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海綿城市建設中若干問題探討
瀏覽: 發布日期:2018-09-08
海綿城市建設已經如火如荼地開展4年多了,整個行業也從最初的一片迷茫進化到對海綿內涵基本理解的階段,有些問題仍然非常嚴重,在某種程度上甚至制約和阻礙了海綿城市建設的進一步全面推進。
 
 
1 海綿城市是工程還是理念?
 
國務院辦公廳《關于推進海綿城市建設的指導意見》中明確指出:“海綿城市是指通過加強城市規劃建設管理,充分發揮建筑、道路和綠地、水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用,有效控制雨水徑流,實現自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發展方式。”因此,海綿城市是一種理念,不是某種工程類別,也就不存在什么海綿項目的說法,我們要做的是在任何一個工程項目中落實海綿理念。
 
2 海綿理念的內涵和外延是什么?
 
關于這個問題,目前尚存爭議。
 
城市發展從水的角度可以分為6個階段:
 
(1)供水城市:解決喝水問題。
 
(2)污水管理城市:解決污水排放問題。
 
(3)排水管理城市:解決雨水排放問題。
 
(4)水道塑造城市:類似海綿城市中的河道生態駁岸改造。
 
(5)水循環城市:恢復城市水的良性社會循環。
 
(6)水敏感城市:把水融入城市生活。
 
發達國家已經基本解決了前4個問題(罕見暴雨時發生內澇不能作為城市排水系統存在問題的標志),水循環城市和水敏感城市建設也得到了越來越多的重視。而我國還處于發展中國家階段,甚至在上海這樣的國際化大都市,仍然存在飲用水安全問題(復旦大學研究報告:華東地區近60%的兒童尿液中含畜禽類抗生素),因此我國的海綿城市評價和考核包含管網漏損控制和飲用水安全等指標有一定的意義。但是由于這些指標和雨水管理關系不大而引起的一些爭議,也確實對海綿城市的推進產生了負面影響。海綿城市內涵應聚焦全過程的雨水管理(排水防澇可納入海綿城市中),其核心目標是解決由于降雨帶來的水質和水量問題,給水和污水系統存在的問題可作為海綿城市理念的外延而存在。
 
3 哪個專業是海綿城市建設的主專業?
 
海綿城市建設需要多專業配合,但配合也還是要有個主專業(例如:建筑設計中建筑專業就是主專業,結構、水、暖、電等專業就是配合專業),因此這個問題有必要講清楚。
 
前面已經說過,海綿城市是一種理念,需要各個專業在具體項目中落實,因此大部分情況下,落實海綿理念并不會導致項目主導權發生改變,而是需要各專業對海綿的一些關鍵知識有所了解。例如:對于道路工程落實海綿,主專業應該是道路專業,因為最關鍵的是道路線型、橫斷面布置以及道路橫縱坡度等,至于道路上的一些低影響開發設施設計(綠地下凹深度、路沿石開口間距和寬度、穿孔管開孔率計算等),都屬于非常細部的東西,并不會影響大局,至少不會影響到項目投標成敗。對于建筑與小區項目,主專業應該是建筑或規劃專業(景觀專業在美國設計行業地位特殊,因此我們也能看到很多景觀專業主導的涉水設計獲得各種獎項),他們決定小區的總平面布置,而總平面布置恰恰決定了一個項目是否能很好地落實海綿理念,一個項目如果在總平圖布置階段沒有認真考慮海綿,它落實海綿理念難度和改造項目落實海綿理念相差無幾。
 
4 年徑流總量控制率到底是什么?
 
年徑流總量控制率屬于小雨水文學(small storm hydrology)中的概念,美國艾奧瓦州《StormwaterManagement Manual》有這么一段話:“水質控制設計更多聚焦于年徑流總量而非峰值暴雨事件。通常,較小的暴雨事件產生了一年大部分的降雨和徑流量。水質控制容積(WQv)是去除大部分雨水徑流污染所需要處理的容積,定義為去除80%場地開發后年總懸浮固體(TSS),通過截留和處理(intercepting and treating)全部降雨徑流的一定比例(90%)來實現。”這段話中的90%就是年徑流總量控制率,可見該指標是水質指標,而非水量指標??刂埔辉~的含義是截留和處理,截留是手段,處理是目的。
 
《海綿城市建設技術指南》附錄2“年徑流總量控制率與設計降雨量之間的關系”給出了中國的年徑流總量控制率計算方法,它考慮到中國沒有場降雨量的統計數據,而改用日降雨量,某種程度上掩蓋了該指標和面源污染控制之間的關系。如果設計師把附錄2中的日降雨量理解成場降雨量,相信一定能理解為什么這個指標是面源污染控制指標。
 
5 年徑流總量控制率和雨量徑流系數有沒有關系?
 
很多的規劃文本和學術論文(有些已經發表,有些被拒稿)都認為,現狀年徑流總量控制率等于1減去綜合雨量徑流系數,規劃后的年徑流總量控制率應該等于規劃前(也就是現狀年徑流總量控制率),這屬于完全沒有理解概念。美國LEED手冊規定年徑流總量控制率為90%(對應25.4mm降雨量),難道這意味著美國開發前的場地綜合雨量徑流系數是0.1?難道控制25.4mm降雨就能把徑流系數削減到0.1?
 
有同行一直追問,如果和雨量徑流系數無關,那年徑流總量控制率到底怎么定出來的,為什么我們這定75%,不是70%或者80%?我的回答是:有些設計標準是沒有道理可言的,例如你們那的雨水管道設計標準是3年一遇,為什么不是2年一遇或者5年一遇?實際上,年徑流總量控制率70%、75%和80%區別并不大,沒必要死摳,真正需要死摳的是到底有多少不透水面積被斷接了。
 
6 年徑流總量控制指標能不能分解?
 
這個問題和容積法適用范圍是同一個問題。容積法采用蓄水容積目標來代替水質目標,有一定缺陷,但簡化了設計,因此在世界范圍內得到了廣泛使用。但必須要注意的是,容積法應在某個具體的LID設施設計時使用,不宜應用到多個獨立的LID設施,嚴禁應用到總規和控規尺度。舉例如下:
 
某小區總面積50000m2,內有兩個生物滯留設施,面積分別為200 m2和300 m2,其匯水面積分別為1000 m2和3000 m2(含生物滯留設施自身面積)。假如當地年徑流總量控制率對應的降雨量為25mm,綜合雨量徑流系數為0.6,不考慮降雨過程中的土壤下滲能力。正確的設計是:兩個生物滯留設施的蓄水容積分別為15m3和45 m3,折算成下凹深度分別為7.5cm和15cm。如果按照當前的一些錯誤做法,生物滯留設施的總蓄水量應該達到750 m3,這會導致生物滯留設施過深,積水不能及時排空,帶來一系列惡果。
 
某網友看到案例后,受到了“啟發”,留言說:“剩下的690 m3是不是就在其它地塊解決?”這種理解就是把容積法應用到總規和控規尺度的思維。只要理解年徑流總量控制率是面源污染控制指標后,就能明白:你在其它地塊蓄水690 m3,也不能解決本地塊剩下的46000 m2匯水區的面源污染啊!
 
7 LID設施匯水區劃分問題?
 
相當多LID設計中設施匯水區都是以管道為依據劃分(到目前為止,我只見到過1個項目不是這樣的,有且只有1個),再輔以容積法進行計算,很輕松就能實現整個地塊滿足年徑流總量控制率要求(有些靠調蓄池來滿足折算后的蓄水量要求),也使得LID設計看起來不需要總平圖和豎向專業配合。毫無疑問,這種做法是錯誤的!
 
說句心里話,這個問題都不知道怎么解釋!你設計什么設施就應該以什么設施為依據劃分匯水區,這難道不應該是基本的水文學常識嗎?
 
現階段由于地形圖精度或豎向設計深度不夠,很多時候還無法做到能較為準確地繪制LID設施匯水區,這就需要設計師花費更多的精力,例如:改造項目要到現場細致的觀察地形,新建項目要經常在施工現場指導施工。(有同行表示,如果這樣做的話,設計費和時間投入不成比例,這個只能呼吁增加設計費了!)
 
只有以LID設施為依據劃分匯水區,才能認識到海綿設計的困難到底在哪里,絕對不是什么總蓄水量達標的問題,而是總平圖和豎向的問題。這也就是前面為什么說建筑或規劃專業是主專業的原因。
 
8 綠地用地需不需要上設施?
 
低影響開發設計的關鍵在于理解“斷接”的含義,簡單說,“斷接”就是不能讓來自不透水面(屋面、路面等)的雨水直接進入管道和河道,而是要先經過透水面截留和處理,再排入管道和河道,也就是雨水不能“直接”外排。因此,綠地上的雨水可以不需要LID設施處理。
 
9 徑流污染去除率如何核算可以達標?可不可以按面積加權?
 
年徑流總量控制率本身就是污染控制指標,再考核什么污染去除率純屬多此一舉。只要LID設施設計合理,就可以認為達到了污染去除目標,至于到底能去除多少,這個作為一個學術研究可以,作為工程設計目標實在難以講清楚。
 
10現在做的海綿設計感覺都是LID,其他方面,比如內澇這些如何考慮呢?
 
LID只是海綿的源頭部分,因為是個新東西,所以感覺海綿好像只有LID。內澇問題解決主要還是要靠城市河網水系和雨水管道系統,這些工作屬于防洪排澇和排水防澇的內容,需要慢慢納入海綿城市建設范疇內。
 
本人曾經寫過一篇《徑流峰值控制目標的量化研究》論文,就是為了解決現在的LID設計只做水質而不做水量控制的問題,已經被某些地方寫入地方規范了,可以從源頭解決水量控制問題,進而緩解內澇。
 
11 滲透管開孔率怎么計算,按照1天滲透時間可否恰當?
 
開孔率計算有公式,后面我會專門寫一篇文章講這個問題。至于滲透時間,目前國家只規定了上限2d,我個人認為設計要用下限(例如6h),當滲透時間超過上限時(2d),意味著設施需要進行維護了。
 
12 LID蓄水能力之外的控制容積用調蓄池加水處理設施是否可行?
 
我們國家的海綿城市理念是包括灰色基礎設施在內的,理論上可以采用調蓄池加水處理設施處理初期雨水污染。但是考慮到我國現狀(很多小區物業費都收不上來),在小區內建設調蓄池和處理設施,恐怕運行維護會是個大問題。
 
13 地下室滿鋪的小區能否進行海綿城市建設?
 
這個問題的言外之意是小區下面有地下室,雨水無法下滲,所以沒法做海綿。其實,只要理解年徑流總量控制率是面源污染控制指標,就能理解任何項目都能做海綿,只是指標高低和建設成本問題。地下室頂板上面的土壤和綠地完全可以實現雨水徑流的斷接。
 
14 徑流系數到底是怎么回事?
 
徑流系數分為雨量徑流系數和流量徑流系數,《海綿城市建設技術指南》中容積法采用的是雨量徑流系數,《室外排水設計規范》采用的是流量徑流系數。徑流系數和很多因素有關,精確計算幾乎是一個無法完成的任務,但是基本可以肯定的是,降雨量越大,徑流系數越大。
 
容積法采用的雨量徑流系數肯定要比排水防澇設計采用的雨量徑流系數要大,這是因為對應的設計標準不同。對于LID設計而言,年徑流總量控制率是一個簡化的設計指標,容積法也是一個經過簡化的計算方法,深究雨量徑流系數到底取多大合適其實對設計意義不大。但是,關于水面的徑流系數是多少,卻是一個有意思的問題。
 
有人問:“水面的徑流系數是1,那么是不是水面越少,徑流系數越小了?”水面徑流系數取1,這是國際通行的做法,但是在計算綜合徑流系數時,絕對不能把把水面一起加權,水面應該作為調蓄設施進行調蓄計算,有關調蓄計算的問題請參考《徑流峰值控制目標的量化研究》一文。
 
15 海綿城市設計怎么考核是否達標,是否要用模型軟件進行模擬?
 
用模型軟件進行年徑流總量控制率模擬可以說是這幾年學術論文熱點,也是概念錯誤的重災區,目前已經在向工程設計領域蔓延。
 
如果只是年徑流總量控制率指標,完全不需要用軟件模擬,甚至可以說,軟件無法模擬。只要把容積法用到單個LID設施,設計一定正確。
 
如果是計算LID設施對徑流峰值的削減效果,那就必須要用模型軟件。目前常見的模型軟件中,只有SUSTAIN能實現所有情況的模擬。(其他軟件無法實現管道重新流回集水區的模擬)
 
我迫切希望國內能多研究下單個集水區情況下的LID設施模擬,搞清楚這里面的細節,再去研究LID設施對大尺度規劃的徑流削峰效果。舉個簡單例子:EPASWMM里,集水區內嵌LID設施時,其平面布置有4種情況,這幾種方法有何區別,對模型模擬結果有何不同了?
 
雖然國家推出海綿城市建設確實稍顯倉促,行業對此也確實技術儲備不足。
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