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对海绵城市建设中排水分区相关问题的思考

时间:2018-12-03 14:32

来源:中国给水排水

作者:杨正,等

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导语:合理划分排水分区是海绵城市建设中一项重要的基础工作。进一步梳理了排水分区的定义,简要分析、总结了排水分区在美国城市雨水管理与我国海绵城市建设中的重要作用,对排水分区的划分方法进行了阐述,包括基础数据分析与现场踏勘,排水分区划分的主要分类,排水分区的边界确定,排水分区划分的精度探讨,以及排水分区的连接性分析,并对其中不同情况涉及的相关问题进行了分析。

以构建现代城市雨洪管理体系为核心的海绵城市建设正在全国范围内积极推进,重点解决城市洪涝、径流污染、合流制溢流污染等城市雨水与水环境综合问题,需要构建包含源头控制、排水管渠、超标雨水径流控制等综合系统,并协调衔接污水、水利防洪等系统。实践中,区域洪涝、水体黑臭等问题边界条件的识别、区域雨水径流综合管控系统方案的制定、海绵城市建设效果的评价等多方面工作,都需要以排水分区为基础开展。因此,综合考虑不同城市和区域的不同条件,合理划定排水分区,对海绵城市建设的有序推进具有重要意义。

本文讨论的排水分区主要针对海绵城市建设重点涉及的城市雨水排水系统与合流制排水系统。

1排水分区的定义

排水分区一词常用于城市市政与小区排水管渠系统的规划设计,主要指雨水径流沿地表与管渠相对独立汇集排放的区域;而从突出地形地貌等对雨水汇流过程的影响,以及突出某设施汇流服务范围的角度,如针对超标雨水径流控制系统、生物滞留等源头减排设施的设计时,也常称之为汇水分区。因此,排水分区与汇水分区二者名称不同源于其侧重的角度不同,但在实际工作中,往往需要统筹考虑不同情况下雨水径流的汇集与排放过程,排水分区与汇水分区并无严格的界限,本文以下统称为排水分区。

在英语中,Watershed, Catchment, Basin皆可用来表示排水分区/汇水分区,通常可以互用,没有严格的区分,此外,部分设计手册中以Sewershed表示有排水管网覆盖的城市排水分区。

对于自然水文过程,从降雨发生至径流的形成和汇集主要分为填挖入渗、产流与汇流、渗透与蒸发三个阶段,地形地貌与河湖水系格局则是影响自然水文过程的主要因素,也是自然未开发区域和管渠较少区域排水分区划分的主要依据。城市建设会一定程度改变原有的自然地形地貌和水系形态,城市中建筑、路网与排水管渠等基础设施的建设都会改变自然的径流汇流过程,如图1所示。因此,针对城市建设区域,需要结合城市雨水径流沿地表与管渠的实际汇流排放路径划分排水分区,具体划分方法详见后文。

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图1 城市开发前与开发后地表水流过程示意

2美国城市雨水管理基于排水分区管控

2.1 雨水系统排放许可制度中对排水分区的要求

美国的NPDES(National Pollutant Discharge Elimination System)体系是基于清洁水法(Clean Water Act)的要求,在国家层面制定的针对水污染管控的污染物排放许可制度。美国环保局EPA在2007年发布了NPDES基于流域视角的技术指南与实施指南,旨在以流域为基础来分析点源与非点源污染物排放情况,并制定相应的管控策略。

针对城市雨水系统的排放许可(Municipal Separate Storm Sewer System (MS4) Permits)是NPDES的重要组成部分,在该体系下对区域雨水径流进行综合管理,要求申请人在许可申请前必须制定相应的雨水管理计划(Stormwater Management Program Plan),计划的主要内容包括了公众参与和教育、污染物违法排放的督查与控制、新建与改建工程中雨水径流的管控、后期的维护管理、监测与评估等。

其中,依据区域排水口、管网、水系等相关资料,并结合现场踏勘绘制区域最新的雨水系统图(MS4 Mapping),是雨水管理计划中明确要求的重要内容。在雨水系统图中,需要明确雨水系统排水口位置、对应排水分区范围、区域内的管渠、泵站、调蓄池等主要雨水设施,以及主要用地类型等相关信息,且需要根据区域的建设情况对涉及的雨水系统信息进行定期更新。在此基础上,分析各排水分区内是否存在管网混接等导致的污染物违法排放等问题,根据问题严重程度确定进行优先控制的排水分区(Priority Catchments),并制定相应控制策略。若排水分区末端受纳水体被美国EPA认定为受损水体(Impaired Water),则需要以排水分区为基础进一步制定雨水系统的污染物削减计划(Storm Pollution Reduction Plan),对雨水系统的污染物排放进行管控,同时需要符合该受损水体的TMDL计划中对污染物排放的总体要求。

2.2 排水总体规划中基于排水分区的径流峰值管控

针对城市排水防涝,美国基于流域管理理念在不同区域设置有城市排水与洪涝控制区(Urban Drainage and Flood Control District),旨在结合所在区域的特点,针对城市排水与洪涝问题进行统筹管理,制定相关政策与技术手册,并安排相关工程项目。其中,编制区域的排水总体规划(Urban Drainage Master Plan)是很多地区正在推广实施的一项重要工作,例如,科罗拉多州城市排水与洪涝控制区根据其所辖范围内主要水系划分了43个主要流域,要求自2016年开始至2020年,在五年时间内完成全部流域的排水总体规划。城市的开发建设需要依据所属流域排水总体规划要求的水系允许排入径流流量,对上游对应的城市不同排水分区进行径流峰值流量排放管控,并需要以此为依据在“地块—排水分区—流域”不同尺度内设置相应的集中或分散调蓄设施。管控思路如图2所示。

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图2 基于“地块—排水分区—流域”的径流峰值管控示意

编辑:王媛媛

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