海綿城市建設中初期雨水徑流處理技術方案研究

劉道歡

(合肥市排水管理辦公室，安徽 合肥 230000)

早前國務院為了推進海綿城市建設，提出了滲、滯、蓄、凈、用、排等海綿城市建設措施[2]，將70%的降雨就地消納和利用。為了響應國務院的政策，加大城市初期雨水徑流處理也是推進海綿城市建設的有力手段。

根據國家、安徽省的相關文件要求，結合巢湖流域城市發展規劃的目標，本研究圍繞巢湖流域城市面源污染控制開展系統研究，提出城市核心區初期降雨徑流處理的適宜技術，為城市入河污染物的削減提供有力的技術支持。

1 初期雨水徑流水量計算

1.1 設計暴雨強度

采用新修訂的合肥市暴雨公式，公式如下：

式中：

q-設計暴雨強度，L/s·hm2；

P -設計暴雨重現期；

t-降雨歷時，min；

t=t1+mt2

t1-地面集水時間，min；

t2-管內雨水流行時間，min；

m-折減系數取m=1。

1.2 雨水設計流量

雨水設計流量計算公式如下：

Q=167qΨF

式中：

Q-雨水管道設計流量(L/S)；

Ψ-徑流系數；

Q-設計暴雨強度(L/S·hm2)；

F-設計的雨水管道所服務的匯水面積(hm2)。

2 初期降雨徑流的污染負荷核算

考慮到降雨徑流沖刷產生的面源污染主要集中在降雨初期，本研究中的污染負荷計算采用了初期雨水量與初雨徑流中主要污染物的事件平均濃度的乘積獲得。根據前人的研究成果[3]，取降雨過程中2 mm左右的雨量為初期降雨徑流量。

研究區域內雨水污染物事件平均濃度的選取按照全年雨水徑流實測數據的平均值，具體數值見表1。

表1 雨水中不同污染物濃度取值

本研究擬采用的降雨污染物入河量核算方法為：

W降雨=Q雨水×α雨水×λ降雨

式中：W降雨為降雨污染物排放量；Q雨水為研究區初期雨水量；α雨水為雨水中不同污染物濃度，本研究參考前人的研究成果，并輔助以實地水質監測確認；λ降雨為污染物的入河系數，最終將研究范圍城鎮污染物的入河系數定為0.85。

3 初期雨水處理技術

3.1 初期雨水的源頭削減技術

源頭控制技術主要圍繞建筑小區展開，利用小區屋頂建設雨水花園、老舊小區的海綿化改造或道路的改造等方式，實現降雨徑流污染的源頭控制和污染負荷削減。

3.1.1 實施方案

針對城市初期雨水徑流污染濃度高，面源污染嚴重的問題，又考慮到城市城鎮化的建設的需要，本研究在德國屋頂花園[4]的理念上，結合我國建筑小區的實際情況，圍繞屋頂花園的輕質基質材料研發、植物選擇、土壤厚度優化等，也形成了一整套系統的模式，達到了良好的景觀和生態環境效應。

3.1.2 實施效果

城市屋頂花園在不占用土地，不影響城鎮化發展的腳步的前提下，增加城市綠化面積、豐富綠化景觀、營造城市的第二“綠肺”改善生態效應。與此同時，屋頂雨水花園一方面可以滯蓄雨水徑流，降低雨水徑流的峰值流量，另一方面花園的植物可以大大削減初期雨水污染負荷，有利于改善城市水環境質量。

圖1 屋頂花園效果圖和實景圖

如圖1所示，屋頂花園的實景圖和效果圖，它是融合建筑技術與綠化藝術為一體的綜合現代處理技術。不僅改善城市景觀效應，更重要的是有助于初期雨水徑流污染的控制以及雨水的資源化利用。

3.2 雨水過程控制技術

過程削減技術主要圍繞降雨徑流的匯流過程開展，工程上常見的幾種技術手段有生態植草溝、道路兩側下凹式綠地、生態滯留池等。

3.2.1 實施方案

在道路兩側建設綠化帶時，使綠化帶標高低于道路標高，以利于周邊雨水徑流的匯入。下凹式綠地透水性能良好，一方面可以減少地表徑流量，換屆雨水管網運行壓力，另一方面可以削減道路徑流污染負荷。

3.2.2 實施效果

見圖2。

圖2 下凹式綠地效果圖

3.3 雨水末端治理技術

雨水的末端處理主要是設置雨水調蓄池，在做好城市的雨洪管理的同時，也能解決城市污水溢流問題，將大大的提高空間利用率，有效改善我國城市水環境，降低河水倒灌的風險，增強調蓄池的安全性，見圖3。

圖3 雨水調蓄池工藝流程

4 方案確定的原則

城市初期雨水處理方案的設計主要依據“城市防洪規劃”、“海綿城市規劃”，結合城市水環境治理的目標要求，科學制訂規劃目標和指標，合理選擇城市初期雨水徑流收集、凈化技術，確定初期雨水凈化設施的總體布局、建設標準、建設規模等重要參數。

方案制定過程中應遵循以下原則：堅持生態優先；問題導向與目標導向相結合；集中與分散相結合；綠色與灰色相結合；景觀與功能相結合。

5 巢湖流域主城區初期雨水處理方案

根據巢湖流域主城區不同地塊的功能定位，結合不同區域的下墊面狀況和規劃建設情況，提出根據巢湖流域主城區地塊功能制定初期雨水處理方案：

5.1 住宅小區

圖4 小區初期雨水處理案例

老城區大多數住宅小區普遍存在綠化面積不高、下墊面透水能力弱、居民公共活動場所少等問題。圍繞初期雨水徑流的收集和處理，結合老舊小區出新，對建筑樓宇周邊的雨水管網進行線性排水系統改造，對小區中小塊綠地進行生物滯留設施改造，對小區中較為集中的公共開放空間進行多功能生態化改造，將小區雨水集中收集輸送到改造后的多功能公共開放空間。這一多功能公共開放空間，可采用下凹式等多種方式，在大雨期間，也可作為雨水積蓄和存儲的場所。

在有條件的小區，通過樓宇雨水建筑立管斷接，將錯接污水納入污水管網，將屋面雨水收集引入高位花臺進行凈化后，排放至周邊雨水管渠。

5.2 商業區

在城市的商業中心，由于建筑密度大、人口聚集程度較高，徑流下滲的程度更低。因此，在商業區，初期雨水徑流的處理可結合商業集合體的造型、功能、景觀目標開展設計。例如采用屋頂綠化方式在商業中心頂層建設屋頂花園，在商場建設垂直綠化墻，在商業中心區建設景觀水池，收集處理該區域匯集來的雨水，并作為景觀水回用。

圖5 商業區雨水處理案例

5.3 工業區

在城市的工業區，由于企業眾多，初期雨水徑流的控制可結合企業廠區美化，圍繞工業區綠化展開。可基于低影響開發的理念，對工業區內綠化和廠區內部的綠化提出改造要求，多采用下凹綠地、生態雨水溝等綠色設施，并將它們有機結合起來，實現對工業區降雨徑流污染的削減和控制。

圖6 工業區雨水處理案例

5.4 城市公共空間

對城市的大片公共空間，如沿河綠化帶、城市公園、體育場等區域，初期雨水徑流的削減可結合城市規劃和美化，圍繞巢湖流域水域面積多的特點，結合巢湖流域主城區水環境的改善的目標，以“雨水公園”、“濕塘”等綠色基礎設施建設為抓手，凸顯巢湖流域優美的城市環境。

圖7 城市公共空間雨水處理案例

6 結論和建議

6.1 結論

(1)通過源頭-過程-末端三個階段的控制技術，實現降雨徑流的入滲和滯蓄、徑流量的控制和污染負荷的削減，以及對降雨徑流進行收集和處理。

(2)在初期雨水徑流污染控制的模式上，首先考慮是通過對雨水徑流的入滲和滯蓄控制徑流量，然后采取強化凈化的手段削減徑流污染負荷，對于處理之后大道城市雜用水標準的雨水，可以考慮資源化利用。

(3)通過以上三個階段技術的運用，基本可以實現巢湖流域城市核心區初期雨水徑流污染的有效控制和削減，有效地恢復城市水環境功能，提升水環境質量。

6.2 建議

(1)初期雨水徑流污染的削減應從系統上整體考慮，采用灰綠結合的工程措施進行組合，達到控制削減效果。

(2)初期雨水徑流的處理措施要因地制宜，根據項目的實際情況考慮從源頭-過程-末端三個階段來采取工程措施進行控制，切勿強加措施。