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給水排水 |案例:老城區海綿城市怎么做?
來源:www.zuse4.cn 發布時間:2023年11月30日

導 讀



武漢青山海綿城市建設試點區以“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市理念為基礎,從流域統籌角度構建蓄排平衡的大海綿體系,從源頭減量角度踐行灰綠結合的小海綿體系,提高了試點區排水防澇水平,有效改善了老城區基礎設施短板明顯、人居環境較差的問題。



01  青山試點區概況



1.1 建設現狀



青山試點區位于武昌地區東北部,北臨長江、南靠東湖,東至武鋼工業區,面積約23 km2,是武鋼產業工人的主要居住區,建成區占比80%以上,舊城舊廠占到了50%以上。區內存在12處嚴重內澇積水點,3條黑臭水體,人居環境品質整體較差。



1.2 排水系統



試點區根據排水出路,可分為兩個流域,西側區域內無大型水域,雨水直接向北通過港西泵站排至長江;東側屬于東沙湖系統,雨水通過東湖港等幾條河道向南排放至東湖、沙湖內調蓄,后再通過新生路等3座泵站排至長江。試點區內的雨水排放模式基本代表了武漢市的整體情況。



圖1  試點區所處流域情況



02  內澇成因分析



2.1  汛期懸河,外洪內澇疊加



濱江平原的特點導致武漢在內澇防治方面有著先天的不足,堤防是武漢城市安全的必須基礎設施,但圍合的堤防也將地勢低洼平坦的武漢包圍成了缺少出路的盆地。以青山試點區為例,約85%區域地面高程在20.00~25.00 m,低于多年平均洪水位高程25.5m,遠低于2016年28.36m洪水位,汛期長江對于武漢已成懸河,外洪嚴重限制了城市內部雨水的排出。


2.2  湖泊受限,調蓄能力欠缺



武漢歷史上“湖面變魚塘,魚塘變藕塘,藕塘變樓房”的情況突出,導致大量湖泊消失,調蓄功能喪失。馬建威等研究就發現,1996—2010年間,中心城區范圍內水域面積減少了36%左右。青山試點區所處流域內東湖、沙湖、楊春湖等湖泊歷史上也存在不同程度的侵占情況。同時,作為武漢重要的名片,東沙湖等湖泊的景觀功能也十分重要,調蓄功能也受到不同程度限制。


一是作為典型的淺水位湖泊,雖然水域面積大,但平均水深僅為2.18 m,調蓄水位變化幅度有限,如2017年東沙湖流域為騰出2 385萬m3調蓄庫容導致了嚴重的沿岸湖底裸 露,景觀游船擱淺情況。


二是淺水位湖泊水質易受擾動,為減少管網混錯接、初期雨水等污染影響,雨水的排放也一定程度受限,部分雨水排口封閉。


2.3  泵站不足,抽排能力短缺



試點建設前,青山試點區內 港西系統依靠23.8 m3/s的港西泵站將雨水排放至長江,泵站僅能應對管網重現期約一年一遇水平的降雨;試點區內東沙湖系統依靠試點區外流域內羅家路等泵站,總規模142 m3/s,對于整個流域,抽排能力僅相當于70 mm/d的水平,這也是2016年武昌地區長時間積水的原因,總降雨量超過500 mm,遠超湖泊調蓄能力和泵站抽排水平,湖泊水位長時間無法降低。



2.4  主干不暢,過流短板明顯



根據對現狀管網系統的評估,試點區主干管網能力普遍不足,83.8%的現狀管道能力不足3年一遇,尤其是接入港西泵站的主干箱涵沿線是主要的內澇積水風險區域。


東沙湖系統中由于管網臨近河渠,匯水面積小,重現期達標比例較高,但由于東湖作為長江的伴生湖泊,與長江的雙向聯通特征顯著,導致試點區內河渠整體平緩,河渠整體過流能力不足,評估顯示,在50年一遇24 h降雨條件下,局部渠段存在水位超過河堤情況。

2.5  局部低洼,硬化面積增大



由于區域開發建設時序不一致,試點區局部位置地形低洼,暴雨后周邊雨水集中匯入形成嚴重積水。典型位置為試點區北部鋼城二中,平均比周邊低1 m以上,最 大高差超過3 m,導致學校面積僅1.87 hm2,但接納周邊客水匯水區超過3 hm2。


同時整個試點區作為老區,整體開發強度較高,在區域內有約21%的非建設用地和發展備用地的情況下,人口已達到28萬人,人口密度達到了1.54萬人/km2,屋面、道路等硬化面積大,達到了試點區面積的48%以上;加之武漢市地下水位較高,都嚴重阻礙了雨水徑流的滯蓄、下滲。


03  構建蓄排平衡的系統治理體系



受長江高水位影響,考慮到雨水的不可壓縮性,加強本地對雨水的滯蓄和泵站抽排能力,達到蓄排平衡成為武漢的基本選擇。但由于汛期武漢的降雨總量大、峰值高,2016年發生嚴重內澇時一周降雨達到561 mm,超過98年創歷史記錄,50年一遇24 h降雨量為303 mm,蓄排的規模十分巨大。如何從河湖水域藍色空間保護利用、源頭綠色設施減量、管網泵站灰色設施提標等角度構建藍綠灰結合,相互反饋銜接的雨水蓄(調蓄、滯蓄)排(管排、抽排)平衡體系,加強總體謀劃,做到經濟技術合理是迫切需要解決問題。


3.1 堅持流域統籌,開展系統治理


堅持從流域角度出發,首先在流域層面統籌湖泊等藍色設施對降雨的調蓄能力、源頭綠色設施的滯蓄能力、以及末端泵站的抽排能力,在總量上實現雨水的空間蓄排平衡,明確各類設施的雨水總量控制要求。其次打通各設施間的河渠等連接通道,合理提升管網等灰色設施的標準,確保雨水在源頭、湖泊、泵站之間的順利銜接,做到雨水去處清晰、排放順暢。青山試點區內 港西系統清晰獨立,匯水區完整;但東沙湖系統涉及整個東沙湖水系,需在東沙湖流域范圍內整體統籌。




3.2 堅持灰綠結合,發揮綜合功能


改變簡單依托末端大型泵站等灰色工程為主的思路,通過綠色優先的理念,強化源頭海綿設施、自然湖泊水系等藍綠設施作用:在水量上優先滯蓄,促進整體蓄排平衡的實現;在峰值上強化源頭滯留,緩解管網、河渠、泵站的壓力;在水質上提升自然凈化能力,通過減輕徑流污染實現雨水入湖調蓄;在品質上增綠留白,改善試點區老工業區城市建設面貌,提供優質生態產品供給。通過“小海綿保水質、大海綿保安全”整體形成 “以滯促滲、以滲促凈、以凈促蓄、以蓄促用和以蓄保排”的灰綠結合海綿城市建設總體框架。


04  系統方案與成效



港西系統內現狀無自然湖泊水系,在源頭減量、削峰的基礎上,重點仍需提升泵站和主干管網的能力;東沙湖系統流域面積大,提升泵站抽排能力難度較大,通過深度挖掘源頭和湖泊的調蓄能力,合理優化調度,以預排、削峰等促進區域內排澇能力的整體提升,整體思路和目標如下。經過多輪篩選與優化,最終確定青山試點范區海綿源頭改造項目共計183個,其中市政道路項目24個,小區公建項目132個,公園綠地項目10個,城市水系項目7個,城市管渠泵站項目10個。


圖3 蓄排平衡體系方案思路



表1 不同措施控制雨量




4.1  做好湖泊保護與調度,提升調蓄能力



湖泊保護與調度工作主要在東沙湖系統,按照不增加泵站規模,充分挖掘源頭與湖泊滯蓄能力的思路,在50年一遇24 h 303 mm降雨條件下,東沙湖系統需要實現日233 mm以上的雨水滯蓄水平。由于源頭海綿設施所能控制的日降雨量有限,因此重點仍以湖泊調蓄為主,做好大海綿的保護與利用。



4.1.1 保護新增湖泊水域


通過嚴格落實武漢《中心城區湖泊保護“三線一路”規劃》,將湖泊藍線、周邊綠線、建筑灰線與環湖道路一同劃定建設,做到有效遏制侵占湖泊、濕地、坑塘行為。同時,以大東湖生態水網為基礎,加強流域內湖泊港渠聯通,并合理確定最 低控制水位與超標調蓄水深,最終保證在湖泊景觀、水質不出現嚴重影響的情況下,最 大限度提升調蓄能力,流域內東湖、楊春湖等6處湖泊最 大調蓄量可達3649.8萬m3。


在做好大型湖泊水位調度的同時,武漢市還積極通過公園改造、低洼地治理等工作新增湖泊水體調蓄空間,如原為粉煤灰堆場的青山區戴家湖公園,現已蛻變為生態湖泊,形成水面6 hm2,既能調蓄凈化周邊雨洪,也為市民提供生態休閑娛樂空間。


4.1.2 實現雨水順暢入湖


為保證雨季徑流污染不對湖泊水質造成嚴重影響,限制湖泊調蓄能力,試點區內對市政道路及建筑小區內的管網混錯接情況進行了詳細排查,改造了176處市政道路、97個小區公建及3個公園的管網,將源頭海綿改造和面源污染充分銜接,依托國家“十五”重大科技專項研究結果,構建了武漢市建成區次降雨量與地表徑流總磷(TP)污染負荷模數關系式,從而按照東沙湖水系水質控制目標,確定了面源污染的控制目標,進一步細化了源頭海綿設施的建設要求。


4.2  加快泵站與通道建設,提高排放能力



武漢市自2016年后,以試點區為基礎,開展了全市的排澇設施補短板工作,全市共新增排澇泵站規模近1 000 m3/s,總規模達到1 960 m3/s,整治30余條城市河渠,并新增20多條主干排水箱涵。其中青山試點區內新增港西泵站二期53.8 m3/s,配套新增最 大5×3 m箱涵約4 km;并按照50年一遇標準,結合截污、生態修復、景觀建設等對青山港、東湖港等河渠進行了系統的疏浚、拓寬等工作。




圖4 試點區主干排澇設施



4.3 推進源頭海綿化改造,增強滯蓄能力



以老城區、老工業區為主的青山試點區內面臨嚴重的設施老化、空間不足等問題,建筑小區內普遍存在積水、管網混錯接等情況。為此,試點區內源頭項目以解決問題為首要出發點,不唯指標論。即優先重點解決小區雨污混錯接、積水等功能性問題,并將小區管網改造、綠化改造與小區道路改造統籌考慮,做到有機結合,通過新增透水活動空間、綠化提升等工作促進小區環境品質提升,使得海綿城市建設成效看得到、摸得著,也利于老舊小區后期對海綿設施的自發維護。


其次,合理制定源頭改造徑流控制目標,在試點區蓄排平衡的大框架下,保證區域整體達標,而不是單個項目達標。利用南干渠游園、和平公園、倒口湖公園等內部水體收集滯蓄周邊區域雨水,在區域層面建設聯通周邊區域和公園的管網、地面排水通道等設施,公園內部水體配套建設了攔截凈化濕地、一體化初雨調蓄處理設施等。如南干渠游園建設了能承擔周邊約0.7 km2的調蓄處理設施,在提高徑流控制目標、削減面源污染同時一定程度上起到了周邊低洼區域積水的調蓄削峰作用。




圖5 徑流控制指標區域平衡項目分布



4.4 強化低洼點系統治理,緩解嚴重內澇



對于試點區內局部低洼點,仍需增補工程措施緩解嚴重內澇情況。以鋼城二中為例,在改造周邊排水管網,提高收水、排水能力的基礎上,提出了外截、內滲、超標蓄排的整體改造措施。首先在學校周邊增設截水溝、擋水墻等設施,阻隔外水進入;其次在校園內通過海綿設施,提升對雨水的滲滯能力,考慮到外來水是最 大的風險,利用原有圍墻周邊雜亂低效的空間重點建設攔截、滲滯能力明顯的生態旱溪、梯級花壇等設施;同時通過透水鋪裝、碎石邊溝、綠色屋頂、雨水桶等加強學校區域內部雨水的下滲,經過學校內海綿建設,學校內綠地率由5.5%提升到40.5%,整體海綿設施面積占到了65.3%;最 后為應對強降雨情況,建設了400 m3調蓄池和抽排泵站與學校內海綿設施連接,小雨收集雨水用于學校綠化澆灑,暴雨時將超標雨水快速收集入調蓄池后抽排入市政管網。


4.5 建設成效



4.5.1 內澇明顯改善


經過3年點試點建設,青山試點區內澇問題得到顯著改善,根據模型模擬,內澇防治水平基本達到50年一遇標準。2017年8月24日,試點區經受住了小時雨量超百年一遇的考驗;2020年,在長江水位居歷史第四位,中心城區日最 大降雨量超過238 mm的情況下,試點區未發生明顯積水情況。根據監顯示,源頭海綿設施對徑流的滯蓄、削峰作用顯著,海綿改造后,小區出流峰值延遲半小時以上,極大改善了現狀管網的排水條件,在試點區內僅改造少量主干管網的基礎上,模型評估表明,能夠應對3年一遇降雨的管網比例由現狀17%提升到了約50%。


4.5.2 水環境有效提升


試點區海綿城市建設統籌推進了雨污混錯接改造,面源污染控制,水生態修復等內容,區內3條黑臭水體全部消除,主要河湖水體水質都明顯改善。


4.5.3 居民滿意度不斷提高


通過海綿改造,極大的改善了城市尤其是老舊小區的環境品質,小區舊貌煥然一新,環境整潔美觀,臟亂差徹底改觀,配套設施齊全,居民群眾滿意率均達95%以上。僅學校改造達到29所,學校功能環境煥然一新,受益師生近3萬人。海綿城市建設獲得了試點區居民的高度贊賞,真正實現了小雨不濕鞋、大雨不內澇的建設目標,積水點全部解決,方便了居民的日常生活和出行,試點建設期間收到了大量居民、單位送來的錦旗,以及試點外項目的海綿改造申請。試點區經驗獲得了全市認可,以海綿城市理念指導的相關涉水工程得以全面開展,根據遙感監測,從2015年開始,武漢全市不透水面增長率由6.7%降低到0.5%左右。


05  結論



排水防澇系統化方案的編制與實施應堅持整體分析、系統施策,武漢青山試點區從流域整體統籌蓄排平衡體系,以海綿城市理念充分發揮自然海綿體和源頭小海綿對雨水的控制作用,構建了源頭滯蓄削峰、湖泊調蓄挖潛、泵站合理抽排、管網河渠優化提標的完整系統,取得了較好的成效。




微信對原文有修改。原文標題:海綿城市理念下的老城排水防澇系統化治理實踐——以武漢青山海綿試點區為例;作者:栗玉鴻、李帥杰、宗晶;作者單位:中規院(北京)規劃設計有限公司、中國城市規劃設計研究院??窃凇督o水排水》2023年S1。




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