海綿城市改造示范區(qū)老舊城區(qū)雨水末端治理工程實(shí)例

文_吳寅 郭榮華 曹利勇

1 武漢華德環(huán)保工程技術(shù)有限公司 2 武漢武鋼綠色城市技術(shù)發(fā)展有限公司

海綿城市建設(shè)主要解決水安全、水環(huán)境、水資源問題，以“滲、滯、蓄”解決城市內(nèi)澇問題，以“凈”解決點(diǎn)、面源污染帶來的環(huán)境問題，以“用”緩解水資源緊張問題。海綿城市建設(shè)遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，提高雨水資源化水平，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

老舊小區(qū)是城市建成區(qū)的重要組成部分，同時(shí)也是內(nèi)澇重發(fā)區(qū)。我國老舊城區(qū)普遍存在建筑密度大、硬化占比高、道路狹窄、綠地少、地下管線復(fù)雜、居民活動(dòng)空間小、車位緊張等問題，且不同年齡段居民實(shí)際需求不一。這些問題導(dǎo)致了分散式LID設(shè)施難以實(shí)施，特別是下沉式綠地、雨水花園等LID設(shè)施基本無實(shí)施條件。因此，在老舊城區(qū)海綿改造過程中，單靠分散式LID設(shè)施難以達(dá)到降雨徑流、TSS（總懸浮物）的控制效果。故充分利用公共用地，挖掘其消納片區(qū)內(nèi)其它改造區(qū)域的客水功能，實(shí)施末端治理對(duì)片區(qū)整體海綿改造具有重要意義。

1 工程概況

某海綿城市建設(shè)示范片區(qū)約3.84km3，南干渠游園為該片區(qū)內(nèi)唯一的綠地公園。南干渠游園呈帶狀，基本上呈東西貫穿片區(qū)，整個(gè)游園占地面積為25.1公頃，綠地面積21.36公頃，園區(qū)內(nèi)綠地率77.51%。但除游園外的其它地塊屬上世紀(jì)五十年代某鋼廠建廠發(fā)展期間配套生活區(qū)，屬于典型的老舊城區(qū)。

1.1 水安全現(xiàn)狀

在50年一遇降雨條件下（小時(shí)降雨量91.6mm，日降雨量303mm），示范片區(qū)內(nèi)共計(jì)有8處漬水深度達(dá)到40cm的漬水點(diǎn)。

漬水主要原因：硬化面積大，片區(qū)建筑密度較大，道路路網(wǎng)密集，綜合徑流系數(shù)較大，導(dǎo)致峰值流量大，片區(qū)內(nèi)下墊面分析如表1；管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，片區(qū)內(nèi)管網(wǎng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期如表2。局部地勢(shì)低洼，場(chǎng)地二次開發(fā)建設(shè)時(shí)填高、地下空間的建設(shè)增多，導(dǎo)致老舊地塊地勢(shì)相對(duì)變低。

表1 片區(qū)現(xiàn)狀下墊面分析

表2 片區(qū)現(xiàn)狀管網(wǎng)能力評(píng)估

1.2 水環(huán)境現(xiàn)狀

片區(qū)全部位于港西系統(tǒng)，港西系統(tǒng)區(qū)域?qū)儆谂f城區(qū)，區(qū)域主要以建成區(qū)為主，排水體制為分流制，區(qū)域無大型水系，區(qū)域雨水由雨水管網(wǎng)收集匯流進(jìn)入港西泵站，自排或抽排出江。片區(qū)內(nèi)雨污混錯(cuò)形成的點(diǎn)源污染以及面源污染都經(jīng)港西泵站匯入長(zhǎng)江。

片區(qū)內(nèi)水環(huán)境主要存在以下問題：管道老化，維護(hù)不到位；污水收集系統(tǒng)不完善，片區(qū)內(nèi)存在雨污混接及少量位置無污水支管覆蓋問題；城市不透水地表，包括屋面、道路、停車場(chǎng)、庭院等，是城市降雨徑流污染的主要來源之一。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

針對(duì)片區(qū)的排水分區(qū)、豎向特征、功能特征、問題特征、建設(shè)條件等因素及建設(shè)目標(biāo)，通過建立雨水?dāng)?shù)據(jù)模型，以模型數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)建設(shè)方案的制定。高密度老城區(qū)徑流控制不能單靠綠色設(shè)施進(jìn)行源頭控制，也需要地下調(diào)蓄設(shè)施進(jìn)行末端治理。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路為“灰綠結(jié)合”、“上下搭配”。片區(qū)海綿改造設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

圖1 片區(qū)海綿改造設(shè)計(jì)思路（CSO：合流污水溢流）

源頭建設(shè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)削減雨水徑流外排量、降低市政管網(wǎng)排水負(fù)荷等控制目標(biāo)；在區(qū)域排水通道上，新建大型排水箱涵，增大市政管網(wǎng)排水能力；最后通過在系統(tǒng)末端，增加雨水處理工程，提升雨水調(diào)蓄量、提高TSS削減率。

2.2 末端處理方案

2.2.1 工藝流程

傳輸層的任務(wù)是把各類感知設(shè)備連接起來，并將采集的信息上傳到數(shù)據(jù)中心。傳輸可以采用無線或者有線的方式，比如 GPRS、4G、WIFI、光纖等。健全的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系是信息系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障，Web防火墻、堡壘機(jī)等設(shè)備的投入，可以從一定程度上提升網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力。

雨水末端治理系統(tǒng)項(xiàng)目位于南干渠游園內(nèi)一隅，在工業(yè)二路至工業(yè)三路之間，與隨州街交接處。該項(xiàng)目在現(xiàn)有公園基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，總用地面積13923.4m2，其中綠化面積10530m2，水域面積199.8m2，鋪裝面積1451m2。

雨水末端治理系統(tǒng)屬于非在線處理系統(tǒng)，經(jīng)過軟件模擬，其匯水范圍為96公頃。系統(tǒng)主要以其匯水范圍內(nèi)的年徑流總量控制率70%、TSS削減率50%、消除漬水點(diǎn)為目標(biāo)。通過調(diào)蓄、凈化兩種措施來實(shí)現(xiàn)，包括調(diào)蓄池、沉砂池、斜板沉淀槽、生態(tài)濾池、消毒槽。工藝流程如圖2所示。

圖2 雨水末端處理工藝流程圖

在荊州街排水主箱涵內(nèi)設(shè)置提升泵，將荊州街箱涵的雨水徑流（含合流制溢流）提升至調(diào)蓄池，泵將雨水送進(jìn)沉砂池進(jìn)行沉砂，再經(jīng)斜板沉淀槽，去除部分TSS，斜板沉淀槽的水溢流進(jìn)入生物處理單元，利用介質(zhì)和植物進(jìn)行TSS的快濾與部分營(yíng)養(yǎng)物的降解去除，達(dá)到水質(zhì)要求。考慮到處理后的雨水將進(jìn)入景觀水池，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，在進(jìn)入水池前，凈化后的徑流需經(jīng)過消毒槽，進(jìn)行氯的消毒，最后排入景觀水池。

在旱季時(shí)，末端治理系統(tǒng)可以和景觀水池做自循環(huán)凈化處理，以循環(huán)管將景觀水池的水體導(dǎo)入地下調(diào)蓄池并提升至斜板沉淀池和生態(tài)濾池進(jìn)行處理，確保景觀水池水體符合城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)(GB/T18921-2002)的相關(guān)要求。

2.2.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）荊州街箱涵

（2）調(diào)蓄池

調(diào)蓄池設(shè)置在游園內(nèi)，全地下結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)尺寸為24m×30m，有效水深3m。調(diào)蓄池設(shè)有30mm和5mm機(jī)械格柵各1套，防堵塞潛水泵2臺(tái)，1用1備，水泵流量為270 m3/h，自沖洗設(shè)施1套，池底設(shè)1%的坡度，坡向集泥坑，在集泥坑設(shè)200mm的真空吸泥管，用以運(yùn)行期間排泥，淤泥送至落步咀污水廠進(jìn)行集中處理。

調(diào)蓄池上部為輔助用房，包含消毒間、格柵間、配電室、控制室等。

（3）沉砂池

沉砂池、斜板沉淀池、生態(tài)濾池合建。采用平流沉砂池形式，停留時(shí)間為12min，極限停留時(shí)間6min，與斜板沉淀池合用排泥泵，泵流量10m3/h，污泥回排至調(diào)蓄池。

（4）斜板沉淀槽

斜板沉淀池，表面負(fù)荷為9m/h，極限表面負(fù)荷為18m/h，斜板傾角60°。

（5）生態(tài)濾池

生態(tài)濾池表面積為440m2，結(jié)合景觀設(shè)計(jì)成異形結(jié)構(gòu)，濾速為0.61m/h，極限濾速為1.22m/h。濾池自上向下依次為植被、600mm厚介質(zhì)土層、75mm細(xì)碎礫石層、550mm礫石層、素土層，礫石層內(nèi)設(shè)有滲管，滲管上設(shè)有45°三通清洗口。介質(zhì)土由腐殖土、椰糠、火山砂、砂組成，介質(zhì)土透水性為150～250cm/h，TSS及TP（總磷）削減率為80%。

（6）消毒槽

采用二氧化氯對(duì)處理后的雨水進(jìn)行消毒。

3 建設(shè)成效

通過軟件模型分析，末端系統(tǒng)可控制片區(qū)內(nèi)4.6%的年徑流總量控制率和6.98%的面源污染（以TSS計(jì)），詳見表3。

表3 片區(qū)海綿改造成效分析表

對(duì)于24h降雨量303mm的50年一遇特大暴雨，新建源頭、過程、末端項(xiàng)目對(duì)于徑流峰值控制中的效能分析如圖3所示。從圖3可知，片區(qū)海綿改造完成后，對(duì)于徑流峰值的削減與滯后，有非常顯著的作用。徑流峰值從約14m3/s，降至不到2m3/s；峰值出現(xiàn)時(shí)刻約推遲1h。

圖3 50年一遇徑流峰值控制圖

4 結(jié)語

利用既有公園用地，以有限的場(chǎng)地和集中式雨水調(diào)蓄凈化措施可有效改善城市特別是老城區(qū)的漬水問題、水體污染問題。

在游園綠地內(nèi)開展海綿城市改造，施工影響相對(duì)較小、協(xié)調(diào)工作相對(duì)簡(jiǎn)單。而傳統(tǒng)的建設(shè)模式需要在市政道路上建設(shè)大管徑，一方面需要龐大的管線遷改工作，另一方面也對(duì)道路交通造成十分嚴(yán)重的影響。

通過末端處理設(shè)施將雨水收集及處理后，可回用與景觀用水。實(shí)現(xiàn)區(qū)域雨水資源化利用及場(chǎng)地內(nèi)雨水循環(huán)使用。