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新西兰vs中国:海绵城市建设关键参数内涵亟待明晰

时间:2018-09-13 13:51

来源:中国给水排水

作者:章卫军

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摘要:海绵城市的规划、设计、考核评估多以实现一系列关键的管控指标为目标,以保持“自然”特征,取得期望效果。本文对新西兰水健康雨水管理实践和核心指标进行了深入研究。结果表明,目前海绵城市建设存在困境的根源在于对关键技术参数理解不足,从而导致普遍的指标分解依据不足,方案缺乏说服力,与专项规划也不好衔接。本文希望引起业内人士的认真思考。

1  水健康指标理论背景

城市开发改变下垫面条件,引起微水系、产流、汇流、径流污染特征的改变,从而损害水生态系统,破坏“水健康”。河道生态系统健康状况采用塑造河道断面特征的流量来评估,具体包括:生态流量、河道基流、造床流量、漫滩流量,各自的含义及意义如下:

生态流量:维持河道内水生生物生存和生物多样性,保持河道生态系统基本结构与功能所需的最小流量。

河道基流:河道常年能够保持的最小流量。

造床流量:指多年水流与河道冲刷、淤积动态平衡过程,形成河道断面形态的特征流量。由于河道自然断面形态的复杂性,造床流量是一组特征流量,国际上用有效流量、漫滩流量和重现期流量组合表示。造床流量实际上是一些较大但又不是最大的洪水流量。

漫滩流量:河道水位达到河边滩高度时的流量。是水流在河槽内河道能够承受的最大流量。

图1‑1年径流过程中不同特征流量分解示意图

城市开发过程中雨水系统设计不当导致的溪流、河道特征流量变化,将进一步影响城市水生态多年形成的自然平衡关系。同时,城市雨水径流在汇流过程中,会携带道路、广场、商业区、居住区等区域地面产生的多种悬浮物、泥沙,以及附着的微量金属、营养物、油脂类、细菌等污染物进入自然水体,损害河湖水健康。

综上,河道特征流量和城市径流污染是影响河流生态、自然健康的关键参数。其中,河道特征流量,从属于降雨量,同时受流域水文水力条件的影响,为次生因子;城市径流污染的控制也受降雨量的影响。

因此,降雨量的控制是获得河道水生态和环境健康相应特征流量指标最有效,也是最容易理解和应用的手段。国际上通常采用降雨量作为控制参数,通过控制频发的小降雨事件,控制径流污染,补充地下水,维持下游河道生态流量和河道基流,改善水质条件;通过控制多种设计暴雨,保持河道造床流量,维护河道形态特征。

2  奥克兰水健康雨水管理指标定义

作为新西兰最大的城市,奥克兰经过20多年的实践、研究,规划体系和技术导则的动态更新,已形成一套较为完整的管理体制和技术体系。

奥克兰在清晰的法律法规框架、渐进的科学规划、合理的技术指标体系建设及技术导则指导下,通过构建多个核心水文参数指标恢复开发前水文状态,就地消减污染物,减少洪涝灾害频率,缓解土地开发带来的系列水环境问题,维持水健康。

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图2‑1奥克兰水健康雨水管理体系

奥克兰水健康管控的指标体系将雨水管理目标分解为水质、生态、水量三个方面。通过对不同量级的24小时设计降雨量的控制,实现水质保护、生态缓排、径流峰值控制的指标。

(1)水质保护指标

水质保护指标是指为实现水质保护目标所需要控制的24小时设计雨量,设定为90%(某些区域95%)场次控制率相应雨量产生的径流,不同地区的该数值大约在24-34mm之间。按照此设计降雨,计算得出的调蓄容积称为“水质保护容积”。

(2)生态缓排指标

生态缓排指标是指为实现水生态保护需要控制场地雨水缓慢排出的24小时设计雨量,设定为95%场次控制率相应雨量产生的径流,大约在32-48mm之间。工程中一般利用雨水源头调蓄设施,通过出口排水流量控制实现缓排,此功能所需要的调蓄容积,称为“生态缓排容积”。

(3)峰值控制指标

峰值控制指标是指为实现场地设计暴雨径流峰值不大于开发前的24小时设计雨量。规定控制2、10、100年(部分区域)一遇24小时设计暴雨外排流量峰值不大于开发前。

工程中一般利用雨水源头调蓄设施,通过排水设施流量控制实现不同设计频率的峰值削减。实现此目标所需要的调蓄容积,称为相应设计频率的“峰值控制容积”。

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图2‑2奥克兰水健康管控指标

3  径流总量控制率与奥克兰雨水管理指标异同分析与启发

3.1相似性比较

我国《指南》定义的年径流总量控制率与奥克兰年场次控制率的计算方法有诸多相似性,也存在一定差异。

对多个城市的30年逐日降雨数据进行分析,获取各城市70%、75%、80%及85%雨水年径流控制率对应的年降雨场次控制率。

结果显示,70%-85%的年径流控制率对应的降雨场次控制率大致在70%-88%之间。由此可见,我国采用的径流总量控制率标准略低于奥克兰采用的最基本的水质保护指标。

我国采用的径流总量控制率与新西兰的雨量场次控制率,虽然计算方法不同,结果略小,但能一一对应,本质一样,都是为了管理大量小雨事件和大雨事件的初期降雨量而估算的一个指标。

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编辑:汪茵

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