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发布时间:2023-11-26
焦点提醒:对海绵城市扶植中排水份区相干问题的思虑 杨正,李俊奇,王文亮,等.对海绵城市扶植中排水份区相干问题的思虑[J].中国给水排水,2018,34(22):1-7. Yang Zheng, Li Junqi, Wang Wenliang, et al. Critical issues study on catchment in sponge city construction[J].China Water & Wastewater,2018,34(22):1-7(in Chinese). 导语:公道划分排水份区是海绵城市扶植中一项主要的根本工作。进一步梳理了排水份区的界说,扼要阐发、总结了排水份区在美国城市雨水治理与我国海绵城市扶植中的主要感化,对排水份区的划分方式进行了论述,包罗根本数据阐发与现场踏勘,排水份区划分的首要分类,排水份区的鸿沟肯定,排水份区划分的精度切磋,和排水份区的毗连性阐发,并对此中分歧环境触及的相干问题进行了阐发。 作者简介:杨正(1990- ),男,山东潍坊人,在读博士,首要研究标的目的为城市雨水节制操纵。 以建立现代城市雨洪治理系统为焦点的海绵城市扶植正在全国规模内积极推动,重点处理城市洪涝、径流污染、合流制溢流污染等城市雨水与水情况分析问题,需要建立包括泉源节制、排水管渠、超标雨水径流节制等分析系统,并调和跟尾污水、水利防洪等系统。实践中,区域洪涝、水体黑臭等问题鸿沟前提的辨认、区域雨水径流分析管控系统方案的制订、海绵城市扶植结果的评价等多方面工作,都需要以排水份区为根本展开。是以,分析斟酌分歧城市和区域的分歧前提,公道规定排水份区,对海绵城市扶植的有序推动具有主要意义。 本文会商的排水份区首要针对海绵城市扶植重点触及的城市雨水排水系统与合流制排水系统。 1排水份区的界说 排水份区一词经常使用在城市市政与小区排水管渠系统的计划设想,首要指雨水径流沿地表与管渠相对自力聚集排放的区域;而从凸起地形地貌等对雨水汇流进程的影响,和凸起某举措措施汇流办事规模的角度,如针对超标雨水径流节制系统、生物滞留等泉源减排举措措施的设想时,也常称之为汇水份区。是以,排水份区与汇水份区两者名称分歧源在其偏重的角度分歧,但在现实工作中,常常需要兼顾斟酌分歧环境下雨水径流的聚集与排放进程,排水份区与汇水份区并没有严酷的边界,本文以下统称为排水份区。 在英语中,Watershed, Catchment, Basin皆可用来暗示排水份区/汇水份区,凡是能够互用,没有严酷的辨别,另外,部门设想手册中以Sewershed暗示有排水管网笼盖的城市排水份区。 对天然水文进程,从降雨产生至径流的构成和聚集首要分为填挖入渗、产流与汇流、渗入与蒸发三个阶段,地形地貌与河湖水系款式则是影响天然水文进程的首要身分,也是天然未开辟区域和管渠较少区域排水份区划分的首要根据。城市扶植会必然水平改变原本的天然地形地貌和水系形态,城市中建筑、路网与排水管渠等根本举措措施的扶植城市改变天然的径流汇流进程,如图1所示。是以,针对城市扶植区域,需要连系城市雨水径流沿地表与管渠的现实汇流排放路径划分排水份区,具体划分方式详见后文。 图1 城市开辟前与开辟后地表水流进程示意 2美国城市雨水治理基在排水份区管控 2.1 雨水系统排放许可轨制中对排水份区的要求 美国的NPDES(National Pollutant Discharge Elimination System)系统是基在洁净水法(Clean Water Act)的要求,在国度层面制订的针对水污染管控的污染物排放许可轨制。美国环保局EPA在2007年发布了NPDES基在流域视角的手艺指南与实行指南,旨在以流域为根本来阐发点源与非点源污染物排放环境,并制订响应的管控策略。 针对城市雨水系统的排放许可(Municipal Separate Storm Sewer System (MS4) Permits)是NPDES的主要构成部门,在该系统下对区域雨水径流进行分析治理,要求申请人在许可申请前必需制订响应的雨水治理打算(Stormwater Management Program Plan),打算的首要内容包罗了公家介入和教育、污染物背法排放的督查与节制、新建与改建项目中雨水径流的管控、后期的保护治理、监测与评估等。 此中,根据区域排水口、管网、水系等相干材料,并连系现场踏勘绘制区域最新的雨水系统图(MS4 Mapping),是雨水治理打算中明白要求的主要内容。在雨水系统图中,需要明白雨水系统排水口位置、对应排水份区规模、区域内的管渠、泵站、调蓄池等首要雨水举措措施,和首要用地类型等相干消息,且需要按照区域的扶植环境对触及的雨水系统消息进行按期更新。在此根本上,阐发各排水份区内是不是具有管网混接等致使的污染物背法排放等问题,按照问题严峻水平肯定进行优先节制的排水份区(Priority Catchments),并制订响应节制策略。若排水份区结尾受纳水体被美国EPA认定为受损水体(Impaired Water),则需要以排水份区为根本进一步制订雨水系统的污染物削减打算(Storm Pollution Reduction Plan),对雨水系统的污染物排放进行管控,同时需要合适该受损水体的TMDL打算中对污染物排放的整体要求。 2.2 排水整体计划中基在排水份区的径流峰值管控 针对城市排水防涝,美国基在流域治理理念在分歧区域设置有城市排水与洪涝节制区(Urban Drainage and Flood Control District),旨在连系地点区域的特点,针对城市排水与洪涝问题进行兼顾治理,制订相干政策与手艺手册,并放置相干项目项目。此中,编制区域的排水整体计划(Urban Drainage Master Plan)是良多地域正在推行实行的一项主要工作,例如,科罗拉多州城市排水与洪涝节制区按照其所辖规模内首要水系划分了43个首要流域,要求自2016年最先至2020年,在五年时候内完玉成部流域的排水整体计划。城市的开辟扶植需要根据所属流域排水整体计划要求的水系答应排入径流流量,对上游对应的城市分歧排水份区进行动流峰值流量排放管控,并需要以此为根据在“地块—排水份区—流域”分歧标准内设置响应的集中或分离调蓄举措措施。管控思绪如图2所示。 图2 基在“地块—排水份区—流域”的径流峰值管控示意 3公道规定排水份区是海绵城市扶植与评价的根本 海绵城市扶植正在全国规模内积极推动,排水份区的公道规定对问题辨认、计划管控、扶植方案编制和后续的监测与结果评价等均具有主要感化。 海绵城市专项计划的编制是科学有序推动海绵城市扶植主要的顶层设想工作,住建部结合多位海绵城市扶植范畴专家配合颁发了《浅析海绵城市扶植的顶层设想》一文,对专项计划的具体编制内容和要求做了论述。此中,在计划论述中明白提出要科学规定排水份区,明白竖向管控要求。并要求海绵城市管控分区的规定要以排水份区为根本,并连系城市控规编制单位等进行恰当优化,以便在在计划扶植治理时利用。 海绵城市扶植方案的制订,针对城市天然生态款式的建立,需要连系河道、湿地、低凹地、径流路径、排水份区、高程、坡度、植被散布、地盘操纵类型等进行分析阐发肯定,排水份区是此中的主要因子之一;针对黑臭水体的整治,起首应分析阐发其污染源,需要把握水体的首要排水口散布与对应的排水份区环境,和分区内管道的排水特点等,进而阐发各排水份区的点源、面源污染物排放环境,为后续水体管理方案的制订供给根据;针对城市内涝防治,需要起首查询拜访积水区域对应的排水份区规模,和分区内的地形与空间前提、管渠运转环境等,阐发积水成因,进而提出有针对性的排水防涝手艺方案。 排水份区的公道划分,有益在从流域的视角对城市洪涝与黑臭水体等诸多问题进行分析阐发,兼顾流域上下流关系,避免仅针对某一项目或仅斟酌海绵城市试点扶植规模,而形成对问题周全掌控的缺掉,乃至会疏忽失落其他更加严峻的问题,进而影响扶植方案的系统性与科学性,影响海绵城市扶植结果。 针对海绵城市的扶植结果,需要对以排水份区为根基组成的城市区域内的水生态、水资本、水平安、水情况等相干目标进行分析评价。触及监测工作的展开,也应以排水份区为根本,对分区内重点项目、结尾排水口、受纳水体等展开监测阐发,建立涵盖区域、排水份区、项目、举措措施的分析监测系统。 4排水份区划分方式阐发 排水份区的划分起首需要获得地形地貌、管网等根本数据,并对重点区域进行现场踏勘与数据复核。在此根本上,根据区域的具体环境,对排水份区进行规定,肯定分区划分精度与分区鸿沟,并对分歧排水份区之间、排水口与受纳水体之间的毗连性进行阐发。排水份区划分的整体思绪如图3所示。 图3 排水份区划分的整体思绪 4.1 根本数据阐发与现场踏勘 有用材料的获得是公道划分排水份区的第一步,所需材料首要包罗:河湖水系与水沟结构、地形与卫星测绘材料、近况雨污水管渠系统普查数据与首要排水口散布、计划雨污水管网、近况与计划城市用地环境等。 但现实环境,很多城市持久以来对管网、地形等根本举措措施数据收集、治理等工作不到位,常常缺少正确、周全的根本数据材料,或贫乏对近期扶植实时的数据更新,再加上城市管网扶植与保护治理不到位致使的管网错接、混接、私接等现象遍及,致使现实获得的图纸材料会呈现与现实扶植环境不符的问题,进而影响排水份区划分和后续方案设想的正确性与公道性。是以,触及主要区域的现场踏勘和数据复核相当主要,需要时还需进行相干重点数据的补测。前文提到的美国雨水排放许可中也明白要求梳理区域雨水系统的进程要进行现场勘查工作,并要求针对重点区域的排水口制订现场勘查打算(Outfall Screening Plan),并出具响应的踏勘陈述。我国当前海绵城市扶植进程中呈现的排水份区划分不公道、方案设想不妥等诸多问题,大都是现场踏勘的不完全和对现场前提把握的不到位而至。 4.2 排水份区划分的首要分类 排水份区的划分首要根据受纳水体的结构与雨水径流的汇流路径,雨水径流的汇流又首要分为地表汇流与管渠汇流两类,按照汇流的分歧环境,对排水份区的划分进行响应分类。 无排水管渠或管渠笼盖度较低的区域,首要连系地形地貌,经由过程阐发雨水径流的地表汇流路径来规定分区;管渠笼盖度较高的区域,降雨产生时,雨水径畅通过地表漫流、汇流至雨水管渠进行排放,此时,应经由过程地表汇流进程与管渠汇流的分析阐发来划分排水份区。根据排水体系体例将管渠笼盖区域分为分流制区域、分流制混接区域和合流制区域,根据排放体例的区分,又进一步分为自排区域和强排区域。针对分流制混接与合流制区域,需连系雨污水管网系统结构与污水系统分区,按照截污干管与上游管渠、强排泵站等举措措施的结构规定分区;针对分流制区域,则首要按照结尾排水口与上游对应雨水管渠、强排泵站的汇流规模来规定分区。 4.3 排水份区鸿沟简直定 连系地形地貌、管渠汇流规模、城市用地结构等分析肯定分水线作为城市排水份区的鸿沟。山地(坡地)和丘陵城市的水文款式凡是会显现干流、主流、冲沟品级较为分明的树枝状布局,这类水文款式的地表汇流进程较为明白,分水线也较为较着。平原城市水力比降小,水系的天然分级与分水界限不较着,无较着分水线时斟酌以首要城市道路排水骨干管网的汇水鸿沟作为分区鸿沟,无管网笼盖或管网较少的城市区域,能够操纵ArcGIS等东西,叠加建筑、道路等地物消息对平原城市的DEM数据进行细化处置,经由过程水文阐发东西进行分水线的提取肯定分区鸿沟,并连系现实地表汇流环境进行批改。同时,分析斟酌区域内黑臭水体、洪涝等首要问题的鸿沟前提与管理方案和对应的项目放置,对排水份区的鸿沟进行响应的优化调剂。 需要指出,在计划层面,斟酌项目完全性,避免分水线切割地块,便在以分区为单元进行计划管控,能够城市路网作为排水份区的鸿沟进行简化阐发。编制片区系统方案时,再进一步连系分区鸿沟周边地块的具体地形坡向与汇流路径对排水份区的鸿沟进行细化调剂。 现实工作中发觉,针对分歧重现期降雨,雨水管网的汇流规模与地表径流整体的汇流路径可能会呈现纷歧致的环境,是以,需要评估当产生暴雨事务,跨越地下管网系统的排水能力而产生漫溢时,雨水径流依地形构成地表径畅通道,致使相邻排水份区之间可能会呈现鸿沟的动态转变,需要别离针对排水管渠系统与超标雨水径流节制系统各自对应的排水份区进行响应设想。例如,在安徽省池州市齐山年夜道海绵化革新的设想进程中,发觉其市政雨水骨干管约聚集总计73hm2区域的雨水径流,但暴雨时代又将有约29.7hm2上游地块的客水沿地表汇入齐山年夜道。近似情形在北京市多处下凹式立交桥的积水革新案例中也有表现,且常常是形成下凹式立交桥积水的主要缘由。以北京莲花桥为例,原设想桥区低水汇流面积为13.6hm2,因为周边建筑小区、办公区等区域地势较高,暴雨时径流沿地表汇入桥区,致使桥区汇流面积增添至60hm2以上。是以,需要别离针对分歧的降雨设想方针,阐发排水份区鸿沟转变,对分歧系统对应的排水份区规模进行响应的水力计较与方案设想。 4.4 排水份区划分精度的切磋 在现实工作中,按照项目和排水份区办事的标准分歧,可分为流域、城市、片区、项目、举措措施等分歧层级对应的排水份区。例如,在划分城市排水份区的根本上,针对此中某一片区的细化阐发,可连系片区问题和扶植前提,根据区内地形与干管、次干管、支管的结构,进一步将片区内排水份区细分为若干子排水份区(Sub-catchment)。针对此中具体的地块项目,在设想进程中可连系地块的地形与管网等举措措施结构,进行地块内排水份区的划分。需要按照分歧的项目标准和项目要求进行响应的阐发。 在城市标准,城市排水份区划分精度和分区范围简直定,一方面从公道化公式与模子计较合用性的角度斟酌,另外一方面从分歧城市特点,面对的问题与需求,和扶植方案系统性的角度斟酌。此中,针对保守推理公式法的合用规模,分歧国度有分歧的要求,我国在现行《室外排水设想规范》(GB 50014—2006,2016年版)中提出推理公式合用在汇水面积不跨越2km2的区域。而在2km2的区域规模内,排水份区进一步细分的精度也会对推理公式与模子摹拟计较成果的不同发生影响。例如,陈嫣等对上海市某区域排水系统采取推理公式法与数学模子法(InfoWorks模子)设想计较进行研究,区域总面积约2km2,研究成果显示,在一年一遇降雨重现期下,当区域内排水份区面积小在0.4km2,两种方式计较的管道流量成果不同不年夜,跨越0.4km2后,跟着排水份区面积的增年夜,二者差值变年夜,误差在10%~20%。 美国科罗拉多州在其排海员册中建议每一个自力排水份区的面积宜小在100英亩(约0.4平方千米),在此根本上,科罗拉多州丹佛市又经由过程相干研究,发觉在不异前提下,当排水份区面积小在90英亩(约0.36平方千米)时,操纵保守推理公式法与丹佛本地水文进程线摹拟两种方式计较获得的区域峰值流量在成果上趋在分歧,而当排水份区面积年夜在150英亩(约0.6平方千米)时,两种计较方式获得的成果相差将年夜在10%,且跟着分区面积增添误差也逐步增年夜。是以,斟酌分歧分区流量计较的分歧性与正确性,丹佛提出排水份区宜小在90英亩,不宜年夜在150英亩。 排水份区划分精度分歧,对区域水量、水质模子的摹拟成果也会发生必然的影响。赵冬泉等研究发觉排水份区划分的注意水平,对SWMM摹拟成果中坡面径流总量、坡面径流量峰值和峰值呈现的时候均会发生影响;秦攀等以常州市为例,发觉分歧排水份区划分精度在分歧时候标准的摹拟下,对SWMM水质摹拟成果的影响也有所区分。需要连系研究区域标准、场地特点、摹拟方针、和建模工作量等分析肯定排水份区的划分精度。 另外,排水份区划分还应重点连系区域的扶植前提,包罗新城区、老城区、棚户区的散布,海绵城市扶植与革新的适合性阐发,和对水生态、水情况、水资本、水平安重点问题鸿沟前提的辨认和表现泉源减排、进程节制、系统管理手艺路径的系统方案等进行兼顾斟酌。另外,还招考虑我国南北方分歧城市的特点,例如,北方良多平原城市水系较少,地势平展,首要根据管渠汇流路径划分排水份区,且分区范围凡是较年夜,在初步规定排水份区的根本上,常常需要连系区域问题和海绵城市扶植前提,根据干管与次干管结构,进一步细份子排水份区;河网城市水系发财,区域内雨水就近、分离排入城市河湖水系,根据其水系结构,单个雨水排水口对应的排水份区面积凡是较小,为避免过度分离,可将面对问题不异、扶植前提近似的相邻排水口对应的排水份区归并为一个排水份区,在计划与方案设想中进行兼顾斟酌。 是以,排水份区的划分精度和排水份区的范围并没有绝对固定的限制,需要连系分歧城市、分歧项目标具体前提和需求,公道规定排水份区,进行公道的进一步细分和归并等。 4.5 排水份区的毗连性阐发 对城市排水份区进行规定后,应进一步针对排水份区的毗连性进行阐发,首要包罗分歧分区之间的毗连性、排水份区结尾排水口与受纳水体之间的毗连性两类。这些都是今朝我国在城市排水份区规定中常常轻易疏忽的主要工作。 针对排水份区之间的毗连性,起首应校核分歧分区之间是不是相对自力,相邻分区间有没有堆叠或未笼盖区域,并阐发分区之间的毗连路径。分歧分区可毗连至下流统一分区(如图4左),但某一排水份区不克不及同时毗连至下流两个排水份区(如图4右)。经由过程上述阐发,初步校核城市排水份区规定的正确性与公道性。其次,如前文4.3所述,分歧重现期的降雨事务产生时,排水份区之间可能会产生鸿沟的动态转变,需要按照分歧问题和设想降雨,针对对应的排水份区进行响应阐发。 图4 排水份区间毗连性阐发示企图 排水份区结尾排水口与受纳水体之间的毗连性阐发,首要取决在排水口与受纳水体之间的距离、竖向与空间前提,和区域开辟前后排水口的转变环境,反应了排水口对应的上游排水份区所发生的雨水径流与污染物可以或许进入到受纳水体的排放量环境。美国相干设想手册中对排水口与受纳水体之间的毗连性进行了量化划定,将其分为0、10%、25%、50%、75%、100%六个级别,此中0即暗示排水口与受纳水体之间空间较年夜,汗青数据显示该排水口对应上游排水份区排放的雨水径流全数在排水口与受纳水体之间的区域进行了调蓄或渗入,未进入受纳水体;100%即暗示排水口间接或经由过程软化水沟与受纳水体相连,排水份区发生的雨水径流全数进入受纳水体;其他四类即暗示排水口与受纳水体之间具有必然的调蓄空间,当降雨径流峰值跨越统计数据对应的百分位时,排水份区发生的雨水径流即会排入受纳水体内。并提出了响应经验算法对分歧级别进行计较评定。 经由过程排水口与受纳水体之间的毗连性阐发,连系排水份区内具体前提,能够进一步有用评估排水份区对受纳水体的水量和污染物排放进献,从而明白重点和优先节制区域。同时也为计划与设想进程中针对排水口与受纳水体之间空间、竖向等前提的公道庇护与操纵、和为城市蓝绿线的公道规定、蓝绿融会等供给主要根本。 5结语 海绵城市扶植经由过程分析系统建立对城市雨水径流进行系统管控,对排水份区的规定提出了新的更高要求。针对分歧城市与分歧区域的具体前提,基在水系、管网、泵站、地形地貌等根本数据的阐发与现场踏勘,对城市排水份区进行公道划分,需留意分歧降雨前提下和分歧系统对应的排水份区鸿沟的动态转变,并正视分区结尾排水口与受纳水体之间的毗连性阐发,为海绵城市扶植中问题辨认、方案制订、监测评估等工作奠基根本。 本文登载在《中国给水排水》2018年第22期:对海绵城市扶植中排水份区相干问题的思虑;作者:北京建筑年夜学城市雨水系统与水情况教育部重点尝试室杨正、李俊奇、王文亮、车伍 该文尺度援用格局: 杨正,李俊奇,王文亮,等.对海绵城市扶植中排水份区相干问题的思虑[J].中国给水排水,2018,34(22):1-7. Yang Zheng, Li Junqi, Wang Wenliang,et al. Critical issues study on catchment in sponge city construction[J].China Water & Wastewater,2018,34(22):1-7(in Chinese). 编纂:丁彩娟 建造:文凯 中国给水排水 873 文章数 23.7万 浏览数 2017年03月13日,插手搜狐号 联系我们:sohump@sohu-inc.com Copyright © 2018 Sohu All Rights Reserved. 分享对海绵城市扶植中排水份区相干问题的思虑