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“灰绿”结合的雨水利用设施—湿地结合泵站规划设计初探

更新时间:2009-03-28

1 引言

本文将风景园林规划设计与城市总体规划、城市控制性详细规划、城市排涝规划、城市防洪规划等上位规划进行统筹考虑,利用雨水泵站现状及规划用地的立地条件,满足城市空间需求、排涝需要与水系生态保护要求,将绿色基础设施——“雨水湿地”与传统灰色基础设施——“雨水泵站”进行有机结合,使之成为具有过滤净化、收集缓冲功能的弹性设施。

我国是严重缺水国家,人均水资源占有量排在世界109位,仅为世界平均水平的四分之一,被联合国列为世界13个贫水国家之一。水资源的紧缺、地下水的超采,都会限制城市发展,影响城市生态安全。降雨是补给地下水的重要来源,而一直以来在城市建设密度极高的地区,雨水以“快排”作为主要目的,严重影响了水文循环。这不仅是对雨水资源的极大浪费,初期雨水中所包含的大量污染物也随之进入河流,对河流水系的生态系统造成了非常大的影响和破坏。传统的应对雨水的方式如雨水管网及泵站,被称为“灰色基础设施”,是不可或缺的排涝设施。但由于一度无序的城市建设,违章占用,设备、设施养护不及时造成的下水口堵塞、管网老化,导致设施排涝能力不足,在暴雨来临时未能有效疏导,使多个城市发生了“看海”等现象,由此造成了巨大损失。传统方法是对“灰色设施”进行升级,但这会给城市的河道防洪带来更大压力,不能从根本上解决问题。

近年来,“海绵城市”理论的兴起,正是体现了我国对城市洪涝灾害认识的提升,对雨水资源和城市生态环境保护的重视。在这样的大背景下,我们从自身行业特色出发,寻找一种有效、可持续的雨水利用方式,以全新的视角解决曾经困扰城市安全的问题是十分必要的。

2 研究背景

2.1 研究背景

基础设施(infrastructure)是指为社会生产和居民生活提供公共服务的物质工程设施,是用于保证国家或地区社会经济活动正常进行的公共服务系统。在传统意义上,是泛指以市政类设施作为本体。近年来由自然区域构建的“绿色基础设施”以其弹性大、可持续的特点为人们所熟知。传统的市政设施作为城市建设发展的必要条件,承受了城市建设的巨大压力。绿地作为绿色基础设施,虽然在消纳雨水径流、增加透水面、净化雨水等方面起到了一定作用,但缺乏针对性的统筹规划。

以“快排”作为传统的雨洪管理思路是以防灾为目的,将雨水在最短的时间内从城市建设地块输出至河流、湖泊等水体。随着城市化进程的发展,这种理念已经无法满足现代城市的需求。特别是在越来越严重的汛期雨水径流问题面前,市政雨水设施能力不足的问题暴露得更加明显。受到市政设施本身“整体不可分性”的特点(即末端管网、泵站的能力提升连带支端及整体设施的提升)与当地的历史、经济、社会等多方面的限制,绝大多数城市在已建成区内很难在短时间内对现有排水管道进行彻底的升级改造。

酸性氯化铜蚀刻剂,主要成分为氯化铜(CuCl2)和稀盐酸(HCl),其原理与碱性法类似:利用二价铜(Cu2+)的络离子将铜版氧化为一价铜(Cu+),实现腐蚀作用,并通过补充氧化剂(如双氧水、氯酸钠等)实现溶液的再生利用。酸性氯化铜的腐蚀速度很快,侧蚀程度非常低,也更为耐用。但制版过程会释放盐酸气体,有一定危害。

2.2 研究目的

灰色基础设施难以升级改造,而绿色基础设施需要在宏观条件下架构绿色空间网络,并有针对性地统筹规划进行联通,难以快速实施见效。面对这一现状,将绿色基础设施中可积存、净化、下渗的雨水湿地结合城市雨水泵站等“灰色基础设施”进行规划改造,将雨水径流的收集与雨水湿地的净化、消纳作用联系在一起,可以有针对性地解决局部地区的雨水问题。可根据设施本体及系统所处的位置,具体分析解决方法,是一种有针对性的解决方式,可节约城市管理成本。

2.3 研究方法

由于规划设计时,国内尚未有相关灰绿设施结合的建成案例,因此在规划研究初期,笔者参考了市政设施处理收集雨水径流与排入河道的方式,结合国内外相关雨洪管理经验,试图探索出一条具有可实施性的灰绿结合的雨水利用设施体系。

3.2.3 植物选择

  

图1 技术路线

蓄水深度及容积:一般人工湿地的深度根据所栽种植物种类及根系生长深度确定,为保证必要的好氧条件,建议湿地深度不超过60厘米[5],因此容积可达720㎥-1440㎥。当降雨汇集流量超过自流管出水量后,调蓄池水位继续上升,至溢流出水水位后直接排入受纳水体。因此即便雨量超过设计规模,仍能将初始冲刷的径流都能得到处理,但受到植被对于耐水淹的影响,湿地内积蓄的雨水应在24小时内排出。具体到各分区地块则应根据相应的非渗水表面面积比例进行相应计算设计。

通过建设雨水湿地,可在雨水排放前进行削峰、降速、净化。但由于建设雨水湿地受到场地条件、用地权属的多重限制,结合规划公园绿地进行建设可以避免很多用地问题,按按泵站所处位置不同分为堤内绿地与堤外绿地。

  

图2 城市雨水收集排放流程示意图

3.2.1 规划条件分类

现有两种主要的绿色基础设施可用于雨水净化,分别是以净化为主体的人工湿地以及以积蓄渗透为主的洼地——渗渠系统[2]

在工作流程上,人工湿地前置调节池作为雨水收集场所,雨水经过湿地进行净化、沉淀处理,通过排水设施进入河道,可以有效地削减污染物,并能够降低径流总量和峰值流量;洼地——渗渠系统则自带贮水场地,通过渗水管道进行下渗,超标雨水则通过雨水管排入河道,具有较强的补充地下水能力及削峰能力。两者之间各有优势,但同时也存在一定的缺点。人工湿地由于净化主体为植物及土壤,净化处理能力受环境、维护等多方面要素影响,需长期维护。洼地内的渗透塘适合建在土壤透水性较好、地下水位较低的区域,地下水位较高,会限制渗透和过滤设施的使用,同时渗透塘的建造成本较高、维护相对困难。综合比较,洼地——渗渠系统具有一定的局限性,且建设、维护成本较高,而人工湿地在净化上具有难以替代的优越性,因此选择人工湿地作为结合灰色基础设施进行改造的技术手段。

雨水湿地可根据净化处理方式分为表流湿地和潜流湿地。表流人工湿地具有投资省、操作简单、运行费用低等优点,但夏季易滋生蚊虫,处理效果较低;潜流人工湿地保温效果好,能充分发挥湿地的空间,使得植物、微生物和基质三者协同作用。北方地区,表流人工湿地处理效果受到温度影响较大,潜流人工湿地往往会出现基质堵塞现象,因此适合以表流——潜流组合形式对水体进行处理。前置的表流人工湿地去除悬浮物,后置的潜流人工湿地进一步去除污染物。

霍西煤田义棠矿位于晋中介休市义棠镇刘屯沟,井田东西长7.350 km,南北宽3.800 km,井田面积17.726 3 km2。区内构造较为简单,主体构造大西庄背斜为一闭合而完整的背斜,走向为北西-南东,发育17条小型正断层,断层倾向以NW向为主,NEE向次之。F3断层落差为40 m,其余断层均落差较小,变化范围为5~12 m。断层延伸长度变化较大,最长为F7断层,延伸长度2 450 m;最短为F13断层,延伸长度250 m(图1)。含煤地层为太原组、山西组,地层平缓,倾角5°~15°。

在规划层面上应结合总体层面的《城市总体规划》、《城市控制性详细规划》,市政方面的《城市排水专项规划》以及《城市防洪规划》等规划进行统筹考虑。城市总体规划与城市控制性详细规划为规划设计提供用地及控制指标,城市排水专项规划则对雨水分区、雨水设施(泵站)的占地位置、规模,排水能力有详细设计。最后结合城市城市防洪规划,将城市降雨量及雨水受纳水体的设计流量与防洪等级纳入统筹考虑。实际进行细化设计时,则需结合场地测绘、地质情况、泵站处理能力、现状积水点等对场地本身进行调查研究,找到急需改善的重点地区,进行有针对性的详细设计。

3 规划设计分析及建设导引

3.1 规划设计依据

分别以ALDH2野生型(G/G)与ALDH2基因非野生型之间进行比较分析,结果显示杂合子基因型和变异型纯合子并未增加OSAHS的危险性,差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

3.2 建设导引

2.3.3国内外相关技术流程解读

依据雨水泵站及其周边现状、规划用地情况,可将雨水泵站周边按用地条件分为三类,见表1:

2.3.3 临床资料的延伸:已经获得的临床资料,通过临床思维有时需要向空间和时间延伸。例如有1例顽固性低血钾症患者,伴有促肾上腺皮质激素(ACTH)增高,进一步检查发现患有小细胞肺癌。原来原发病是小细胞肺癌,并发异位内分泌综合征,继发性低血钾。另有1例气急、肺部阴影的患者,还有关节痛。根据这个思路延伸,最后确诊为胶原系统疾病。有时根据目前的临床资料需要追溯以前的信息。有1例肺部块影患者,经纤维支气管镜肺活检病理诊断为肺恶性淋巴瘤。追问病史8年前肺部块影手术切除,术后病理为“炎性假瘤”。将8年前切除的组织标本重新检查,也是恶性淋巴瘤。

 

表1 泵站分布与湿地建设建议

  

编 号 1 2 3泵站位置已硬化城市建设密集区新建在建城市建设区规划绿地内分布情况建议以老城区为主以新城区为主以公园绿地及滨河绿地为主建设分析占地小,硬化面积大,临近绿地已建成项目多,可改造空间小,较难改造建设。泵站用地较为局促,湿地面积难以保障。有一定的改造空间,需要结合实际需求。在积水较严重地区可酌情进行改造设计。结合滨河绿地进行堤外雨水湿地建设。结合河道绿地进行堤内雨水湿地建设。

现有雨水排水系统是将雨水经雨水管道收集至泵站进行提升,再通过市政雨水管道快速排入河道,见图2。这一过程以快速收集及外排为主,下渗空间较少。雨水进入泵站后加压排出。这一过程的缺点是未能在收集过程中对雨水径流进行净化,尤其是初期(屋面雨水、路面雨水)径流中的污染物,其中COD(化学需氧量)及TSS(总悬浮固体)为主的含量均超过城市污水排放的四类水[1],直接排放会对地表水造成严重污染。传统管网、泵站收集排放过程具有排水量大、水流流速大、地面径流污染水体的缺点,这是我们需要集中解决的问题。

堤内雨水湿地与堤外雨水湿地都利用雨水湿地作为积蓄、净化,最大的不同在于出水方式,堤内以溢流堰作为出水方式,堤外则需结合排水管道将净化后的雨水排入河道。具体流程及断面形式可参考图3、图4。

  

图3 堤内雨水湿地工作流程及平面、断面设计示意

  

图4 堤外雨水湿地工作流程及平面、断面设计示意

3.2.2 建设规模估算

湿地表面积:湿地建设的规模计算需要多种要素的结合,受到气象、土壤、污染物、植物及汇水区面积、非渗透地面面积比例等多种参数影响,计算过程非常复杂。在规划阶段,可依靠经验计算法进行估算。人工湿地的规模可以采取汇水区面积百分比(WWAR)法,通过汇水面积及Kadlec研究WWAR的取值在1%-5%范围内的百分比进行计算[3]。规划研究所抽取的相关雨水分区的汇水面积,如汇水面积在8公顷时,人工湿地表面积通常是按支流汇水面积的1.5%-3.0%[4]计算,即该雨水分区内的湿地面积应满足1200—2400平米。

2.3.2 城市雨水收集、排放流程研究

2.3.1 技术路线

对于生产产品质量较高的农户来说,要不断推进农业合作社的改革创新,加强合作社的标准化管理生产模式和品牌建设。拓展农产品精深加工产业,不但可以提升产品质量和安全,产品的销路也能够得到保证。不同地区有不同的农业对策,根据不同地区的气候、地理条件、发展情况合理制定不同的生产销售模式。同时合作社管理者需要根据不同的经济发展条件及时变更销售策略,及时为农户找到适合的销路,不浪费管理资源,做到实事求是。根据各地的经济差异,规划农业产业化模式的普遍适用性也是有必要的,但同时农户又具有异质性,产品质量是销售的关键因素。要把产品质量当作农户异质性的标志,这是推进合作社工作发展的必要途径。

人工湿地在建设过程中应广泛采用本地植物,既能降低建设、维护成本,又能充分发挥本地植物的适应性,增加合理的群落配置,使本地生态环境得到改善,丰富片区的生物多样性

有研究表明[29],相思类树种郁闭快,含水率高,叶厚略革质,耐火难燃性强,属于二级防火树种。因此,亦可作防火隔离树种。此外,5种外来相思的根瘤生物量大、固氮力强及改土性能好,具有提高土壤肥力和保持水土的作用。可与木麻黄、湿地松及木荷等树种混交,从而丰富沿海防护林树种结构,美化海滨森林景观,改善生态环境。

人工湿地植物筛选的原则可以包括四个方面[6]:①适应性原则:综合考虑抗逆性强、净化能力强,生长周期长的植物种类;②景观性原则:从群落配置、合理布局与景观等方面对植物进行配置,使其具有良好的景观效果;③多样性原则:不同植物具有不同特色的净化能力。多种植物进行组合可提高雨水湿地整体的净化能力,系统越复杂其生态稳定性越强,处理效果越稳定,可在有条件地区乔灌草复合配置;④多用途原则,湿地植物的多用途可以在植物成长收获时具有一定的经济价值,避免堆积产生的二次污染。

实事求是地讲,台商子弟学校的教师在讲课上没有很多“高超”的教学艺术,倒是很实在的简洁、自在。语文课上的是《冲破逆境》,教材很有人文气息,文化味道特重,繁体字在这里让人觉得很舒服。教师也是边讲边与学生讨论,学生边听边完成教师发给他们的“学案”,上面好像都是填空式的,感觉像是边听边填写“作业”一样。教室里时而爆发出学生的笑声,教师没有刻意地点名让学生回答某一个问题,倒是一个学生讲完另一个学生跟着发表自己的意见,随意但很自然,就像大家在聊天,只是遵从先后的顺序而已。

因此,结合北方地区气候特色,常用的有芦苇、香蒲、荷花、凤眼莲、金鱼藻、狐尾藻、垂柳、女贞等。

术后(离开手术室)1h患者双下肢尚可活动,可自行抬腿;2h时患者告诉家属双下肢无感觉,不能活动,家属当时并未在意;4h时麻醉医生随访患者,患者意识清楚,无胸闷气短,无呼吸困难,血压135mmHg/73mmHg,心率84次/分,呼吸16次/分,脉搏氧饱和度98%,查体发现患者双下肢肌力为0级,双下肢不能活动,同时脐平面以下浅感觉障碍,可触足背动脉搏动,于是先停用静脉镇痛泵,请示上级医师急查MRI,并请神经外科、骨外科专家急会诊。MRI示T1~T4椎体水平椎管内脊髓后方异常信号(见图2)。神经外科专家根据MRI结果并结合患者临床症状及体征,初步诊断为TSHE,因具备手术指征,决定急诊行清除术。

4 结束语

为应对愈发严重的城市雨洪问题,规划以雨水湿地作为城市雨水泵站与河流之间的过滤、净化、缓冲带,在一定程度上可以缓解传统方式中将受污染的雨水快速、大量排入河道内所产生的污染及防洪安全的问题。文中结合规划与城市建设需求对雨水湿地的建设进行了规划方法初探,总结了相关计算及建设模式方法,具有一定的参考价值。

在下一步对局部地段进行雨水湿地试点建设时,还应综合改造地段的现状条件,与市政设计团队进行深度对接,对雨水湿地建设的规模、污染处理重点等方面进行调查计算,将规划落地实施。

参考文献:

[1] 徐海顺,城市新区生态雨水基础设施规划理论、方法与应用研究[D].华东师范大学.

[2] 王紫雯,张向荣.新型雨水排放系统——健全城市水文生态系统的新领域[J].给水排水,2003(5):18~20.

[3] 海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)[S].2014(10).

[4] 肖海文,柳登发,张盛莉,翟俊,人工湿地处理雨水径流的设计方法和实例[J].中国给水排水,2013,4(8):39.

[5] 朱宝英,赵立辉,董婵,崔玉波.人工湿地雨水处理系统设计[J].吉林建筑工程学院学报,2006(23):6~8.

[6] 陈永华,吴晓芙,郝君,柳俊.人工湿地植物应用现状与问题分析[J].中国农学通报,2011,27(31):88~92.

 
苏唱
《绿色环保建材》 2018年第06期
《绿色环保建材》2018年第06期文献

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