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嘉興市海綿城市建設實踐與探索

時間:2016年06月28日信息來源:中國給水排水 點擊:

    【編者按】浙江省嘉興市作為國家的第一批海綿城市試點,已全面開展海綿城市建設。但是嘉興市作為典型的平原河網地區,具有地下水位高、土壤滲透能力差、降雨量大等特點,這些特征均對海綿城市建設形成制約,需在土壤的增滲減排、雨水面源污染削減、植物配置和非傳統水利用等方面進行相應探索。

嘉興市海綿城市建設實踐與探索

    【作者簡介】王賢萍(1975—),浙江常山人,大學本科,給排水高級工程師,嘉興市規劃設計研究院有限公司海綿城市研究(評估)中心主任,研究方向為平原河網地區海綿研究與實踐。

    1 嘉興市水環境特點

    1.1 水環境不容樂觀

    嘉興的本地人均水資源量僅約580 m3,但每年上游來水為本地產水的3倍,過境水量大。因上游和自身污染的雙重影響,加上平原地區水流速度小導致自凈能力差,水體水質不斷惡化。2010年以來,隨著水環境保護日益重視,水環境惡化的勢頭得以遏制,但水體水質仍劣于2000年水體水質。隨著浙江省五水共治工作的展開,水環境有好轉趨勢,2014年分別對嘉興市80條河道、8個湖蕩,共128個水環境監測斷面進行地表水資源質量評價,按監測斷面評價,全年期III類水體占2.3%,IV類水體占29.7%,V類水體占37.5%,劣類V類水體占30.5%。雖然水質有所改善,但仍然遠未達到水功能區要求,如圖1所示。

嘉興市海綿城市建設實踐與探索

圖1 嘉興河道水質變遷圖

    1.2 水生態不斷惡化

    嘉興河網密布,現狀水面率為8.89%。城市發展過程存在逐步填河、破壞水生態的過程。以嘉興最早的2.3 km2的城中片為例,在民國時期有14條河流,水域面積近23萬 m2,如今該片區內部河道已經全被填,如圖2所示。城市建設時往往把河道駁岸建成硬化不透水材質,阻隔水陸生物交換,影響生物多樣性。以18.44 km2的海綿城市建設示范區為例,水域面積占比13.57%,而生態護岸長度僅占總長99.7 km總岸線的26.88%;示范區水環境惡化后,造成動植物品種單一。

嘉興市海綿城市建設實踐與探索

圖2 城中片水系變遷

    隨著城市快速發展,城市的不透水下墊面比例逐步攀升,截至2015年,嘉興的104.35 km2建成區內,不透水下墊面(全硬化)面積56.01 km2,弱透水下墊面(綠色屋頂等)面積達到6.89 km2,不(弱)透水下墊面比例占比約60%,嚴重影響了城市的水文循環。

    1.3 水安全依然堪憂

    嘉興的洪澇災害一方面因是本地強降雨引起的內河水位上升,排水系統無法及時排放,另一方面原因是上游的洪水造成水位抬升所致,后者是主要因素。因此嘉興中心城區在2002年建成了大包圍防洪工程,具備了100年一遇的防洪標準和30年一遇的排澇標準。據模型預測分析,30年一遇的降雨條件下,嘉興市城區內澇高中風險區域占比約27%,局部地區如城中片更是達到40%。因此,嘉興在城市內澇方面局部地區仍然存在風險。

    嘉興市石臼漾水廠和南郊河貫涇港水廠的飲用水水源地均為嘉興市區內部地表水源,水源水質較差,不能滿足飲用水水源水質要求。兩個水廠目前雖均設水源濕地預處理,但水源濕地的運行效果受溫度、氣候的影響較大,無法實現一級、二級保護區水質分別達到Ⅱ、Ⅲ類標準的要求。因此,嘉興市區供水安全存在較大隱患。

    2 嘉興海綿城市建設難點

    2.1 土壤滲透能力差

    嘉興的地下水位以上的土層基本以雜填土和淤泥質粘土為主。一般來說,工程建設過程中,雜填土不予利用;而淤泥質粘土常作為道路路基、綠化土壤進行利用。經實測,嘉興的淤泥質粘土的滲透系數基本為10-5 cm/s左右。按照《指南》,狹義下沉式綠地的下沉深度為10~20 cm,并在設施維護中提出“下沉式綠地當調蓄空間雨水的排空時間超過36 h時,應及時置換樹皮覆蓋層或表層種植土”,即要求下沉式綠地調蓄空間雨水的排空時間不宜超過36 h。而嘉興下沉式綠地多數不可避免地要以淤泥質粘土為基層,按照其土壤滲透能力計算,則普通下沉式綠地排空的時間需要13.4至23.1天才能排空,這顯然是達不到海綿城市建設要求的。

    2.2 河道水質改善難度大

    嘉興市五水共治排水管網普查結果表明,雨污混接現象嚴重:普查包含的64條道路上排水管線長約441 km,而雨污混接現象達到1310處,即平均達到近3 處/km。雨污混接已經成為城市水體水質較差現象的主要原因。

    相關課題(嘉興市“十二五”國家重大科技水專項課題《河網城市雨水徑流污染控制與生態利用關鍵技術研究與工程示范》)在2011年至2014年三年的7至9月份間,對嘉興市區的10場降雨的初期徑流雨水水質進行了取樣檢測,檢測結果顯示,嘉興市初期雨水COD濃度主要在100~400 mg/L,氨氮濃度主要在1.5~3.5 mg/L,總磷濃度主要在0.3~1.2 mg/L,SS濃度主要在200~1000 mg/L。同時,隨著污水治理力度的加大,污水入網率逐步提高,初期徑流雨水污染物對河道污染的貢獻率也將日益增大。因此海綿城市建設過程中,雨水污染的控制亦是關鍵。改善水環境必須治理雨污混接的點源污染和初雨徑流的面源污染,水質改善任重道遠。

    2.3 地下水位高

    嘉興地勢低洼且平坦,一般城市道路、小區、綠地地坪標高為2.5~3.0 m。河道常水位在1.0至1.2 m,地下常水位為1.5 m左右。在嘉興建設下凹式綠地時,不可避免地會有局部地區滲透面距地下水小于1.0 m情況。此外,因嘉興地下水位高,園林建設部門為了保證植物的良好生長,多采用堆高綠地地坪的方法保證植物根系不被地下水浸泡。因此在嘉興建設下凹式綠地時,地下水位高成為桎梏。
    2.4 非傳統水利用阻力大

    嘉興地處南方,并非一極度缺水城市。和其他缺水城市相比較(詳見表1),嘉興無論是水資源費、自來水費均明顯偏低。因此,再生水回用和雨水利用的阻力較大。

表1 嘉興與其他城市水費比較

嘉興市海綿城市建設實踐與探索

    3 嘉興海綿城市破解之策

    3.1 增強土壤滲透

    《指南》指出“海綿城市建設應遵循生態優先等原則,將自然途徑與人工措施相結合”。城市建設過程中,必然減少了不透水的表面積。為了維持和開發前的水文狀態,必須要加入人工措施。嘉興的滲透主要依靠復雜型生物滯留設施,按照《指南》中的做法,復雜型生物滯留設施的滲透能力主要取決于換土層。對嘉興的淤泥質粘土進行改良并增加入滲能力,以此作為換土層。選擇既經濟又高效的添加劑成為研究重點。

    實驗以嘉興本地淤泥質粘土為基質,采用不同成分作為添加劑形成土壤組分比較,添加劑包括15%凈水廠污泥顆粒填料、15%陶粒、40%中粗砂、15%珍珠巖、15%瓜子片共計6種方法。測定不同土壤的滲透系數后發現,摻中粗砂、珍珠巖和瓜子片的土壤,其滲透能力基本未有實質性的改善,而摻陶粒的土壤,滲透能力約是原來的28倍,摻凈水廠污泥顆粒填料的土壤,滲透能力是原來的78倍,如表2所示。按照市場的價格,凈水廠污泥顆粒填料比陶粒更經濟,且體現了循環經濟的理念。此外,根據國外相關文獻研究,凈水廠污泥顆粒不僅土壤滲透能力強,而且還具有相當強的脫N除P效果,因此,嘉興在海綿城市建設時優先選取凈水廠污泥顆粒填料作為改良土壤的添加劑。

表2 嘉興不同配方的改良土壤滲透能力

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    3.2 削減徑流污染

    嘉興的海綿城市建設重點方向應為水環境保護。隨著五水共治推進,污水入河現象將減少。因此削減徑流污染、控制面源污染顯得尤為重要。考核要求“海綿城市建設區域內的河湖內的河湖水系水質不得低于《地表水環境質量標準》Ⅳ類標準”。嘉興目前河道水質超標主要為氨氮和總磷,因此對雨水入河的這兩項指標更應嚴控。相關研究表明,雨水徑流經過土壤過濾后,COD、氨氮、總磷基本能削減30%以上。實驗對嘉興2016年3月8日的兩個不同的采樣點的雨水進行了水質分析,分別測試了過濾前和過濾后(濾紙孔徑為0.2 μm)的雨水COD,以研究雨水中SS對COD的貢獻率[貢獻率=(COD濾前-COD濾后)/COD濾前)×100%]。結果表明,SS對COD的貢獻率較高,SS每削減1 mg/L,COD相應能削減0.3 mg/L以上,詳見圖3、4。另外實驗研究結果表明,添加劑為15%凈水廠污泥顆粒填料種植土的生物滯留帶對氨氮的削減率為35%以上、對TP削減率為40%以上。因此嘉興在海綿城市建設過程中可參照相關規范,提出雨水徑流污染物SS削減60%以上,COD、氨氮、總磷削減30%以上的要求。

嘉興市海綿城市建設實踐與探索

圖3 采樣點1的雨水SS對COD的貢獻率

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圖4 采樣點2的雨水SS對COD的貢獻率

    3.3 選擇合適植物

    嘉興的地下水位高,因此在狹義的下凹式綠地和生物滯留設施中對于植物的選擇非常重要。部分景觀設計師對此產生誤解,認為在此場合需配置水生植物。該設計方法一方面會造成冬季植物枯萎影響景觀,另一方面會因旱季缺水導致植物生長不利。事實上由于嘉興降雨間隔短,設計一般考慮低影響開發設施在24小時之內將水排干。因此,狹義的下凹式綠地和生物滯留設施并不存在長期泡水現象。植物選擇時主要配置耐濕植物即可。同時要考慮季節變化的景觀效果,注意搭配常綠、開花、落葉的耐濕植物,也要考慮草本、灌木、喬木的高低層次效果。值得注意的是,由于喬木的根系較深(會降低設施的滲透效果),一般建議在狹義的下凹式綠地和生物滯留設施中配置少量的喬木,且主要選用香樟、水杉等耐濕植物。
    3.4 配套政策措施

    嘉興作為水質型缺水城市,應出臺相關配套政策來推動非傳統水的利用,從而實現從源頭減少污水產生的總量。提高河道取水水資源費是非常關鍵的配套政策。2014年統計數據表明,嘉興市區自備水量為19.92萬 m3/d,這還不包括未進行備案的少量企業。對嘉興市城東再生水廠進行了現金流測算,再生水售價達到1.8 元/m3,水廠即可實現一定的收益率。若將工業自來水費、河道取水水資源費適當進行提高,同時配套部分其他獎勵政策,則可大力推動非傳統水的利用。

(作者:王賢萍 編輯:admin)
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