雨洪排水工程系统在海绵城市建设中的设计特点

1．传统城市雨洪排水系统组成及特点

城市雨洪排水系统可用来减缓城市雨洪灾害,以保障市民安全,其功能分为分洪、调蓄和排水。传统的城市雨洪排水系统以雨洪的“尽快排除”为基本原则,将城市雨洪资源不加利用地全部排走。

传统的城市雨洪排水系统是人工形成引导水流的各种地面通道,包括路沿、边沟、衬砌的水道、铺砌的停车场、街道等。地下通道包括雨水排水道、污水排水道、合流式排水道等,以及所有附属设备,包括截留水池、蓄水池、下水道的进水口、检查孔、沉淀井、溢流口等,目的是把雨水从降落点输送到受纳水体。

根据其组成特性可以分为以下3个子系统。

(1)地表径流子系统

地表径流子系统一般是指排水系统地面以上的部分。在一建筑小区内,它包括庭院场地、街道、边沟、小下水道。通过雨水井汇入地下排水管网。小区的特性可分为完全滞蓄能力的不透水面积,如屋顶、沥青或水泥场地路面;降雨后直接产生径流存在滞蓄的不透水面积如庭院场地、街沟、小下水道和透水面积,如绿地、裸地。降落到地面的雨水转化为地表径流,然后汇入主要管网。这一过程受地面、边沟、排水沟的调蓄而不断改变。

(2)传输子系统

各雨水收集系统将地面的雨洪径流及其中的污染物荷载,通过排水沟渠或地下管网,输送到一点或多点排放出去。在传输过程中不断汇集入流或其他支管的入流,使管网中的流量和水质不断发生变化。流量和污染物浓度在输送管网系统中,由于输水系统的蓄水或渠外蓄水流量的入流过程而产生相互作用和水力学特性而不断演进、扩散和衰减。

(3)受纳水体子系统

河流、湖泊、海洋等都可作为受纳水体。由排污口或合流制排水系统的溢流口所排出的水流及污染物,进入受纳水体后,受到重力和分子力的作用,向四周扩散。根据雨洪排水系统的设计形式,传统的城市雨洪排水系统可以分为合流制排水系统和分流制排水系统两类。

①合流制排水系统。合流制排水系统是雨洪排水管网与排污管网合并在一起设计,排放口处设有截流设施。无雨的旱季所排入的污水流量小于截流能力,截流送往污水处理厂贮水池,经过处理净化后排放。雨洪时期则通过雨水井汇集大量雨洪径流、排水流量超过截流能力的部分将从溢流口溢出,直接排入受纳水体,同时也将夹带部分污染物进入受纳水体。

②分流制排水系统。分流制排水系统是将污水和雨水分别在两套或两套以上各自独立的沟道内排除的系统。排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称为污水排水系统,排除雨水的系统称为雨水排除系统。由于排除雨水的方式不同,分流制排水系统又分为完全分流制排水系统和不完全分流制排水系统。不完全分流制排水系统只设有污水排水系统,各种污水排水系统送至污水处理厂,经处理后排入水体。雨水则通过地面漫流进入不成系统的明沟或小河,然后进入较大水体。

2．面向城市水生态的雨洪排水系统组成及特点

面向城市水生态的雨洪排水系统,是基于对城市降雨径流的双重属性、灾害性和资源性的认识,认为对城市雨洪排水工程的设计应从综合削减暴雨径流的不利因素和发挥其潜在水资源价值的正反两方面寻求平衡,并兼顾城市水生态系统建设及其健康循环。

建立面向城市水生态的雨洪排水系统主要是建立城市雨洪就地利用系统和集中利用系统,城市雨洪通过就地利用后进入调蓄设施集中利用,就地利用设施包括居民小区集雨利用设施、城市下沉式绿地滞洪利用设施、地下渗透回灌设施等。就地利用后的雨洪径流经过管网汇流,进入人工湿地处理系统,经净化处理后的雨洪资源储存于城市人工湖或调蓄设施作为城市杂用水水资源。该系统的组成如图6-7所示。(www.xing528.com)

由图6-7可以看出,面向城市水生态的雨洪排水系统,具有下述特点。

(1)资源高效利用性

该系统改变了传统雨洪排水系统设计单一“排放”原则,变雨洪“排放”为“资源再利用”。通过就地利用设施和集中利用设施将一场降雨的雨水资源尽可能充分利用,实现设计重现期的雨洪“零排放”。

图6-7　面向城市水生态的雨洪排水系统模型图

(2)减少城市雨洪污染

该系统对城市雨洪进行二次处理,雨水先通过城市下沉式绿地净化处理后,再经过雨水管网汇流进入人工湿地处理系统,然后进入城市受纳水体,该系统可以减少城市雨洪给城市河湖带来的污染。

(3)减少城市雨洪灾害和排涝压力

城区内的降雨经就地利用后,可削减管网汇流雨洪量,下沉式绿地和大型广场调蓄均可起到滞洪作用,减少城市地区雨洪灾害和排涝压力,并节约雨洪排水系统投资。

(4)实现城市水资源“生态循环”

该系统以城市雨水资源的循环利用为基本思路,通过建立雨洪就地利用设施和集中利用设施,对因城市化而改变的城市水循环加以恢复,从而恢复城市水生态系统。

(5)适合现代“生态城市”建设需要

建立居民小区屋顶集雨系统、下沉式绿地,建设城市生态小区。人工湿地和人工湖都是城市水生态系统建设的一部分,在满足城市水生态功能的同时又可实现景观功能,开发城市旅游业,发展涉水经济。