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海绵城市建设实际案例与探究-嘉兴市

新闻来源:山东智信环保   发布时间:2016-06-28 09:16  点击:
1    嘉兴海绵城市建设难点
1.1    河道水质改善难度大
嘉兴市五水共治排水管网普查结果表明,雨污混接现象严重:普查包含的64条道路上排水管线长约441km,而雨污混接现象达到1310处,即平均达到近3处/km。雨污混接已经成为城市水体水质较差现象的主要原因。
相关课题(嘉兴市“十二五”国家重大科技水专项课题《河网城市雨水径流污染控制与生态利用关键技术研究与工程示范》)在2011年至2014年三年的7至9月份间,对嘉兴市区的10场降雨的初期径流雨水水质进行了取样检测,检测结果显示,嘉兴市初期雨水COD浓度主要在100~400 mg/L,氨氮浓度主要在1.5~3.5mg/L,总磷浓度主要在0.3~1.2 mg/L,SS浓度主要在200~1000 mg/L。同时,随着污水治理力度的加大,污水入网率逐步提高,初期径流雨水污染物对河道污染的贡献率也将日益增大。因此海绵城市建设过程中,雨水污染的控制亦是关键。改善水环境必须治理雨污混接的点源污染和初雨径流的面源污染,水质改善任重道远。
1.2    土壤渗透能力差
嘉兴市的地下水位以上的土层基本以杂填土和淤泥质粘土为主。一般来说,工程建设过程中,杂填土不予利用;而淤泥质粘土常作为道路路基、绿化土壤进行利用。经实测,嘉兴的淤泥质粘土的渗透系数基本为10-5cm/s左右。按照《指南》,狭义下沉式绿地的下沉深度为10~20cm,并在设施维护中提出 “下沉式绿地当调蓄空间雨水的排空时间超过36 h时,应及时置换树皮覆盖层或表层种植土”,即要求下沉式绿地调蓄空间雨水的排空时间不宜超过36h。而嘉兴下沉式绿地多数不可避免地要以淤泥质粘土为基层,按照其土壤渗透能力计算,则普通下沉式绿地排空的时间需要13.4至23.1天才能排空,这显然是达不到海绵城市建设要求的。
1.3    地下水位高
嘉兴地势低洼且平坦,一般城市道路、小区、绿地地坪标高为2.5~3.0m。河道常水位在1.0至1.2m,地下常水位为1.5m左右。在嘉兴建设下凹式绿地时,不可避免地会有局部地区渗透面距地下水小于1.0m情况。此外,因嘉兴地下水位高,园林建设部门为了保证植物的良好生长,多采用堆高绿地地坪的方法保证植物根系不被地下水浸泡。因此在嘉兴建设下凹式绿地时,地下水位高成为桎梏。
1.4    非传统水利用阻力大
嘉兴地处南方,并非一极度缺水城市。和其他缺水城市相比较,嘉兴无论是水资源费、自来水费均明显偏低。因此,再生水回用和雨水利用的阻力较大。
2    嘉兴市水环境特点
2.1    水环境不容乐观
嘉兴的本地人均水资源量仅约580 m3,但每年上游来水为本地产水的3倍,过境水量大。因上游和自身污染的双重影响,加上平原地区水流速度小导致自净能力差,水体水质不断恶化。2010年以来,随着水环境保护日益重视,水环境恶化的势头得以遏制,但水体水质仍劣于2000年水体水质。随着浙江省五水共治工作的展开,水环境有好转趋势,2014年分别对嘉兴市80条河道、8个湖荡,共128个水环境监测断面进行地表水资源质量评价,按监测断面评价,全年期III类水体占2.3%,IV类水体占29.7%,V类水体占37.5%,劣类V类水体占30.5%。虽然水质有所改善,但仍然远未达到水功能区要求。
2.2    水生态不断恶化
嘉兴河网密布,现状水面率为8.89%。城市发展过程存在逐步填河、破坏水生态的过程。以嘉兴最早的2.3km2的城中片为例,在民国时期有14条河流,水域面积近23万m2,如今该片区内部河道已经全被填。城市建设时往往把河道驳岸建成硬化不透水材质,阻隔水陆生物交换,影响生物多样性。以18.44 km2的海绵城市建设示范区为例,水域面积占比13.57%,而生态护岸长度仅占总长99.7 km总岸线的26.88%;示范区水环境恶化后,造成动植物品种单一。
随着城市快速发展,城市的不透水下垫面比例逐步攀升,截至2015年,嘉兴的104.35km2建成区内,不透水下垫面(全硬化)面积56.01km2,弱透水下垫面(绿色屋顶等)面积达到6.89 km2,不(弱)透水下垫面比例占比约60%,严重影响了城市的水文循环。
2.3    水安全依然堪忧
嘉兴的洪涝灾害一方面因是本地强降雨引起的内河水位上升,排水系统无法及时排放,另一方面原因是上游的洪水造成水位抬升所致,后者是主要因素。因此嘉兴中心城区在2002年建成了大包围防洪工程,具备了100年一遇的防洪标准和30年一遇的排涝标准。据模型预测分析,30年一遇的降雨条件下,嘉兴市城区内涝高中风险区域占比约27%,局部地区如城中片更是达到40%。因此,嘉兴在城市内涝方面局部地区仍然存在风险。
嘉兴市石臼漾水厂和南郊河贯泾港水厂的饮用水水源地均为嘉兴市区内部地表水源,水源水质较差,不能满足饮用水水源水质要求。两个水厂目前虽均设水源湿地预处理,但水源湿地的运行效果受温度、气候的影响较大,无法实现一级、二级保护区水质分别达到Ⅱ、Ⅲ类标准的要求。因此,嘉兴市区供水安全存在较大隐患。
3    嘉兴海绵城市破解之迷
3.1    配套政策措施
嘉兴作为水质型缺水城市,应出台相关配套政策来推动非传统水的利用,从而实现从源头减少污水产生的总量。提高河道取水水资源费是非常关键的配套政策。2014年统计数据表明,嘉兴市区自备水量为19.92万m3/d,这还不包括未进行备案的少量企业。对嘉兴市城东再生水厂进行了现金流测算,再生水售价达到1.8元/ m3,水厂即可实现一定的收益率。若将工业自来水费、河道取水水资源费适当进行提高,同时配套部分其他奖励政策,则可大力推动非传统水的利用。
3.2    削减径流污染
嘉兴的海绵城市建设重点方向应为水环境保护。随着五水共治推进,污水入河现象将减少。因此削减径流污染、控制面源污染显得尤为重要。考核要求“海绵城市建设区域内的河湖内的河湖水系水质不得低于《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准”。嘉兴目前河道水质超标主要为氨氮和总磷,因此对雨水入河的这两项指标更应严控。相关研究表明,雨水径流经过土壤过滤后,COD、氨氮、总磷基本能削减30%以上。实验对嘉兴2016年3月8日的两个不同的采样点的雨水进行了水质分析,分别测试了过滤前和过滤后(滤纸孔径为0.2μm)的雨水COD,以研究雨水中SS对COD的贡献率[贡献率=(COD滤前-COD滤后)/ COD滤前)×100%]。结果表明,SS对COD的贡献率较高, SS每削减1mg/L, COD相应能削减0.3mg/L以上。另外实验研究结果表明,添加剂为15%净水厂污泥颗粒填料种植土的生物滞留带对氨氮的削减率为35%以上、对TP削减率为40%以上。因此嘉兴在海绵城市建设过程中可参照相关规范,提出雨水径流污染物SS削减60%以上,COD、氨氮、总磷削减30%以上的要求。
3.3    选择合适植物
嘉兴的地下水位高,因此在狭义的下凹式绿地和生物滞留设施中对于植物的选择非常重要。部分景观设计师对此产生误解,认为在此场合需配置水生植物。该设计方法一方面会造成冬季植物枯萎影响景观,另一方面会因旱季缺水导致植物生长不利。事实上由于嘉兴降雨间隔短,设计一般考虑低影响开发设施在24小时之内将水排干。因此,狭义的下凹式绿地和生物滞留设施并不存在长期泡水现象。植物选择时主要配置耐湿植物即可。同时要考虑季节变化的景观效果,注意搭配常绿、开花、落叶的耐湿植物,也要考虑草本、灌木、乔木的高低层次效果。值得注意的是,由于乔木的根系较深(会降低设施的渗透效果),一般建议在狭义的下凹式绿地和生物滞留设施中配置少量的乔木,且主要选用香樟、水杉等耐湿植物。
3.4   增强土壤渗透
《指南》指出“海绵城市建设应遵循生态优先等原则,将自然途径与人工措施相结合”。城市建设过程中,必然减少了不透水的表面积。为了维持和开发前的水文状态,必须要加入人工措施。嘉兴的渗透主要依靠复杂型生物滞留设施,按照《指南》中的做法,复杂型生物滞留设施的渗透能力主要取决于换土层。对嘉兴的淤泥质粘土进行改良并增加入渗能力,以此作为换土层。选择既经济又高效的添加剂成为研究重点。
实验以嘉兴本地淤泥质粘土为基质,采用不同成分作为添加剂形成土壤组分比较,添加剂包括15%净水厂污泥颗粒填料、15%陶粒、40%中粗砂、15%珍珠岩、15%瓜子片共计6种方法。测定不同土壤的渗透系数后发现,掺中粗砂、珍珠岩和瓜子片的土壤,其渗透能力基本未有实质性的改善,而掺陶粒的土壤,渗透能力约是原来的28倍,掺净水厂污泥颗粒填料的土壤,渗透能力是原来的78倍。按照市场的价格,净水厂污泥颗粒填料比陶粒更经济,且体现了循环经济的理念。此外,根据国外相关文献研究,净水厂污泥颗粒不仅土壤渗透能力强,而且还具有相当强的脱N除P效果,因此,嘉兴在海绵城市建设时优先选取净水厂污泥颗粒填料作为改良土壤的添加剂。


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