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如何做好城市排水防涝设施建设工作的思考

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2013-09-17
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  国务院办公厅发布2013年23号文件——《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》(以下简称《通知》),为推进我国城市排水防涝设施建设与技术发展提供了重大机遇。《通知》要求“将城市排水防涝设施建设规划纳入城市总体规划和土地利用总体规划”,“明确城市排水、交通、气象、消防、园林绿化、市容、环卫、防洪等有关部门的职责,形成工作合力”,这些既给城市排水行业发展带来机遇,也使得我们面临巨大的挑战。
    《通知》第三部分,提出了加快设施建设的具体工作要求,其中,加快推进雨污分流管网改造与建设,积极推行低影响开发建设模式两项工作,是当前排水行业设计与应用研究人员面临的具体任务。
1  雨污分流管网改造
1.1  雨污混接对排涝功能的损害
    雨水、污水混接对排涝安全的影响,《通知》给予了高度关注。雨污混接严重影响污水收集效率,为了提高污水收集效率,各地均积极落实混接雨水系统的旱流截污,这对提高污水收集率发挥了很好的效果。然而,现有的雨水系统截污设施,截流能力很小、多数不具备雨天截流能力。比如,上海市新建雨水系统,要求配套的旱流截污设施的截流能力不小于服务区域旱流污水流量的40%。与完善的合流制系统相比,这类截污设施降雨之前难以将系统水位控制在合理的高程。雨水管网在暴雨发生之前充满度很高,原有调节空间被挤占,在设计降雨重现期下容易发生路面积水,暴雨事件发生涝灾的风险增大。管网内旱流污水水量很大,降雨事件的不确定性与高发生频率,使得运行管理人员在保证排涝安全与减少雨天污染方面陷于两难困境。
1.2  雨污分流改造的适用范围
    实现雨污分流改造,消除雨水管网的旱流污染问题,自然消除了雨水管网不便预降水位的困难。对于服务面积较小的小区排水系统较易实现雨污分流建设或改造,而对于服务面积较大的市政排水系统则很难实现。根据同济大学在上海市以及合肥市的现场调查经验,最近几年新建的分流制小区,有一部分旱流流量很小,基本上实现了雨污分流;另外一部分分流制小区,旱流水量以洗涤废水为主,污染负荷相对较低。然而,服务面积较大的市政排水系统,大多数存在明显的雨污混接,旱流水质与合流制系统相差无几。这是因为,排水系统服务范围内新旧建筑混杂,老的小区内部以及市政系统的管道混乱,不少地块中的管网名义上是分流制,实际上雨水、污水2套管网都不完整,雨水、污水的确切排除路径难以确认。根据同济大学在上海与合肥开展的多年水质调查结果,混接率大于40%,雨水系统旱流污水的浓度就与合流制系统接近,只要数天没有明显降雨,旱流污水即充斥整个雨水管网。
    实现雨污分流改造不仅是一项长期的、在操作上困难很大的工作,对一些水体缺少环境容量,面源污染负荷很高的城市,这样做是否符合今后长期发展的要求,仍存在疑问。以上海市为例,根据上海城市河网的环境容量,结合上海分流制系统雨天出流水质,上海市水务规划设计研究院在近期提交的上海市面源污染控制规划中提出:分流制系统必须控制相当于5mm降雨产生的径流,才能保证上海城区受纳水体达到规划水质标准;而对合流制系统,需要控制的溢流水量的相应估算值为相当于11mm降雨,也就是采用分流制系统不能解决雨天污染问题,且分流制系统需要控制的雨天水量与合流制相差不很大。综合上述情况,笔者建议,对存在比较多的小区内、建筑物内的雨污混接,实行分流制后仍然需要处理较多的雨天出流水量的城市,完善排水管网的功能的努力方向,宜采用提高现有雨水系统的截流能力,同时增加雨天水量的处理能力,这与《通知》提出的暂不具备改造条件的混接雨水系统的改造要求一致。具体对哪些类型的混接雨水系统适合进行严格的雨污分流改造,哪些宜首先考虑完善排水系统的功能,各地可以结合当地改造工程的案例分析结果总结确定。作为“十一五”水专项“城市排水管网系统优化模式和管理技术研究”课题的成果之一,同济大学与上海市水务规划设计研究院提出了《城市排水模式选择技术指南》,虽然该指南主要目的是为新建排水系统的规划方案决策提供指导,其提出的决策思路与指标体系对雨污分流改造也具有参考价值。
1.3  改造工程中需关注的问题
    对难以实现雨污分流的混接雨水系统的改造,在增加截流能力、提高雨天水量处理能力的过程中,需要关注以下问题。
   (1)重力淹没出流排放口的河水倒灌控制。大口径拍门工作不可靠,目前采用鸭舌阀的城市不多,采用闸阀的城市很多。闸阀启闭不方便,经常是降雨季节闸门长期不关闭,造成该时段旱流污水收集率下降,增加雨天截流能力更无从谈起。据悉宁波城区已普遍采用了鸭舌阀并妥善解决了鸭舌阀的安装空间问题。
   (2)重力截留干管中雨天流量的控制与分配。新建沿河重力截流干管通常具有一定的雨天截流容量。然而,同一干管服务区域不同地块的高程可能存在明显差异。在截流输送雨天水量时,从不同支管进入干管的雨水流量与设计截留相比容易发生差别,低洼地块的雨污水不能有效截流,并可能增加积水的风险。建议新建截流系统采用排水管网水力模型进行总体评估,考虑采用流量调节器等流量控制设施。此外,为提高泵排系统的排涝安全程度,上海市排水管理部门通常将相邻的雨水或合流制系统的管道侧向连通,在2个系统的干管高程或坡度相差明显的情况下,这种连通易造成越流,会增加发生雨涝的风险。
2  推行低影响开发模式
    低影响开发理念在国内已经逐步受到重视,《通知》要求在推行低影响开发过程中,排水系统建设与城市开发、道路建设、园林绿化部门统筹协调,笔者理解这意味着在与相关部门的沟通协调方面已给予排水行业较多的话语权。然而,对如何有效地推进低影响开发技术的实际应用,我们自身的准备不足:缺乏应用研究的技术储备,对不同应用条件下低影响开发建设的定位缺少探讨,对已建的少数工程应用案例缺少评估总结。
2.1 低影响开发设施的合理定位
    低影响开发理念是可持续发展思想在城市雨水管理领域的体现,是今后排水系统规划与建设的指导思想,这点毋庸置疑。然而,不同人口密度、土地开发强度、经济发展条件的国家与地区,对低影响开发的要求与理解存在差异。一些发达国家判别是否实行了低影响开发的标准,是开发之后场地的水文条件较开发之前基本保持不变。单个低影响开发设施的水量控制标准,按照1年一遇或更高重现期的暴雨设计是常见的情况。根据我国的城市人均建设用地标准,这样的低影响开发在国内绝大多数地区是不可能实现的。贯彻源头控制的理念,尽可能自源头开始全方位控制径流水量和面源污染负荷是原则,贯彻这一原则的措施不能离开当地的实施条件。简言之,对人均城市建设用地指标85~105m2的国内大中城市,传统的排水管渠仍是排水设施的主要组成部分,低影响开发设施宜主要用于控制发生频率高的中小降雨事件的污染负荷,延滞削减暴雨洪峰,弥补传统排水设施的不足,这应该成为推行低影响开发建设的主导思想。在低影响开发的规划与设计中,明确目标与定位有利于相关工作稳步推进。
2.2 加强技术研究的重点
    美国许多州均有自己的低影响开发技术指南,而且经常更新。与发达国家相比,我国城市的绿地面积少,公共开放空间小,南方地区土壤透水性差,地下水位很高。按照国外的技术标准,一些低影响开发技术设施在我国南方地区不适合应用,比如在国外应用广泛的生物滞留设施(雨水花园)。需要针对各地的具体情况,研究适合当地条件的技术措施与设计参数。低影响开发技术研究,本应属于技术应用研究范畴,目的在于根据现场试验与工程应用结果,发现与解决具体问题,推动技术的应用。笔者以为,国内目前不仅相关研究的基础薄弱,投入严重不足,而且有限的力量没有集中到刀口上。比如,对径流中磷、氨氮以及重金属等污染物的高效吸附材料研究,多年前在农业面源污染的湿地治理等方面已有类似的研究,而对径流中多环芳烃等持久性有机污染物的去除效果与机制等内容,对于低影响开发的工程应用似乎并不重要。出现这样的问题,与应用技术研究缺少必要的支持,未能与工程建设需要结合有关。另一方面,地方政府与土地开发商等技术应用主体,在缺乏基本的前期研究情况下,参照国外的经验或技术指南,直接建造了一些低影响开发工程设施,设施建成后很少开展运行效果的评估总结。加强高校等技术研究单位与应用单位的沟通合作,明确适合当地条件的主要低影响开发技术类型,由地方政府与技术应用单位提供支持以开展现场实验与应用研究,在取得经验的基础上推动工程应用;对已建成的设施开展运行效果评估,以总结推广经验,是今后技术研发推广的主要任务。
    根据国内城市土地资源严重紧缺的状况,从工程应用的角度研究适合当地条件的绿色屋面、渗透性铺面等技术的实施要点与设计参数,研究地下水位高、土壤渗透性能差的地区应用雨水花园的技术改进措施,是近期应用研究工作的重点。我国不同地区的土壤、地下水位、降雨特性、地面坡度以及土地紧缺程度不同,同一类设施在不同应用场合的技术细节会有明显不同。正在实施的住建部“十二五”水专项中有关低影响开发的项目,可望为相关技术研发提供有力支撑。
2.3 保障机制的建设
    推进低影响开发建设,需要得到城市规划、园林绿化与市政道路等部门的配合与支持,同时需要土地开发主体在开发地块内按照要求实施径流源头控制措施。对后者,《建筑与小区雨水利用工程技术规范》已经提出了一些要求,2006年版规范正在修改完善。而在城市尺度上推进相关工作,一方面需要制定技术标准与指南,另一方面需要建立法规与管理办法。
    即使在地下水位较低、土壤渗透性较好的地区,采用下凹绿地、雨水花园等径流滞留渗透设施,也会对绿地的景观效果造成不利影响,会大大增加管理成本。考虑到现有城市绿地面积不足,对绿地的景观等主要功能非常重视,要求园林绿化等部门给予配合,重要的不是宣传可持续发展的理念,而是确定存在的问题,提出解决问题的技术措施,并通过政策法规明确各方责任。采用渗透性铺面也面临类似的问题:若要达到相同的承载能力,将会导致建设投资提高,建成后的维护与修复工作量也将增加。争取其他部门的合作,不仅需要政府的支持,更需要排水行业的专业人员拿出具有说服力的数据与解决方案。鉴于目前在技术与工程经验方面均缺乏积累,笔者以为,迫切的工作不是组织力量编制技术标准,而是不同地区、不同自然地理条件的城市抓紧研究确定适合当地条件的低影响开发设施的类型,开展应用研究与经验总结,编制地方技术标准与单项设施的技术指南。在明确技术的特点与投资、管理费用的前提下,制定推进低影响开发建设的地方管理办法。厚积薄发,而后充实而权威的行业和国家标准可以较快地编制完成。
3  结语
    国务院办公厅发布2013年23号文件,为推动城市排水防涝事业的技术进步与管理水平提高提供了契机。排水行业的技术与管理人员应抓住契机,根据当地排水系统建设与管理所面临的具体问题,开展应用研究与工程实践,以推动《通知》精神的落实。《通知》在“加快设施建设”部分所提出的要求是排水行业技术人员在今后工作中的主要任务。雨污分流排水管网的改造工作,宜根据现状管网的具体情况与今后水环境保护的需要,选择合适的改造策略。推行低影响开发建设,应从鼓励各地开展应用研究与工程实践入手,逐步提升到建立技术标准与管理法规。愿我们共同努力推动我国城市防涝事业不断发展。
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