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城市排水:旧题新解
发布日期:2024/7/8 10:26:55
    7—8月,暑热与雨水交替,内涝防范警钟长鸣。引人关注的“海绵城市”综合治理中,如何做好城市排水管网规划,是最基础的一环。

    一座城市如何更好地排水?这道古老的命题,在全球各地,寻求着新的答案。

    近年来,随着极端降雨事件的频发,世界各地时有发生城市内涝现象,在部分国家和地区造成不同程度的财产损失甚至死亡事件。

    随着气候变暖的不断加剧,强降雨发生的概率还将进一步增加,且上升速率呈加速趋势;与此同时,城市现代化的建设导致地面硬化率逐年上升,高地表径流量减少了雨水通过土壤下渗的总量,也减少了土壤水分的蒸发量,对城市排水这一技术领域提出了新的要求。

    非工程措施

    破解“大都市排水困境”

    与许多历史悠久的大都市一样,美国纽约曾面临这样的“排水规划困境”。

    作为世界上最大的滨水城市之一,纽约拥有长达96.6公里的滨水岸线。然而,飓风、强降雨、热带风暴甚至极端高位潮水带来的水安全和水环境问题,使其具有一定的脆弱性,如拥有7.15万栋建筑和40万居民居住的洪泛区每年有1%的可能性会被淹没,以及降雨引发的地表径流污染和合流制溢流问题等。

    为此,城市建设过程中有计划地加强雨洪管理。例如在全市所有合流制管网的422个排放口处设置调节器,可拦截大部分污水和雨水并转移至下水道,升级污水处理厂以提高处理雨污合流污水的能力;2008—2010年向纽约市民推行雨水桶赠送计划,将存储的雨水用于浇灌草地和花坛;推出“绿色街道建设计划”——通过街边的滞留洼地和植草沟来滞蓄和净化雨水。

    然而,纽约在完善、升级排水系统过程中,对地上和地下空间进行大规模改造的难度极大,有限的空间、时间及地质土壤等本底条件都是制约因素,纷繁复杂的社会问题也阻碍了工程施工的推进。

    为了实现2030年雨污合流制区域不透水面积的改造目标,纽约市环保局选择工程措施和非工程措施“双管齐下”。

    针对解决纽约市地上空间被限制的问题,改造过程中多采用一些能够适应狭小空间的基础设施,如雨水桶、生态树池和绿色屋顶等,并通过将原土层更换为工程土壤和开级配碎石填料层,大幅改良本底土壤,帮助水更快渗透、排出。

    为了能够更好地适应地上和地下空间条件,纽约市环保局开发了一种全新的、对空间要求更低的绿色基础设施技术,并称其为“绿色条带”(GreenStrip)。它的主要特点是在道路到路缘石间设置一段坡度为10%的区域,以利于路面雨水快速流入绿色条带;路缘石进水口处设置6×12英寸的碎石带,以削弱进水对植被的冲刷;人行道与侧石之间的胀缝留出0.5英寸,保证温度变化后设施不发生胀裂;设施正下方的填料依次是工程土壤和碎石填料层,其压实后空隙率大于15%,确保设施骨架强度的同时达到良好的蓄水效果。

    在非工程措施中,有一项创新得到广泛好评。纽约市环保局为排水改造工程建立了一套基于互联网的施工地图,地图上可以显示市内每一项改造工程的具体位置、设计方案及工程进展情况,并每月进行更新。通过此地图,改造参与人员及公众对这项工程的认知度得到极大的提升,增强了城市内不同部门之间的协调默契度。更重要的是,市民可以根据此图选择最佳的出行路线,从而缓解城市的交通压力,让改造工程得到更多理解和支持。

    可持续排水报告

    有“一票否决权”

    不久前,英国泰晤士水务公司宣布,将资助20个防洪项目,通过建立“可持续城市排水系统”(sustainableurbandrainagesystems,SuDS),应对伦敦和泰晤士河谷地区洪水问题。

    由于气候变化,未来洪水灾害的发生将更加频繁,灾害程度可能更加严重。洪水对伦敦的最大威胁在于城市排水管网不堪重负。“可持续城市排水系统”通过减缓雨水流入下水道和被地面吸收的速度,以避免整个排水系统被淹没及失效。

    据悉,该项目将更换超过11公顷的不透水铺面(约为温莎城堡面积的两倍),以减缓地表水从道路和屋顶流入污水管网的流速并减少水量。该措施将有助于降低当地的洪水风险,还可以改善城市绿地空间、吸引野生动物栖息,并发挥道路安全的作用。

    在英国,所有新建和改造项目无论面积大小,都要遵守政府颁布的《可持续发展排水系统手册》。在项目开发前都要向政府有关部门提供这个项目的排水战略报告,若报告不被通过,项目就不能进一步开展,也就是“一票否决”。

    以一个开发项目作为“麻雀”解剖观察,可以了解到英国排水系统的具体设置理念和要求。历史上这个项目地块于1969年第一次被开发,最后一次开发这个项目地块是用于住宅建设和住宅停车场。现在要拆除这个地块并进行重新开发,新建办公楼和办公楼停车场。

    项目开发前,政府要求开发业主提交排水战略报告。报告中第一部分就是作区域分析,分析开发前后地块内地面径流系数的变化即地面透水性的变化。

    根据勘测资料和开发规划,开发前透水面积10184平方米,不透水面积8136平方米;开发后透水面积7768平方米,不透水面积10552平方米;开发后不透水面积增加2416平方米。

    报告第二部分是最大径流量评估,项目开发后的径流量不能大于开发前的径流量,最大径流量评估还要校核因气候变化造成的径流量增加量。

    第三部分是计算由于不透水面积的增加造成的排水流量的增加量。根据计算,开发前这个项目的不透水区域排水量为164.8立方米,开发后这个数字为276.8立方米。从计算结果可知,开发后这个项目地域范围内的不透水区域排水量比开发前多112立方米。

    这个项目开发后的排水量比开发前大,不符合《可持续发展排水系统手册》的要求,因此必须调整原有规划设计方案,采取技术措施减少开发后的排水量,如采用渗透塘、蓄水池、调节塘、调节池等设施。

    让城市公园

    成为绿色基础设施

    与许多国家不一样的是,德国将排水管理的重点放在雨水收集和利用上。其中,遍布城市的一座座公园,成为“绿色基础设施”,减少和控制了暴雨时的雨水径流,为整座城市的排水系统减轻压力。

    城市公园中土地较完整的自然结构及较强的可塑性,为雨水收集提供了良好的场地。同时,不同的雨水收集措施也提供了创造出不同景观的可能性。

    城市公园雨水收集的景观要素之一是地表明沟,它是设计有步道或露台的浅水水渠。公园内的雨水大多会经此流过草地、植被、道路、停车场等区域,然后进入排水设施中。

    德国公园中的地表明沟形式多样,充分将排水设施与公园的景观结合到了一起,起到了减缓洪峰与丰富景观内容的双重效果。例如,德国北星公园的北星广场将地表明沟作为主要景观要素,丰富的地表明沟形式将整个广场串联了起来。其中,入口处的明沟景观是整个广场的“高光部分”——1.8米高的旋转阶梯叠水墙连接着16米长的明沟排水系统,最终通入地下管道,而其中又有3条连接涌泉且造型各异的明沟景观。

    在城市公园中,透水铺装可以减弱径流、过滤雨水、促进雨水下渗,有利于自然界中的水循环。其主要工作方式是下雨天由于透水砖与垫层间留有大量的空隙,雨水会逐层下渗,顺着空隙直接进入土壤,不能渗透的则可设立人工储水池储存。

    天气炎热时,地下水则会逆向渗透补给到空气中,增加空气湿度,也可将其储存在储水池中的雨水回灌利用。

    20世纪60年代,德国首次尝试大孔隙透水性沥青路面;到了80年代,德国开始重视地面透水设计;21世纪以来,德国已做到全国城市大部分路面为透水路面。2014年,德国克罗斯特曼公司研发出最新型的生态透水地砖,可以直接阻断有害物质进一步渗透,且不影响水分蒸发。

    如今游客如织的德国千石公园,便是以这生态透水砖为主要景观要素的雨水收集公园。

    德国斯图加特绿缝公园是连接山上公园与周围居住区的过渡空间。公园内,地表明沟随着高低起伏的地势而建,将周围小区的屋面雨水与地表雨水收集于此,最终排到北面的雨水调蓄池中。

    值得一提的是,绿缝公园中有两套水循环管理系统:一是在下雨的时候,屋面的雨水流经“雨水管—绿缝公园喷泉泉眼—小溪—人工调蓄池”的路径,进入调蓄池中后被自然植物净化。当雨水超出了调蓄池的容量后,会经过3个泄水口流入净水池进行净化,净化后的水会用于整个园区的灌溉。

    二是当不下雨时,地下蓄水池的水会排入净水池中,然后通过人工抽水设施抽至绿缝公园小溪上游的泉眼,最后再到小溪和调蓄池中。在这里,调蓄池是地面径流的终端,同时也是园内令人赏心悦目的美景。


来源:解放日报

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