設(shè)，海綿理念和功能定位越來越明確，技術(shù)體系也逐步得以完善[1]。在頂層設(shè)計(jì)上，總規(guī)、專規(guī)等對(duì)城市建設(shè)做提綱挈領(lǐng)的規(guī)劃，又有系統(tǒng)化實(shí)施方案作為城市建設(shè)單行本，在規(guī)劃與設(shè)計(jì)之間無縫對(duì)接[2]。技術(shù)體系的每一個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的都有數(shù)量眾多的技術(shù)裝備[3]，各個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)裝備構(gòu)建成了與技術(shù)體系響應(yīng)的裝備體系。中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心在2016年相繼頒布《海綿城市建設(shè)先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品目錄(第一批)》和《海綿城市建設(shè)先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品目錄(第二批)》，系統(tǒng)梳理了海綿城市技術(shù)產(chǎn)品裝備體系。

筆者總結(jié)曾參與的第一、二批試點(diǎn)海綿城市建設(shè)項(xiàng)目實(shí)踐，結(jié)合某試點(diǎn)城市的小區(qū)改造、管網(wǎng)建設(shè)、點(diǎn)源截污、生態(tài)補(bǔ)水、排澇泵站等類型的工程項(xiàng)目，分析試點(diǎn)區(qū)域內(nèi)技術(shù)與相關(guān)裝備綜合應(yīng)用對(duì)流域水體水環(huán)境、水生態(tài)、水安全、水資源的提升效果，系統(tǒng)梳理并分析探討該區(qū)域海綿城市建設(shè)過程中技術(shù)、裝備的綜合應(yīng)用，以期為海綿城市建設(shè)的技術(shù)體系落地和裝備體系銜接提供參考。

1 研究背景

我國城鎮(zhèn)化正在急速推進(jìn)，2011年我國的城市化率超過50%[4]，2020年超過60%[5]。由于城市開發(fā)強(qiáng)度過高，我國大多數(shù)城鎮(zhèn)面臨著水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水安全4個(gè)方面的“水淹、水少、水臟”等問題[6-7]，城市內(nèi)澇、地面沉降、水質(zhì)惡化、植被破壞、水土流失、河湖水體破碎化等問題也層出不窮[8-11]。2012年4月，“2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”上首次提出“海綿城市”的概念[12]?；谖覈楹蜕鷳B(tài)問題，眾多學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐進(jìn)行了海綿城市建設(shè)探索。蘇義敬等[13]對(duì)不同條件下下沉式綠地的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇進(jìn)行了探討，并優(yōu)化了豎向、淹水時(shí)間、景觀等設(shè)計(jì)方法。任心欣等[14-15]采用SWMM模型對(duì)不同降雨條件下的海綿城市指標(biāo)體系進(jìn)行了模擬分析，并總結(jié)歸納了指標(biāo)體系的應(yīng)用要點(diǎn)。鄒宇等[16]以湖南省寧鄉(xiāng)縣海綿城市建設(shè)為例，系統(tǒng)分析了寧鄉(xiāng)縣的建設(shè)方案和實(shí)施效果，并總結(jié)了海綿城市項(xiàng)目建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)策建議。馬冰然等[17]以西寧海綿城市試點(diǎn)區(qū)為例，模擬了50年極端降水條件下的城市內(nèi)澇情況，并設(shè)計(jì)了LID和管網(wǎng)的改造方案。但是，對(duì)作為決定海綿城市實(shí)際建成效果關(guān)鍵因素的技術(shù)裝備，關(guān)于其應(yīng)用選擇和對(duì)比分析的研究相對(duì)較少。

表1 常見透水鋪裝裝備信息及適用范圍

2 建設(shè)技術(shù)方案及裝備應(yīng)用

海綿城市建設(shè)工程屬于多目標(biāo)系統(tǒng)化工程[18]，采用不同的技術(shù)種類組合，實(shí)現(xiàn)源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理的建設(shè)目標(biāo)。裝備化的技術(shù)產(chǎn)品是技術(shù)方案高度凝練的產(chǎn)物，在應(yīng)用實(shí)踐中充分體現(xiàn)了集成、高效、普適的特點(diǎn)。在《海綿城市建設(shè)先進(jìn)適用技術(shù)與產(chǎn)品目錄》中，技術(shù)裝備產(chǎn)品被分為6大類：收集與滲透技術(shù)、調(diào)蓄技術(shù)、傳輸技術(shù)、截污凈化技術(shù)、黑臭水體治理技術(shù)、設(shè)計(jì)與管理技術(shù)。

總結(jié)第一、二批海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)裝備體系的構(gòu)建和裝備的合理化應(yīng)用主要有以下3個(gè)原則：①可靠性原則。目前的海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目運(yùn)營期大多較長，裝備的可靠性決定了項(xiàng)目后期運(yùn)營的困難程度和運(yùn)營成本，因此在裝備選擇方面，可靠性是首要考慮的問題。②項(xiàng)目的適應(yīng)性原則。海綿城市的試點(diǎn)項(xiàng)目涉及面廣、本底情況復(fù)雜、項(xiàng)目新舊不一，因此，如何因地制宜地合理選擇裝備，決定著項(xiàng)目落地后的效果。如針對(duì)城市內(nèi)河的治理，水體異位處理的用地情況和對(duì)居民的影響決定了水處理設(shè)備選擇的成功與否。③組合配置的靈活性原則。海綿城市建設(shè)過程中，眾多技術(shù)問題，如建筑屋面雨水的匯流、道路雨水的收集等，往往無成型成套的技術(shù)裝備與之對(duì)應(yīng)。如何合理地組合現(xiàn)有技術(shù)裝備，解決實(shí)際問題，決定著項(xiàng)目能否經(jīng)濟(jì)、有效、合理地落地。如針對(duì)老舊小區(qū)道路雨水問題，在部分地形允許的區(qū)域，可采用行車減速帶與路緣石下臥的方式代替原有破路建設(shè)線性截水溝的裝備選擇思路，可大幅度削減項(xiàng)目預(yù)算和后期運(yùn)維難度。

2.1 源頭減排

2.1.1源頭減排技術(shù)

在項(xiàng)目建設(shè)初期，通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)地塊進(jìn)行逐一調(diào)研，分析各地塊綠化條件、豎向高程和居民需求，確定地塊內(nèi)透水鋪裝、下凹式綠地、雨水花園、調(diào)蓄水池設(shè)計(jì)方案。通過合理布置，使項(xiàng)目內(nèi)各措施連接形成海綿系統(tǒng)，如屋面雨水就近接入下凹式綠地或雨水花園，道路雨水通過植草溝轉(zhuǎn)輸?shù)接晁▓@進(jìn)行消納，透水鋪裝坡向下凹式綠地等，以達(dá)到年徑流總量控制率目標(biāo)，削減徑流量和面源污染負(fù)荷。

2.1.2源頭減排裝備應(yīng)用

在源頭減排的技術(shù)裝備中，透水鋪裝的應(yīng)用最為廣泛。透水鋪裝屬于多孔介質(zhì)材料，按照面層材料不同，可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝。透水鋪裝適用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路。透水鋪裝施工方便，減少了雨水對(duì)硬化鋪裝的沖刷，促進(jìn)雨水入滲補(bǔ)充地下水，并具有一定的峰值流量削減和雨水凈化作用[19-22]。但透水鋪裝的凈化作用主要依靠其有效空隙，若無針對(duì)性的運(yùn)營維護(hù)方案，易發(fā)生堵塞并逐漸喪失透水性能。透水鋪裝的面層材料要求滲透系數(shù)大于1×10-4m/s，透水面磚的有效孔隙率不小于8%，透水混凝土的有效孔隙率不小于10%，透水面磚的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗磨強(qiáng)度等應(yīng)符合JC/T 945—2005《透水磚》中的相關(guān)規(guī)定。表1為常見透水鋪裝技術(shù)裝備情況。

透水鋪裝發(fā)生堵塞時(shí)，使用高壓水槍沖洗或負(fù)壓真空除塵設(shè)備難以將透水鋪裝面層和基層徹底清洗，若頻繁更換面層，運(yùn)營成本將大大提高。為解決這一問題，可將材料透水模式和結(jié)構(gòu)透水模式相結(jié)合，面磚采用倒梯形透水磚，底部設(shè)置溝槽導(dǎo)水，雨水排入收集設(shè)施統(tǒng)一調(diào)蓄利用。在面磚堵塞后，仍能通過面磚間縫隙進(jìn)行排水，增加地面雨水消納能力[24]。

類似于透水鋪裝在海綿城市建設(shè)實(shí)施階段起到的下滲[25]、凈化等功能，在海綿城市全壽命周期各階段中，裝備體系保證著技術(shù)體系的落地，是最終海綿效果實(shí)現(xiàn)的重要保證。在本底調(diào)研階段，SWMM模型可以在源頭上對(duì)區(qū)域進(jìn)行降雨規(guī)律模擬[26]；管線探測儀用于本底摸排地下管線位置、走向、埋深等探測；液位監(jiān)測儀用于水量監(jiān)測，在線SS/濁度監(jiān)測儀用于探究點(diǎn)面源污染情況。在建設(shè)實(shí)施階段，主要通過對(duì)項(xiàng)目范圍內(nèi)小區(qū)、公園、綠地等地塊的海綿改造實(shí)現(xiàn)面源污染控制。在建設(shè)過程中，雨水罐、蓄水模塊可用于源頭集水回用，溢流井、線性溝用于源頭雨水的溢流收集排放。在驗(yàn)收考核階段，則需要監(jiān)測設(shè)備對(duì)源頭減排效果進(jìn)行監(jiān)測評(píng)價(jià)。在運(yùn)營維護(hù)階段，要考慮建設(shè)實(shí)施階段的技術(shù)產(chǎn)品的性能維護(hù)，需要高壓水槍沖洗鋪裝內(nèi)部污漬和雜質(zhì)，用負(fù)壓真空除塵設(shè)備吸出雜質(zhì)，不同孔隙率的透水路面可以采用不同的噴水壓力以保證效果。表2為海綿城市源頭減排其他相關(guān)裝備情況。

表2 源頭減排其他相關(guān)裝備情況

2.1.3源頭減排主要裝備適用性對(duì)比分析

透水磚鋪裝作為源頭減排措施中應(yīng)用最廣泛的措施之一，其磚型選擇決定著源頭減排措施的最終效果。目前常用的透水磚類型主要包括：陶瓷透水磚、混凝土透水磚、砂基透水磚等。陶瓷透水磚主要以礦渣、陶瓷廢料、纖維等為原料，采用添加造孔劑法或顆粒堆積法，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，形成多孔透水結(jié)構(gòu)，具有高透水性、高孔隙率、高抗壓、裝飾效果好等特點(diǎn)[27]；但成本較高，吸水率低，易迅速達(dá)到飽和，進(jìn)而產(chǎn)生地表徑流[28]?；炷镣杆u則是以干硬性混凝土為主要原料，以水泥等膠粘材料采用二次布料成型技術(shù)，經(jīng)壓制而成的透水磚，具有透水性能好，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等特點(diǎn)；但由于其原材配比、成型工藝等無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，易出現(xiàn)破損、反堿等質(zhì)量問題而影響最終效果。砂基透水磚是以硅砂為骨料，以有機(jī)高分子膠凝材料為黏合劑，經(jīng)免燒成型工藝后制成的透水磚，透水性較好，且由于其孔隙較小，對(duì)雨水的凈化能力強(qiáng)[29]；但其抗壓、抗拉強(qiáng)度差，實(shí)際應(yīng)用過程中易出現(xiàn)破損。陶瓷透水磚、混凝土透水磚、砂基透水磚的性能[30]對(duì)比如下：①抗壓強(qiáng)度由大到?。禾沾赏杆u，混凝土透水磚，砂基透水磚；②抗拉強(qiáng)度由大到?。禾沾赏杆u，混凝土透水磚，砂基透水磚；③抗凍性由大到小：混凝土透水磚，砂基透水磚，陶瓷透水磚；④耐磨性由大到?。夯炷镣杆u，陶瓷透水磚，砂基透水磚；⑤透水系數(shù)由大到?。禾沾赏杆u，砂基透水磚，混凝土透水磚。

2.1.4源頭減排裝備應(yīng)用案例

以某小區(qū)海綿城市改造項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目占地約1.59 hm2，屬于已建成的住宅小區(qū)。項(xiàng)目整體地勢東高西低，高差約8 m，下墊面主要由建筑屋面、不透水路面和綠地構(gòu)成，面積分別為3 486 m2、5 587 m2、6 865 m2，本底綜合徑流系數(shù)為0.55。改造前排水系統(tǒng)較為完善，屋面雨水通過雨水立管接入雨水系統(tǒng)，但存在雨污混接現(xiàn)象；小區(qū)路面為水泥路面，人行道及嵌草磚停車位鋪裝破損嚴(yán)重。

項(xiàng)目源頭減排中技術(shù)裝備的應(yīng)用選擇主要包括以下幾個(gè)方面。本底調(diào)研階段，以管線探測/檢測設(shè)備輔以水質(zhì)水量檢測設(shè)備對(duì)地下管線的混接、破損、淤堵等情況進(jìn)行探查，明確雨污混接點(diǎn)8處，需清淤管段93 m；以SWMM模型模擬雨水產(chǎn)匯流情況，結(jié)合模型模擬結(jié)果，設(shè)置透水鋪裝2 156 m2，于場地低洼處設(shè)置下沉式綠地873 m2、雨水花園253 m2，于小區(qū)雨水系統(tǒng)末端設(shè)置調(diào)蓄池40 m3；由于項(xiàng)目地勢高差較大，降雨沖刷較大，初期雨水污染較嚴(yán)重，在調(diào)蓄池前的2座棄流井內(nèi)設(shè)置浮空調(diào)流閥針對(duì)初期雨水污染進(jìn)行棄流。建設(shè)實(shí)施階段，由于項(xiàng)目為老舊小區(qū)改造，為減少對(duì)居民生活的影響，加快施工進(jìn)度，溢流井、線性溝、雨水?dāng)嘟郁せ染x用成品裝備；對(duì)于部分收水困難、改造成本較大的路面，雨水采用“減速帶/線性溝+路緣石下臥+植草溝”的形式引入附近海綿設(shè)施。驗(yàn)收考核階段，以“液位監(jiān)測儀+流量監(jiān)測儀”的監(jiān)測設(shè)備組合設(shè)置于小區(qū)雨水管網(wǎng)末端，監(jiān)測項(xiàng)目建設(shè)效果。

2.2 過程控制

2.2.1過程控制技術(shù)

海綿城市建設(shè)除源頭減排外，還應(yīng)當(dāng)注重雨水及污水在產(chǎn)匯流過程中的控制。在雨污分流的前提下，初期棄流后的雨水進(jìn)入自然水體排放，污水及棄流雨水進(jìn)入污水處理廠。為保證直接進(jìn)入自然水體的雨水不被污染并且污水處理廠進(jìn)水濃度滿足設(shè)計(jì)要求，區(qū)域內(nèi)雨水管網(wǎng)、污水管網(wǎng)理論上要按照原設(shè)計(jì)理念運(yùn)行。然而在實(shí)際項(xiàng)目中，由于前期設(shè)計(jì)不合理、運(yùn)營不規(guī)范、管理不到位等多方面原因，老舊城區(qū)管網(wǎng)內(nèi)普遍存在破損、淤積、混接、雨季冒溢等問題。為了對(duì)排水管網(wǎng)對(duì)進(jìn)行必要的監(jiān)測、修復(fù)，首先對(duì)管道內(nèi)破損、淤積、混接部位進(jìn)行初步勘察，然后對(duì)管道缺陷部分進(jìn)行精確定位和缺陷程度測量。破損與淤積根據(jù)具體缺陷情況和現(xiàn)場施工條件，采取管道清淤、局部或整體非開挖修復(fù)、開挖修復(fù)等方式進(jìn)行修復(fù)。

在實(shí)際工程中，合流制管網(wǎng)存在溯源困難、無法通過工程措施改造管網(wǎng)、改造成本及社會(huì)影響較大等問題。針對(duì)此種類型的管網(wǎng)，首先通過對(duì)比污水處理廠處理能力與截流量大小關(guān)系，如果污水處理廠處理能力不足，則采用新建CSO調(diào)蓄池或者新建一體化處理設(shè)備等不同的就近消納的方式處理。

2.2.2過程控制裝備應(yīng)用總結(jié)

現(xiàn)場踏勘中，需要用管道潛望鏡QV設(shè)備進(jìn)行初步勘探，利用排水管道閉路電視檢測系統(tǒng)對(duì)管道的缺陷等級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)判定位[31]。在管網(wǎng)修復(fù)方面，傳統(tǒng)開挖更換管道的措施適用非主干道道路的修復(fù)。針對(duì)主干道道路、地下管線復(fù)雜道路、新建成道路等不適用于開挖修復(fù)的情況，采用非開挖修復(fù)技術(shù)以最低的影響對(duì)破損有缺陷的管道進(jìn)行修復(fù)。針對(duì)無法通過源頭減排控制的面源污染問題和管網(wǎng)完善后依然無法徹底消除雨污混流問題，在確認(rèn)污水處理廠消納能力足夠后，在管網(wǎng)末端修建截流井，阻止旱季污水排入河道。通過在截流井內(nèi)安裝浮控調(diào)流閥、魚腹式堰門等設(shè)備實(shí)現(xiàn)旱天污水進(jìn)入污水處理廠。當(dāng)消納能力不足時(shí)，針對(duì)雨天水量調(diào)節(jié)及水質(zhì)調(diào)節(jié)問題，則可采用CSO調(diào)蓄池的形式進(jìn)行處理，其中主要調(diào)蓄設(shè)備情況見表3。由于CSO調(diào)蓄池受占地、投資建設(shè)成本、建設(shè)周期等多方面的影響，也可以采用一體化水處理設(shè)備作為處理措施。截流井、調(diào)蓄池、一體化水處理設(shè)備均屬于末端治理的灰色設(shè)施，具有高集成、效果好的特點(diǎn)[32]。

表3 主要調(diào)蓄設(shè)備情況

2.2.3過程控制主要裝備適用性對(duì)比分析

管道狀況及問題的調(diào)查作為過程控制各類措施的先決條件，檢測設(shè)備的選擇合理性決定著過程控制措施的最終效果。管道檢測中主要應(yīng)用設(shè)備包括管道檢測設(shè)備和管道缺陷識(shí)別系統(tǒng)。

a.管道檢測設(shè)備。目前常用的管道檢測設(shè)備主要分為管道潛望鏡、閉路電視管道檢測設(shè)備、聲納管道檢測設(shè)備。管道潛望鏡是以長柄將高清攝像頭置于管道口，通過變焦和旋轉(zhuǎn)，從而確定管道內(nèi)缺陷情況，檢測快速、安全性高、圖像較清晰直觀，但無法檢測水下情況，且檢測距離較短，一般探查范圍在 50 m 以內(nèi)。閉路電視管道檢測設(shè)備是將管道機(jī)器人直接送入管道內(nèi)部，通過管道機(jī)器人附帶的攝像頭實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)缺陷情況的檢測，能夠直觀精確地了解管道內(nèi)部狀況，但其十分依賴管道清淤、封堵抽水等前置工作，作業(yè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。聲納管道檢測設(shè)備是通過聲納裝置向水下發(fā)射聲波并接收分析反射波，以判斷缺陷情況，但只用于有水作業(yè)，且其結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果只能作為參考，需有進(jìn)一步檢測確認(rèn)。具體項(xiàng)目檢測過程中，若項(xiàng)目范圍較大且檢測精度要求較低時(shí)，建議采用管道潛望鏡進(jìn)行檢測；若項(xiàng)目精度要求較高且以檢測結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行管道修復(fù)，建議采用閉路電視管道檢測設(shè)備進(jìn)行檢測；若無法封堵排水，建議采用聲納管道檢測設(shè)備；若項(xiàng)目情況較為復(fù)雜，建議以管道潛望鏡、聲納管道檢測設(shè)備等采取初步檢測，并根據(jù)對(duì)應(yīng)檢查結(jié)果采用閉路電視管道檢測設(shè)備進(jìn)一步精確檢測。

b.管道缺陷識(shí)別系統(tǒng)。目前常用的管道缺陷識(shí)別系統(tǒng)主要分為圖像采集系統(tǒng)和管道缺陷檢測算法。圖像采集系統(tǒng)主要是依靠管道檢測設(shè)備將檢測圖像傳輸至計(jì)算機(jī)。管道缺陷檢測算法根據(jù)檢測圖像，結(jié)合數(shù)字圖像處理、光學(xué)成像等相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管道檢測，識(shí)別效率較高且識(shí)別結(jié)果不依靠人員經(jīng)驗(yàn)，但所需成本較高。具體項(xiàng)目檢測過程中，若項(xiàng)目范圍較小，工作量較小，建議采用圖像采集系統(tǒng)收集圖像，并由相關(guān)工程師人工識(shí)別；若項(xiàng)目范圍較大，建議采用圖像采集系統(tǒng)結(jié)合管道缺陷檢測算法。

2.2.4過程控制裝備應(yīng)用案例

以海綿試點(diǎn)城市某試點(diǎn)片區(qū)為例，片區(qū)內(nèi)基本實(shí)現(xiàn)雨污分流排水體制，但是區(qū)域現(xiàn)狀用地以居住用地為主，河道兩岸社區(qū)和城中村集中，排水系統(tǒng)不完善，由于錯(cuò)接及管理不善導(dǎo)致部分雨水管道內(nèi)有大量污水混入，部分雨水匯入了污水管道。同時(shí)，片區(qū)內(nèi)上游農(nóng)貿(mào)市場區(qū)域存在1處污水直排口，中游存在4處雨污混流區(qū)域，對(duì)應(yīng)有4處雨污混接排口，各排口雖有截流措施，但截污設(shè)計(jì)不合理，點(diǎn)源污染、面源污染嚴(yán)重，大量污染物進(jìn)入河道，嚴(yán)重影響流域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量。

為給項(xiàng)目制定切實(shí)可行的實(shí)施方案，摸清流域內(nèi)管網(wǎng)主要存在的問題，需要通過監(jiān)測手段實(shí)施。針對(duì)雨污混接問題識(shí)別，首先項(xiàng)目中采用“液位監(jiān)測儀+流量監(jiān)測儀”的監(jiān)測設(shè)備組合進(jìn)行各排口及管網(wǎng)系統(tǒng)主干線的實(shí)時(shí)監(jiān)測。其次，需要進(jìn)一步深挖監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，以監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合QV管道潛望鏡，進(jìn)行混接區(qū)域的初步定位。完成定位后，通過閉路電視管道檢測機(jī)器人對(duì)管道缺陷進(jìn)行問題識(shí)別和精準(zhǔn)測量，并根據(jù)情況進(jìn)行整體或局部非開挖、開挖修復(fù)。通過以上技術(shù)設(shè)備，片區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)并解決了雨水管網(wǎng)中管道缺陷共計(jì)377處，其中雨污混接缺陷占比9.0%，管道結(jié)構(gòu)性缺陷占比62.1%，管道功能性缺陷占比28.9%；污水管網(wǎng)中管道缺陷共計(jì)104處，其中管道結(jié)構(gòu)性缺陷占比37.5%，管道功能性缺陷占比62.5%。

完成問題識(shí)別后，需要對(duì)不同類型的結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行評(píng)估。管道缺陷根據(jù)嚴(yán)重情況分為1～4級(jí)，其中1級(jí)缺陷為輕微缺陷，2級(jí)為中等缺陷，3級(jí)為嚴(yán)重缺陷，4級(jí)為重大缺陷。結(jié)合評(píng)估結(jié)果、影像資料及踏勘調(diào)查報(bào)告，再有針對(duì)性地對(duì)不同部位缺陷制定處理方案。

2.3 系統(tǒng)治理

2.3.1系統(tǒng)治理技術(shù)

系統(tǒng)治理中關(guān)于水環(huán)境方面，通過源頭減排與過程控制可以限制大部分外源污染物進(jìn)入流域水體，然而實(shí)際仍然存在海綿城市部分建設(shè)區(qū)域覆蓋不完全、設(shè)計(jì)方案考慮不周全等情況。需要從控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水提質(zhì)等不同技術(shù)措施出發(fā)，以問題為導(dǎo)向，提出綜合治理措施。

針對(duì)水安全方面，管網(wǎng)設(shè)計(jì)需要結(jié)合城市降雨特征，除考慮排水標(biāo)準(zhǔn)外，也要充分考慮防洪標(biāo)準(zhǔn)[33]，適當(dāng)提高管網(wǎng)過洪能力。針對(duì)雨季可能存在河道頂托、排水受限的區(qū)域，需要考慮采用設(shè)置排澇泵站的方式提高城市水安全級(jí)別。

2.3.2系統(tǒng)治理裝備應(yīng)用總結(jié)

針對(duì)水環(huán)境內(nèi)源治理，傳統(tǒng)的挖掘機(jī)和水力沖挖機(jī)組能夠徹底地將污染底泥清運(yùn)治理，但往往作業(yè)時(shí)間長，需預(yù)先排水，對(duì)施工周圍的環(huán)境影響較大；抓斗式、泵吸式或絞吸式吸泥船可直接進(jìn)行內(nèi)源治理作業(yè)，無須預(yù)排水，但作業(yè)時(shí)對(duì)作業(yè)水面有面積要求，出泥伴隨大量河水，需進(jìn)行進(jìn)一步處理，且清淤不徹底，只能去除部分內(nèi)源污染物；工程顆粒菌、鎖磷劑等針對(duì)性固定劑則可實(shí)現(xiàn)底泥的原位治理，無進(jìn)一步污泥處理問題，但治理范圍往往存在限制，且成本高，對(duì)環(huán)境可能存在二次污染。

針對(duì)活水提質(zhì)，由于國內(nèi)城市內(nèi)河多存在流動(dòng)性差、補(bǔ)水缺乏以及兩岸用地緊張的現(xiàn)狀，一體化泵站與一體化水處理設(shè)備的結(jié)合得到了廣泛的應(yīng)用。兩者聯(lián)動(dòng)后，于河道下游取水、經(jīng)一體化水處理設(shè)備凈化后，上游出水，不僅提升了水體質(zhì)量，還給河流補(bǔ)充了生態(tài)基流，提升了自凈能力。除此之外，根據(jù)不同的污染物去除種類，通過采用與之對(duì)應(yīng)的技術(shù)裝備均能在不同程度上為污染負(fù)荷的去除做出貢獻(xiàn)，各類污染物處理裝備情況[34]見表4。

表4 各類污染物處理裝備

針對(duì)水安全問題，一體化泵站在海綿城市建設(shè)的應(yīng)用過程中，充分體現(xiàn)出了技術(shù)集成設(shè)備的優(yōu)勢。工期影響方面，由于一體化泵站定制性強(qiáng)，生產(chǎn)制作周期是影響項(xiàng)目進(jìn)度的關(guān)鍵工期；工藝技術(shù)方面，需要對(duì)玻璃鋼筒體有限元分析計(jì)算及流體力學(xué)計(jì)算[35]；自動(dòng)化程度方面，為了實(shí)現(xiàn)在運(yùn)營期對(duì)泵站運(yùn)行情況的及時(shí)掌握和控制，需要與智慧管理平臺(tái)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的自控程度。

另外針對(duì)海綿城市建設(shè)中的水安全問題，根據(jù)技術(shù)體系與技術(shù)路線的不同，對(duì)應(yīng)的技術(shù)產(chǎn)品也不盡相同。表5為水安全技術(shù)裝備情況。

表5 水安全技術(shù)裝備情況

2.3.3系統(tǒng)治理裝備應(yīng)用案例

以海綿試點(diǎn)城市某城市內(nèi)河為例，該河道全長約4 000 m，春冬兩季流水較少，夏秋汛期水流較大。河道缺少清潔水源補(bǔ)給，水動(dòng)力條件極差，水體基本無流動(dòng)，水質(zhì)為劣Ⅴ類，水環(huán)境容量有限。

根據(jù)河道水質(zhì)現(xiàn)狀、底泥淤積情況，分析水體環(huán)境容量，結(jié)合受納水體需削減的污染負(fù)荷，單純的循環(huán)難以滿足規(guī)劃水質(zhì)，故選擇對(duì)河道水質(zhì)進(jìn)行處理。通過一體化泵站將下游河道水提升至超磁混凝系統(tǒng)中，通過投加磁種、混凝劑和助凝劑3種物質(zhì)，形成包含磁種的懸浮物(磁性絮團(tuán))，然后利用超磁分離機(jī)稀土永磁體產(chǎn)生的高強(qiáng)磁力實(shí)現(xiàn)磁性絮團(tuán)與水的快速分離，被吸附打撈出水體的磁性污泥進(jìn)入磁分離磁鼓，通過磁分離磁鼓的高速分散裝置進(jìn)行磁種與污泥的分離，磁種被回收循環(huán)利用，剩余污泥從磁鼓底部經(jīng)污泥泵加壓送入污泥脫水裝置進(jìn)行脫水，脫水后含水率80%的泥餅外運(yùn)處置[36-37]。

河道水體經(jīng)過超磁一體化處理設(shè)備后，削減SS、色度、CODCr、TP、有機(jī)污染物黑臭因子，明顯改善水質(zhì)；設(shè)備停留時(shí)間為6～8 min，設(shè)備整體占地面積小，該工程使用占地面積200 m2，在有限的占地空間下，解決現(xiàn)場用地緊張問題。該系統(tǒng)采用移動(dòng)式可拆卸方式構(gòu)造，現(xiàn)場施工安裝方便。

3 結(jié)論與展望

海綿改造中技術(shù)體系與裝備體系是密不可分的，技術(shù)體系需要依托于裝備體系來完成設(shè)計(jì)和效果落地，裝備體系需要以技術(shù)體系為指南進(jìn)行完善，并最終為技術(shù)體系服務(wù)[38]。本文從源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理3個(gè)方面系統(tǒng)介紹了技術(shù)裝備產(chǎn)品在海綿城市建設(shè)中的用途、優(yōu)勢，根據(jù)不同的需求、不同的階段，選擇不同的海綿城市技術(shù)裝備產(chǎn)品。著重介紹了透水鋪裝、CSO調(diào)蓄池、一體化水處理設(shè)備、一體化泵站等技術(shù)裝備產(chǎn)品在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用。這些技術(shù)裝備產(chǎn)品與海綿城市建設(shè)的結(jié)合為今后海綿城市建設(shè)發(fā)展提供了應(yīng)用案例和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

裝備體系對(duì)項(xiàng)目建設(shè)的優(yōu)化和難點(diǎn)攻克提供幫助。在海綿城市不斷發(fā)展和成熟的過程中，如何在紛繁復(fù)雜的技術(shù)產(chǎn)品中積極引入成熟的裝備設(shè)施，并在實(shí)施過程中主動(dòng)思考現(xiàn)有設(shè)備的不足，思考解決辦法和未來發(fā)展方向，有待在海綿城市建設(shè)過程中進(jìn)一步思考和總結(jié)。通過對(duì)第一、二批海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目的裝備應(yīng)用總結(jié)和分析，裝備體系的主要發(fā)展方向包含以下3個(gè)方面：

a.預(yù)制化趨勢。目前海綿城市的建設(shè)大多針對(duì)城市中的公園綠地、市政道路、建筑小區(qū)等，冗長的工程施工周期將嚴(yán)重限制城市的發(fā)展，影響居民日常生活。通過預(yù)制化的方式對(duì)現(xiàn)有海綿裝備進(jìn)行發(fā)展，將極大地實(shí)現(xiàn)海綿城市的“去工程化”，縮短建設(shè)周期，如一體化水處理站、一體化泵站的推廣應(yīng)用。

b.集成化趨勢。海綿城市現(xiàn)有的技術(shù)體系中，透水鋪裝、下沉式綠地、雨水花園等海綿技術(shù)措施大部分采用傳統(tǒng)工程方式進(jìn)行建設(shè)。但通過第一、二批海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，建設(shè)過程中存在市政道路施工時(shí)間限制、小區(qū)施工用地限制等大量實(shí)際困難阻礙著海綿城市項(xiàng)目的落地。通過集成化的方式對(duì)現(xiàn)有海綿裝備進(jìn)行精簡、綜合、升級(jí)，代替原有傳統(tǒng)工藝，可縮短施工工期，提高項(xiàng)目綠地利用率，克服現(xiàn)有項(xiàng)目限制，最終達(dá)到海綿效果。如以蓄水模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)調(diào)蓄池、雨水花園的下墊結(jié)構(gòu)層等實(shí)現(xiàn)蓄水功能。

c.運(yùn)維簡易化趨勢。隨著第一、二批海綿城市試點(diǎn)項(xiàng)目逐步進(jìn)入運(yùn)營期，眾多海綿裝備的維護(hù)成本高、維護(hù)效果差等問題逐漸暴露出來。如何使現(xiàn)有海綿設(shè)備更易于運(yùn)維，是海綿城市裝備設(shè)施發(fā)展的重要方向之一。如針對(duì)透水鋪裝的運(yùn)維問題，通過對(duì)磚型和鋪設(shè)方式的調(diào)整發(fā)展，合理地采用結(jié)構(gòu)縫隙透水輔助透水鋪裝實(shí)現(xiàn)海綿透水功能。