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海绵城市建设中若干问题探讨

文章来源:海西给排水 发布时间:2018-10-01 08:23:16 阅读次数:287 次 [关闭]

(武汉大学海绵城市研究中心   梁小光)

    海绵城市建设已经如火如荼地开展4年多了,整个行业也从最初的一片迷茫进化到对海绵内涵基本理解的阶段,但从我个人经历过的规划和设计项目以及相关学术论文来看,有些问题仍然非常严重,在某种程度上甚至制约和阻碍了海绵城市建设的进一步全面推进。

1、海绵城市是工程还是理念?

    国务院办公厅《关于推进海绵城市建设的指导意见》中明确指出:“海绵城市是指通过加强城市规划建设管理,充分发挥建筑、道路和绿地、水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。”因此,海绵城市是一种理念,不是某种工程类别,也就不存在什么海绵项目的说法,我们要做的是在任何一个工程项目中落实海绵理念。

2、海绵理念的内涵和外延是什么?

   关于这个问题,目前尚存争议。城市发展从水的角度可以分为6个阶段:

(1)供水城市:解决喝水问题。

(2)污水管理城市:解决污水排放问题。

(3)排水管理城市:解决雨水排放问题。

(4)水道塑造城市:类似海绵城市中的河道生态驳岸改造。

(5)水循环城市:恢复城市水的良性社会循环。

(6)水敏感城市:把水融入城市生活。

    发达国家已经基本解决了前4个问题(罕见暴雨时发生内涝不能作为城市排水系统存在问题的标志),水循环城市和水敏感城市建设也得到了越来越多的重视。而我国还处于发展中国家阶段,甚至在上海这样的国际化大都市,仍然存在饮用水安全问题(复旦大学研究报告:华东地区近60%的儿童尿液中含畜禽类抗生素),因此我国的海绵城市评价和考核包含管网漏损控制和饮用水安全等指标有一定的意义。但是由于这些指标和雨水管理关系不大而引起的一些争议,也确实对海绵城市的推进产生了负面影响。个人认为海绵城市内涵应聚焦全过程的雨水管理(排水防涝可纳入海绵城市中),其核心目标是解决由于降雨带来的水质和水量问题,给水和污水系统存在的问题可作为海绵城市理念的外延而存在。

3、哪个专业是海绵城市建设的主专业?

   海绵城市建设需要多专业配合,但配合也还是要有个主专业(例如:建筑设计中建筑专业就是主专业,结构、水、暖、电等专业就是配合专业),因此这个问题有必要讲清楚。

   前面已经说过,海绵城市是一种理念,需要各个专业在具体项目中落实,因此大部分情况下,落实海绵理念并不会导致项目主导权发生改变,而是需要各专业对海绵的一些关键知识有所了解。例如:对于道路工程落实海绵,主专业应该是道路专业,因为最关键的是道路线型、横断面布置以及道路横纵坡度等,至于道路上的一些低影响开发设施设计(绿地下凹深度、路沿石开口间距和宽度、穿孔管开孔率计算等),都属于非常细部的东西,并不会影响大局,至少不会影响到项目投标成败。对于建筑与小区项目,主专业应该是建筑或规划专业(景观专业在美国设计行业地位特殊,因此我们也能看到很多景观专业主导的涉水设计获得各种奖项),他们决定小区的总平面布置,而总平面布置恰恰决定了一个项目是否能很好地落实海绵理念,一个项目如果在总平图布置阶段没有认真考虑海绵,它落实海绵理念难度和改造项目落实海绵理念相差无几。

4、年径流总量控制率到底是什么?

    年径流总量控制率属于小雨水文学(small storm hydrology)中的概念,美国艾奥瓦州《StormwaterManagement Manual》有这么一段话:“水质控制设计更多聚焦于年径流总量而非峰值暴雨事件。通常,较小的暴雨事件产生了一年大部分的降雨和径流量。水质控制容积(WQv)是去除大部分雨水径流污染所需要处理的容积,定义为去除80%场地开发后年总悬浮固体(TSS),通过截留和处理(intercepting and treating)全部降雨径流的一定比例(90%)来实现。”这段话中的90%就是年径流总量控制率,可见该指标是水质指标,而非水量指标。控制一词的含义是截留和处理,截留是手段,处理是目的。

   《海绵城市建设技术指南》附录2“年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系”给出了中国的年径流总量控制率计算方法,它考虑到中国没有场降雨量的统计数据,而改用日降雨量,某种程度上掩盖了该指标和面源污染控制之间的关系。如果设计师把附录2中的日降雨量理解成场降雨量,相信一定能理解为什么这个指标是面源污染控制指标。

5、年径流总量控制率和雨量径流系数有没有关系?

    很多的规划文本和学术论文(有些已经发表,有些被拒稿)都认为,现状年径流总量控制率等于1减去综合雨量径流系数,规划后的年径流总量控制率应该等于规划前(也就是现状年径流总量控制率),这属于完全没有理解概念。美国LEED手册规定年径流总量控制率为90%(对应25.4mm降雨量),难道这意味着美国开发前的场地综合雨量径流系数是0.1?难道控制25.4mm降雨就能把径流系数削减到0.1?

    有同行一直追问,如果和雨量径流系数无关,那年径流总量控制率到底怎么定出来的,为什么我们这定75%,不是70%或者80%?我的回答是:有些设计标准是没有道理可言的,例如你们那的雨水管道设计标准是3年一遇,为什么不是2年一遇或者5年一遇?实际上,年径流总量控制率70%、75%和80%区别并不大,没必要死抠,真正需要死抠的是到底有多少不透水面积被断接了。

6、年径流总量控制指标能不能分解?

    这个问题和容积法适用范围是同一个问题。容积法采用蓄水容积目标来代替水质目标,有一定缺陷,但简化了设计,因此在世界范围内得到了广泛使用。但必须要注意的是,容积法应在某个具体的LID设施设计时使用,不宜应用到多个独立的LID设施,严禁应用到总规和控规尺度。举例如下:

某小区总面积50000m2,内有两个生物滞留设施,面积分别为200 m2和300 m2,其汇水面积分别为1000 m2和3000 m2(含生物滞留设施自身面积)。假如当地年径流总量控制率对应的降雨量为25mm,综合雨量径流系数为0.6,不考虑降雨过程中的土壤下渗能力。正确的设计是:两个生物滞留设施的蓄水容积分别为15m3和45 m3,折算成下凹深度分别为7.5cm和15cm。如果按照当前的一些错误做法,生物滞留设施的总蓄水量应该达到750 m3,这会导致生物滞留设施过深,积水不能及时排空,带来一系列恶果。

    某网友看到案例后,受到了“启发”,留言说:“剩下的690 m3是不是就在其它地块解决?”这种理解就是把容积法应用到总规和控规尺度的思维。只要理解年径流总量控制率是面源污染控制指标后,就能明白:你在其它地块蓄水690 m3,也不能解决本地块剩下的46000 m2汇水区的面源污染啊!

7、LID设施汇水区划分问题?

    相当多LID设计中设施汇水区都是以管道为依据划分(到目前为止,我只见到过1个项目不是这样的,有且只有1个),再辅以容积法进行计算,很轻松就能实现整个地块满足年径流总量控制率要求(有些靠调蓄池来满足折算后的蓄水量要求),也使得LID设计看起来不需要总平图和竖向专业配合。毫无疑问,这种做法是错误的!说句心里话,这个问题都不知道怎么解释!你设计什么设施就应该以什么设施为依据划分汇水区,这难道不应该是基本的水文学常识吗?

    现阶段由于地形图精度或竖向设计深度不够,很多时候还无法做到能较为准确地绘制LID设施汇水区,这就需要设计师花费更多的精力,例如:改造项目要到现场细致的观察地形,新建项目要经常在施工现场指导施工。(有同行表示,如果这样做的话,设计费和时间投入不成比例,这个只能呼吁增加设计费了!)

只有以LID设施为依据划分汇水区,才能认识到海绵设计的困难到底在哪里,绝对不是什么总蓄水量达标的问题,而是总平图和竖向的问题。这也就是前面为什么说建筑或规划专业是主专业的原因。

8、绿地用地需不需要上设施?

   低影响开发设计的关键在于理解“断接”的含义,简单说,“断接”就是不能让来自不透水面(屋面、路面等)的雨水直接进入管道和河道,而是要先经过透水面截留和处理,再排入管道和河道,也就是雨水不能“直接”外排。因此,绿地上的雨水可以不需要LID设施处理。

9、径流污染去除率如何核算可以达标?可不可以按面积加权?

    年径流总量控制率本身就是污染控制指标,再考核什么污染去除率纯属多此一举。只要LID设施设计合理,就可以认为达到了污染去除目标,至于到底能去除多少,这个作为一个学术研究可以,作为工程设计目标实在难以讲清楚。

10、现在做的海绵设计感觉都是LID,其他方面,比如内涝这些如何考虑呢?

    LID只是海绵的源头部分,因为是个新东西,所以感觉海绵好像只有LID。内涝问题解决主要还是要靠城市河网水系和雨水管道系统,这些工作属于防洪排涝和排水防涝的内容,需要慢慢纳入海绵城市建设范畴内。

本人曾经写过一篇《径流峰值控制目标的量化研究》论文,就是为了解决现在的LID设计只做水质而不做水量控制的问题,已经被某些地方写入地方规范了,可以从源头解决水量控制问题,进而缓解内涝。

11、渗透管开孔率怎么计算,按照1天渗透时间可否恰当?

    开孔率计算有公式,后面我会专门写一篇文章讲这个问题。至于渗透时间,目前国家只规定了上限2d,我个人认为设计要用下限(例如6h),当渗透时间超过上限时(2d),意味着设施需要进行维护了。

12、LID蓄水能力之外的控制容积用调蓄池加水处理设施是否可行?

    我们国家的海绵城市理念是包括灰色基础设施在内的,理论上可以采用调蓄池加水处理设施处理初期雨水污染。但是考虑到我国现状(很多小区物业费都收不上来),在小区内建设调蓄池和处理设施,恐怕运行维护会是个大问题。

13、地下室满铺的小区能否进行海绵城市建设?

    这个问题的言外之意是小区下面有地下室,雨水无法下渗,所以没法做海绵。其实,只要理解年径流总量控制率是面源污染控制指标,就能理解任何项目都能做海绵,只是指标高低和建设成本问题。地下室顶板上面的土壤和绿地完全可以实现雨水径流的断接。

14、径流系数到底是怎么回事?

    径流系数分为雨量径流系数和流量径流系数,《海绵城市建设技术指南》中容积法采用的是雨量径流系数,《室外排水设计规范》采用的是流量径流系数。径流系数和很多因素有关,精确计算几乎是一个无法完成的任务,但是基本可以肯定的是,降雨量越大,径流系数越大。

    容积法采用的雨量径流系数肯定要比排水防涝设计采用的雨量径流系数要大,这是因为对应的设计标准不同。对于LID设计而言,年径流总量控制率是一个简化的设计指标,容积法也是一个经过简化的计算方法,深究雨量径流系数到底取多大合适其实对设计意义不大。但是,关于水面的径流系数是多少,却是一个有意思的问题。 

    有朋友问:“水面的径流系数是1,那么是不是水面越少,径流系数越小了?”水面径流系数取1,这是国际通行的做法,但是在计算综合径流系数时,绝对不能把把水面一起加权,水面应该作为调蓄设施进行调蓄计算,有关调蓄计算的问题请参考《径流峰值控制目标的量化研究》一文。

15、海绵城市设计怎么考核是否达标,是否要用模型软件进行模拟?

    用模型软件进行年径流总量控制率模拟可以说是这几年学术论文热点,也是概念错误的重灾区,目前已经在向工程设计领域蔓延。 

    如果只是年径流总量控制率指标,完全不需要用软件模拟,甚至可以说,软件无法模拟。只要把容积法用到单个LID设施,设计一定正确。 

    如果是计算LID设施对径流峰值的削减效果,那就必须要用模型软件。目前常见的模型软件中,只有SUSTAIN能实现所有情况的模拟。(其他软件无法实现管道重新流回集水区的模拟)

我迫切希望国内能多研究下单个集水区情况下的LID设施模拟,搞清楚这里面的细节,再去研究LID设施对大尺度规划的径流削峰效果。举个简单例子:EPASWMM里,集水区内嵌LID设施时,其平面布置有4种情况,这几种方法有何区别,对模型模拟结果有何不同了?

16、如果给你一个小区海绵设计你怎么说服审查单位,怎么让规划设计通过?

   只要正确的声音足够大,就能压倒错误的声音。这几年的经历让我明白,正确只会迟到,不会缺席!希望读者能把本文广泛传播,让更多的人理解海绵,会做海绵,这样才不会导致把正确当成错误,颠倒黑白的事情反复发生。

   最后,我想说一点,虽然国家推出海绵城市建设确实稍显仓促,行业对此也确实技术储备不足。但是,过了4年多还犯低级错误,这绝对是设计师个人问题。至于学术论文犯低级错误,某种程度上就无法让人接受。随便找本国外雨水管理手册读一读就明白的事情,为什么就不去弄明白了?

   作者简介:梁小光(1985-),男,江西抚州人,硕士,武汉大学海绵城市研究中心学术委员会委员,主要从事城市水系统规划设计和理论研究。



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