马洪涛:关于海绵城市系统化方案编制的思考

http://www.water.hc360.com2018年04月11日09:28 来源:《给水排水》T|T

    慧聪水工业网 海绵城市建设是城市发展方式的重要理念转变,面对新的要求,存在传统上规划注重宏观把控、欠缺落地分析,设计注重设施工艺、欠缺总体统筹的问题。一方面会导致设计与规划不够协调衔接影响整体建设的系统性;另一方面缺乏总体统筹会对设施建设效果是否能满足建设要求产生影响。为了提高城市涉水基础设施建设的系统性和科学性,破解海绵城市建设中显现出的建设目的不清、缺乏统筹、碎片化建设、项目混乱等问题,需要创新规划设计的方法和模式,为顺利推进海绵城市建设提供科学有效的技术支撑。针对如何落实海绵城市建设的系统性建设思路,对现有规划、设计进行协调衔接,从而使海绵城市的各项目统筹协同以达到建设效果,本文首先探讨了编制系统化方案的定位、编制目的和意义,其次结合具体案例分别针对规划建设区和建成区如何编制系统化方案进行初步探讨,最后综合编制经验提出了系统化方案编制方法及要求等的初步思考。

    1、海绵城市系统化方案的定位

    海绵城市建设要综合统筹“源头减排、过程控制、系统治理”等措施之间的关系,协调好水生态、水安全、水环境、水资源系统间的关系,要从解决问题的角度出发明确工程措施和效果之间的关系,要从目标导向出发明确自然本底保护和规划管控的要求,这就需要在规划设计中突出系统性、综合性。

    目前规划设计体系是按照传统工程建设的思路进行,规划按照不同专业分别编制专项规划,彼此之间缺乏联系和统筹,同时规划过于偏重宏观,缺乏定量的工程指导,落地实施性较差;设计更是按照专业进行切分、细化,各自着眼本专业,彼此之间没有很好的统筹协调;同时设计过于偏重微观,缺乏系统性,只关注具体项目,而不关注整体效果的达成。这些会导致几方面的问题:首先,只关注本专业,而不是关注整体实施效果,比如雨水工程只关注雨水管道和站的修建,不会关注整体是否能满足内涝防治的要求。其次,具体项目建设只关注项目本身,而不是从流域角度进行思考,合理统筹各系统、各项目之间的关系。再次,针对具体项目的设计简单套用规范要求,不从解决问题的角度思考,合理确定不同项目的建设要求,对最终是否能够系统整体达标缺乏分析。最后,专业之间不协调,导致项目“要么有功能没景观,要么有景观没功能”,使得项目落地性和老百姓认可程度均不高。因此,在系统化方案编制时,需要转变传统的规划设计思维,实现系统性思维,落实以下5个转变:由工程导向性思维向需求导向性思维转变,实现单个碎片化的项目考虑向流域整体系统化考虑的转变,简单套用规范标准设计向从需求计算设施规模的转变,纯工程的项目建设最优向全生命周期总体最优的转变,单个水专业设计向多专业融合的转变。

    在思路转变的基础上,可以对现有规划设计体系进行优化,在规划设计之间增加系统化方案,实现规划的细化落实和设计的综合统筹,实现构建措施与效果的桥梁,实现规划到设计的指导目的。

    海绵城市的建设涉及到城市建设方方面面,涉及到城市建设领域的各个部门,涉及到城市建设相关的多个专业,具有建设周期长、建设部门多、建设时序复杂的特点。在具体建设中不可能一次规划到底,也不可能将所有项目整体打包进行建设,需要借鉴散文写作中的“形散而神不散”这一原则,通过海绵城市建设系统化方案将项目与效果之间的关系梳理清晰,明确到底需要建设那些项目,将项目与项目之间的关系梳理清晰,明确项目建设的具体要求,从而将项目有机结合在一起,实现综合统筹,防止系统的碎片化或项目的过渡工程化。

    2、规划建设区系统化方案编制的案例思考

    规划建设区方案需要首先明确和落实本底保护要求,对在上位规划中已经明确了蓝线的河湖水体,需要进一步加以落实,协调好蓝线、绿线与周边建设用地的关系,针对部分河段也可以综合统筹蓝线、绿线,局部段突破蓝线限制,形成蜿蜒曲折的自然河道形态,避免渠道化的顺直人工河道形态;其次,要对天然低洼地和径流路径进行控制和保护,特别是对于内涝风险比较高的区域需要重点保留低洼地或者湖泊作为区域的调蓄水体,同时通过竖向管控保证天然降雨径流的通畅,对于规划用地中的低洼地和阻碍径流路径的建设用地需要调整成绿地或湿地;最后,要明确具体地块、道路等建设要求,从源头对降雨径流的水量、水质进行管控。

    以某新城为例,该区域降雨量大、暴雨频发且地势低洼,内涝风险较高,地势平坦、水体流动性差,因此在建设过程中需要通过规划管控预留足够的调蓄空间和合理控制竖向以避免和降低内涝风险,需要通过对地块竖向和指标的管控,杜绝点源污染、减少面源污染,保护好水生态环境。

    2.1本底调查分析

    在方案编制过程中首先要对自然本底进行调查和有效分析,从而为后续方案和指标奠定基础。本底调查分析包括很多方面,针对这个区域的特点,重点对降雨径流关系、低洼区两个方面进行分析。

    2.1.1降雨及径流分析

    首先,需要分析城市和区域的年降雨特征,包括年际特征(年降雨情况、丰平枯年降雨量、降雨日数)变化和年内变化(月降雨情况)、日降雨特征包括年径流总量控制率与雨量对应关系(见图1)和降雨频次与雨量对应关系(见图2)。其中,不同重现期的长历时降雨和短历时降雨的雨型分析用于内涝分析和设计校核雨水管网规模,历史暴雨情况用于内涝分析和模型参数率定,典型年的分析用于年径流总量控制的分析计算和污染测算(面源计算、CSOs溢流计算等)、水资源配置方案的模拟分析。

降雨及径流分析

降雨及径流分析

    其次,需要根据水文地质资料分析地下水埋深情况,根据地勘数据分析土壤特征及主要特点和土壤渗透性情况(包含土壤特征、孔隙率、含水率、渗透系数等),从而明确区域的土壤和下渗特点。为了了解历史上下垫面的变化情况,需要利用遥感影像分析结合现场踏勘情况,分析各类型下垫面类型的面积的历史变化情况和现状特征。

    最终,利用下垫面变化趋势、土壤特点、降雨特性等,分析降雨产汇流关系及其历史变化情况,从而为确定年径流总量控制率等指标确定提供依据。

    2.1.2低洼地和径流路径分析

    在编制方案前,需要利用GIS等工具对区域的低洼地和径流路径进行分析,并重点分析其与城市建设用地的关系。对于现状建设用地阻碍径流或侵占低洼地区的提供整治方案,对于规划建设用地阻碍或侵占的情况可适当调整规划避免阻碍天然产汇流路径和通道。

    2.2方案编制要点

    首先,考虑到区域整体低洼和排水困难,根据外河水位和本区域的降雨情况,选择最不利条件明确区域50年一遇(24小时长历时降雨)需要本地蓄滞并待机排放。在具体蓄滞方案制定中,需要综合考虑源头小区减量和河湖湿地调蓄。根据区域天然降雨径流关系,明确年径流总量控制率要求,从而确定小区源头减排量;然后根据区域河湖、低洼地情况,结合需要调蓄水量,明确河道宽度和需要保留蓄滞空间,特别是结合低洼地情况明确保留并适当扩挖中心湖作为区域的内涝调蓄空间,通过湖泊调蓄和站强排实现区域的整体蓄排平衡。

    其次,为了保证整个区域排水的安全和顺畅,结合径流路径的分析,对整个区域的竖向进行管控,保证区域排水方向都是向中心湖或者汇入中心湖的河道排水,并通过道路竖向管控避免出现人为低洼点。

    最后,为了保护中心湖和河道水质,构建源头小区和城市道路两级径流水量管控体系。结合年径流总量控制率要求和小区建设特点,明确小区源头污染物削减要求,同时,在市政道路两侧修建“滤水带”(在道路线性的生物滞留池),并在要求周边地块的径流排入“滤水带”,从而综合控制区域面源污染,保障中心湖和河道的水质(如图3所示)。

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    2.3最终产出和反馈

    通过区域系统化方案的编制,明确从水安全和水环境角度出发的具体要求,为了提高设施和指标的落地性,最终将河湖水系蓝线、区域整体年径流总量控制率等反馈到总体规划中进行控制;将道路竖向控制要求、地块年径流总量控制率和污染物去除率指标、地块竖向管控要求、道路两侧修建“滤水带”修建要求等纳入区域控制性详细规划之中加以落实。通过将这些产出反馈到规划之中,在建设过程中进行管控,保证了最终建设效果。

    3、利用海绵城市理念统筹解决城市涉水问题的案例思考

    在编制建成区系统化方案时,要坚持“总-分-总“的思路,坚持从问题解决出发提出工程措施,从实施角度出发统筹工程项目(具体见图4)。首先,通过对现场踏勘、走访座谈监测评估、模型分析等方式,针对区域内内涝积水、水环境恶化、水资源不足等现状问题进行详细科学的分析,并对造成其的原因进行深入分析;其次,针对问题提出具体解决问题的方面,并将各个方面分解落实为具体的建设项目和要求;最后,从源头减排、过程控制、系统治理三个方面对各种建设项目进行综合统筹,生成具体的建设要求并明确其建设要求。

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    3.1利用海绵城市理念统筹解决水体黑臭问题

    3.1.1现状问题分析

    为了更好地编制方案,需要通过水质监测或者模型模拟计算分析水体水环境本底情况和环境容量,并计算何种污染物是造成水环境问题的主要污染物。水体黑臭在水里,但其根源在岸上,排水口的排放情况是导致水环境污染的最重要成因。所以,分析水环境问题,重点就是要对排口进行分析。通过图纸和现场详细踏勘,结合旱天和雨天排口的水量水质变化明确排水体制和排口类型(污水直排、雨水、合流制溢流、混接错接等,具体见图5),基于排口调查和计算明确排口的实际排放量和污染物排放情况。

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    3.1.2方案编制

    水环境方案要远近结合、统筹考虑,着重消除城市黑臭水体,同时与远期水环境质量改善进行统筹协调。照控源截污、内源治理、生态修复、活水保质、长制久清等方面提出具体措施。

    (1)控源截污方案制定需要以排口为核心,统筹系统进行治理,按照排口的类型提出有针对性的方案(见图6)。针对分流制污水排口要实现污水全部截流,一方面要完善污水管线系统,将污水就近分段接入现状污水管道,另一方面对于无法接入的,要在末端进行统一的截流;针对分流制雨水排口,一方面要进行源头的LID改造控制面源污染,另一方面需要在末端因地制宜设置雨水口净化设施并利用河道护坡进行生态化处理,进一步减少面源入河;针对分流制混接排口,要加大力度从源头进行混接改造使其形成彻底的雨污分流,对于暂时无法进行改造的可以按照合流制排口进行处理;针对合流制排口,一方面要加强源头改造实现分流或者建设LID措施减少进入合流制系统水量,另一方面要在末端配建截流设置保证旱天污水全截流和控制雨天CSOs溢流污染。

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    针对不同类型排口确定改造措施后,要进行综合梳理确定建设项目。首先,针对源头小区,结合小区情况,合理确定合流制改造、混接改造等要求。针对暂时无法进行改造的小区需要进一步提高年径流总量控制率等方面的指标,减少进入合流或者混接系统的水量,进而减少末端雨天溢流水量。同时为了更好地控制面源,也要提出具体污染方面控制指标,并对LID设施类型提出要求。其次,针对混接改造、直排污水等收集,以及提高污水系统效率,需要对污水管道进行完善和修复。最后,在河道两侧要结合污水直排截流、合流制截流等要求合理布置截流系统(截流管道和调蓄池等),设施布置要综合考虑下游管道和污水处理厂等能力,设置限流排放设施和就地处理设施,避免一边沿河截流一边厂前溢流。同时,针对雨水排放口要综合考虑坡度、河道两侧用地等条件限制,确定合理的雨水口处理设施。

    (2)内源治理方案主要包括两个方面,一方面是河道底泥清淤,另一方面是河道两侧垃圾处理。针对底泥清淤需要结合防洪、底泥有机质含量、河道两侧护岸和房屋情况等综合确定清淤深度,并结合河道宽度、水位等确定清淤方式。最后还要综合城市固体废弃物处置的整体规划确定底泥处置的场所,并结合河道两侧用地情况确定底泥临时脱水和安置区域。针对河道两侧垃圾处理,一方面要综合各方面工程进度制定河面垃圾打捞处理方案,另一方面要结合河道两侧城中村情况、城市垃圾收集转运相关规划,合理布置垃圾收集和转运设施,以保证垃圾有合理的出路避免污染河道。

    (3)生态修复方案主要包括两个方面,一方面是生态岸线的构造,一方面是河道内部生态修复措施。针对生态岸线要综合河道功能(是否防洪)、流速、两侧用地条件等因地制宜确定。针对河道内部生态修复措施也要综合河道流速、盐度等合理选择设施,避免后期运营中由于设施选择、植物选择不合理导致的相关问题。

    (4)活水保质方案要充分利用城市再生水、雨水等非常规水资源对河道进行生态补水,以保证其有一定的生态基留,对于近期没有条件利用再生水等进行补水的河道,可以进行河道内部水体循环并配备适量的临时处理设施,并与远期再生水补水体系进行有效衔接。同时,在补水中一定要坚持河道低水位运行,以提高水体自净能力,营造更好的河湖生态环境。

    3.2 利用海绵城市理念统筹解决城市水安全问题

    3.2.1 现状问题分析

    为了明确积水情况,需要通过历史调查和模型模拟评估进行综合对比分析,从而确定城市的内涝积水点,同时针对这些积水点,需要重点分析其分布、积水时间、积水深度、积水范围等因素。并结合模型模拟分析和现场探勘、座谈走访等确定其内涝成因。一般城市的内涝成因主要体现在3方面:一是不合理的城市开发建设,比如城市化进程伴随下垫面变化改变了自然的产汇流特征、城市竖向设计不合理导致人为低洼区、低洼地被侵占或建设用地阻碍了径流通道导致涝水无处安置或排泄不畅、城市开发填湖造地导致河湖面积和调蓄空间减少等;二是外部原因导致,比如城市下游河道的顶托或限排导致排水不畅、城市上游的外部客水(比如山洪)进入城市增大排水压力等;三是内部原因导致,比如区域蓄排能力不足、雨水管道能力不足、排水设施间的能力不匹配、收集(雨水箅子)与排放(排水管网)能力不匹配等多方面。其中,收集(雨水箅子)与排放(排水管网)能力不匹配、排水设施间的能力不匹配是大家经常忽略的问题,在现状分析和方案制定中要引起重视,要从系统的角度思考问题,不能单纯靠增大雨水管道解决问题,不提升收集能力雨水还是进入不到管道,不提升末端泵站、调蓄等方面的能力就算管道能够转输最总也无法排放。

    3.2.2 方案编制

    水安全方案要强调系统性,注重内外关系,减少下游顶托和上游客水的影响,在内部实现蓄排平衡,实现涝水的有效安置,形成源头、过程和末端的综合体系,并且通过多技术手段组合方案比选确定整体最优的方案。在方案制定中一定要从系统到局部,优先构建大的体系,再聚焦到具体积水点解决。比如萍乡万龙湾内涝区治理,就首先构建了“上截(分)、中蓄、下排”的综合体系(见图7),通过上有山洪拦截分流,中有玉湖、鹅湖等水体调蓄,下游泵站抽排等措施,有效减少进入城区的水量、削减了河道峰值流量、提升了河道排水能力,从而打通了区域排水“动脉”;其次,在针对局部积水点通过源头小区改造控制外排径流、雨水管道提标、局部调蓄设施建设等措施综合解决了具体积水问题;最后,通过构建管控系统合理调度进一步提高了系统的安全性。

方案编制

    3.3 系统统筹源头小区改造和建设

    3.3.1 源头建设条件分析

    为了更好地推进源头小区LID改造建设和切实提高居民的幸福感、获得感,需要针对建设区域的源头建设条件进行深入分析,主要包括技术可行性分析和居民诉求调研两个方面。针对技术可行性重点分析是否能够进行改造和是否需要进行改造的关键环节,调查方面主要包括:地块现状绿化程度高低和是否相对集中、阳台污水是否混接入雨水立管、雨水立管是否可断接至周边绿地、绿地是否可通过适当改造用于接纳周边雨水、屋面是否能做屋顶绿化、地下室比例以及顶板覆土深度等方面;居民诉求调研重点需要对小区环境提升和居民改造意愿进行调研,明确后期是否能够进行改造和是否需要增加改造内容,构建“海绵+”提升居民的获得感和满意度,具体调研内容主要包括:路面破损情况和改造意愿、积水情况、景观环境提升要求、停车改造要求、集中活动场地整理和提升要求、小区卫生环境改善要求、安全隐患消除希望等。

    同时,前期还需要对小区的物业情况和日常设施管理情况进行调研,为后期设施选用提供依据。

    3.3.2 源头建设方案

    改造项目根据建设要求、居民诉求、改造条件等综合确定建设类型和要求,并根据小区管理水平对设施类型进行优化,如果小区管理水平较高则可适当多安排一些需要维护管理的设施,如果小区管理水平较低则尽量避免需要维护管理的设施。

    4、建成区系统化方案的最终产出和反馈

    建成区的系统化方案的产出就是通过系统分析和梳理明确具体建设工程项目,提出近期可以实施的工程体系,明确解决问题需要建设那些工程以及工程的规模和要求、需要改造那些源头小区及其改造要求。方案最重要的反馈就是对后续设计的整体把控和具体设施设计的指引,在这个阶段需要工程等规模和要求,但是不会明确具体工程的方案,其工艺、设备等方面需要在下阶段设计中加以落实和细化。

    5、海绵城市系统化方案编制方法和要求的几点探讨

    5.1 注重新区老区差别,针对不同区域提出不同产出

    城市建设中城市规划建设区和建成区在编制系统化方案中应该有所差别。

    对于规划建设区应该以目标为导向,重点是明确管控要求,明确在区域开发建设中需要保护的自然本底和需要控制的竖向、地块指标。具体产出重点是如何将蓝线绿线等自然本底保护要求、将区域竖向控制和具体地块径流控制指标反馈到相关法定规划中,约束城市发展,避免城市开发对天然水文循环的冲击,减少城市涉水方面问题的发生。

    对于城市建成区应该以问题为导向,重点是确定解决涉水问题的工程和非工程体系,在上位规划的指导下结合区域特点和可实施性,提出解决问题的具体工程措施。具体产出重点就是明确工程项目清单,确定每个项目所承担的责任、具体要求和相关标准,将这些要求和标准反馈到设计之中,指导设计,避免项目之间的碎片化,有效解决区域现状涉水问题。

    5.2 梳理问题目标关系,结合编制目的明确工作内容

    海绵城市系统化方案的编制是为了更好促进规划设计的衔接,为了明确工程与效果之间的关系,需要在梳理源头、过程、末端之间关系,明确建设的指标和工程的要求的基础上,合理确定编制内容:

    (1)定边界。需要把“源头减排、过程控制、系统治理”之间的关系梳理清楚并进行综合统筹,明确其在系统内的作用和定位。

    (2)定指标。根据建成区需要解决的问题,明确各个系统和市政设施的建设标准。在标准制定时,要从解决问题、系统最优出发,而不是简单照搬规范要求。根据规划建设区的建设目标,确定区域的自然本底保护和竖向管控要求,并明确源头项目的水量、水质控制标准以及其他建设要求。

    (3)定工程。根据确定的指标,结合可实施条件,分别从水生态、水资源、水安全、水环境几个方面明确具体设施要求。同时,针对具体建设项目,将四个方面的要求进行综合统筹,最终确定项目和设施的类型和具体建设要求。

    5.3 保障项目科学合理,强化调研分析重视三个方面

    5.3.1 摸清本底、找到初心

    在编制系统化方案时,首先要对区域的本底条件进行摸排、分析,找到城市或者区域进行海绵城市建设的初心(核心目的),使方案能够围绕这个初心的达成开展。

    对于规划建设区,以目标为导向,要梳山理水明确本底,再以此为基础指导造地营城,实现水促城市发展、城护河湖水脉,保证人与水、城与水的有机结合和协调发展。在此过程中,就需要分析天然降雨—径流关系、明确城市天然低洼地和径流路径等分布。在方案制定中,根据自然本底条件,明确城市需要在开发过程中保留的河湖水体、低洼地等并明确保护的具体要求、形式和相关工程,通过整体竖向的管控和低洼地的保留保证降雨径流的合理安置,通过对地块水量和水质指标的管控实现城市发展对径流流量和污染量的有效控制。

    对于建成区,以问题为导向,要对内涝积水、黑臭水体、水资源短缺等方面的问题进行细致的调研和分析,并且系统梳理造成上述问题的原因,利用监测、模型等技术手段进行定量分析以确定造成问题的各个原因之间的关系和主要原因,为后续方案制定奠定基础。

    5.3.2 系统思维、统筹思考

    在方案制定中,不能“头疼医头、脚疼医脚”,要从“源头减排、过程控制、系统治理”三个方面进行统筹考虑。在编制过程中要从解决问题、统筹关系、梳理边界、理清体系几个方面注重和提高系统性。在解决问题方面,需要在源头小区、过程中的管道调蓄等设施、山水林田湖的系统之间寻求合理的组合,综合统筹以达到经济高效、落地可行;在统筹关系方面,需要统筹好内涝、水体黑臭等问题对不同单体项目的要求,以使具体建设项目达到同时解决内涝和黑臭等多个问题的系统性最优的要求;在梳理边界方面,需要理清源头、过程、末端的每个项目之间“责任分担”,明确不同项目的“职责”,以指导后期的设计;在理清体系方面,需要梳理清系统内部的关系,如污水系统中污水处理厂、干线系统和CSO截流调蓄的关系,使之规模衔接、匹配。

    5.3.3 定量决策、模型支撑

    为了提升方案的科学性,必须要利用模型进行定量分析,分析确定好各个设施和项目在系统中的“职责”,从而为设施规模确定奠定良好的技术基础。在具体方案编制过程中,要将地形、地貌、管网、河道、下垫面等信息输入模型,选择不同的降雨情景进行模拟,分析不同情境下的内涝风险、污染物排放情况、雨水资源利用情况等。通过多情景、多目标的模拟分析,为制定方案提供支撑。

    海绵城市建设是一个系统工程,为了有效破解目前海绵城市建设中的目的不清、缺乏统筹、碎片化建设、项目混乱等问题,需要提升整体建设的系统性,加强项目的落地性、可实施性,确保绩效考核的科学性和可操作性。除了针对目前规划设计进行优化,编制海绵城市建设系统化方案外,更应该在现有的规划设计中,注重系统性,无论是专项规划中的近期建设规划还是项目设计中的总体设计,都应该进一步强化系统性、提高科学性、增加综合性,为顺利推进海绵城市建设提供科学有效的技术支撑体系。

    当然,由于海绵城市建设系统化方案编制涉及资料多、内容多,目的和要求高,技术手段复杂且方案深度不好控制,因此其编制的相关方法和手段还需要进一步总结经验和探索研究,从而提炼升华、完善优化。本文中笔者结合近年来自身编制工作中的一些经验和思考为大家提供一些借鉴和参考,希望通过大家共同努力进一步提高海绵城市建设中规划设计的水平。

责任编辑:童志威

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