城市水环境治理中的雨洪控制与利用规划.pdf

1 湘江霞湾港白石港建宁港枫溪港城市水环境治理中的雨洪控制与利用城市水环境治理中的雨洪控制与利用规划规划 李 良 童 鑫 李莹莹 【摘要摘要】随着城市统筹规划与建设的逐步深入，城市范围飞速扩张，水环境遭到不同程度破坏的现象比比皆是。极端恶劣天气频繁发生，各大小城市经常遭受洪涝灾害的威胁，水体水质不断恶化，地下水污染日趋严重，城市水环境和水生态水平不断下降，严重影响甚至制约着城市的可持续发展。本文以株洲市“一江四港”工程为例，结合其规划与工程设计情况，就雨水收集、雨洪控制、水资源利用、水质净化等方面，提出水环境综合治理的思路与方法。【关键词关键词】综合整治规划 城市水环境 截污 雨洪控制 污水再生利用 株洲市位于湖南东部、湘江中游，是长株潭城市群全国“两型社会”建设综合配套改革试验区的重要组成部分。株洲市“一江四港”中，“一江”为湘江，“四港”是流经市区的四条主要内河枫溪港、建宁港、白石港、霞湾港，它们构建了株洲市河东片区地表水系的骨架，是城市总体规划确定的重要城市楔形绿地，其规划和建设对株洲市区的生态文明建设、水环境治理和景观环境升级有着极其深远的意义。株洲市“四港”流域建成区大部分区域排水体制仍为雨、污合流制，大量生活污水直排港渠，进入湘江。近些年来，城市规模飞速扩张，各种产业快速发展，环境保护措施滞后，使得“四港”流域水质及地下水受到不同程度的污染，湘江作为株洲市饮用水水源，其水质得不到保障。随着城市范围的不断拓展，原有的大量山塘、水库等雨水调蓄水面也遭到不同程度的侵占，再加上城市防洪排涝标准偏低，市区内暴雨时内涝现象时有发生，城市防洪安全得不到保障。水环境的 图 1“一江四港”分布图 日益恶化及城市内涝频发现象制约了城市的发展，影响了城市的品位和形象。为改善这一现状，株洲市从 2011 年 2 月就开始着手城市“四港”整治研究，力求从治理水环境、整治河 2 道、控制雨洪调蓄、控制水污染、美化环境景观等多方面对“四港”流域进行系统的规划和改造，以促进株洲市的生态文明建设，推进株洲绿色发展，奋力打造株洲发展升级版。在“一江四港”的规划过程中，重点对污水的治理（包括初期雨水的净化）、再生水的利用、雨洪的控制与利用、水体的自净等方面进行详细的分析研究与控制规划，并针对各条港道提出了行之有效的实施措施。“一江四港”综合整治规划旨在将湘江打造成东方莱茵河；将城市四港治理为“水清、堤固、路畅、景美”的城市特色景观廊道，这也是本规划的综合整治目标。本文将重点就如何进行“四港”水环境治理及资源化，提高“四港”防洪排涝能力等方面进行探讨。1 1污水污水改造改造规划规划截污工程截污工程 湘江贯通长株潭三市，目前是三市唯一的地表水饮用水水源。“四港”位于株洲市河东区，均为株洲市发展较早的老城区，主要的排水体制为雨污合流制，相当一部分混合污水未经处理直接排入港道，直接或间接地排入湘江，污染了水质。以建宁港为例，造成港道水质污染的主要原因有：现状主要为截流式合流制或合流制，大量生活污水直排港道，排水体制不完善；流域内龙泉污水处理厂现状规模偏小，处理标准偏低；上游南郊垃圾填埋场垃圾渗滤液未能达标排放；流域内有多家污水企业，污水大多处于未达标排放；港道淤积严重，大量淤泥及生活垃圾沉积于港底等。其他三条港道均存在类似的问题。依据“一江四港”整治规划，为杜绝污水入港，拟沿“四港”全线及支流设置截污主干管，提高污水收集率，充分截流沿岸工业废水、生活污水，实现雨污分流；扩建规模偏小的现状污水处理厂（龙泉污水处理厂），新建枫溪污水处理厂、白石港污水处理厂等并相应提高各污水处理厂排放标准，提高污水处理率，保证达标排放；依法整合或取缔各港道沿线污染企业（养殖场、化工厂、污水厂）；定期对港道进行清淤疏浚，消除底泥造成的自身污染。图 2 截污管道及污水处理厂布置图 2 2污水再生利用污水再生利用规划规划中水回用中水回用 3 株洲市紧邻湘江，取水较为便捷，但随着水环境的逐步恶化，枯水季节，湘江水资源短缺的现象逐年加重。为解决这一问题，节约用水和开发新水源缺一不可。城市污水的再生利用（即中水回用）是污水资源化的一个重要途径。结合河东区域特色，可以将污水厂尾水再生利用于不同类型的工业企业、补充农田灌溉用水、建筑施工用水以及干涸季节四港河道及公园湖泊的景观补水。自 2008 年以来，龙泉污水处理厂达标排放的尾水已成为东湖公园源源不断的活水源，节省了大量的自来水，大大降低了东湖公园的运行成本；2011 年，河西污水处理厂部分处理尾水通过管道输送至栗雨休闲谷，代替自来水进行补水。均取得了较好的效果。图 3 运营中的东湖公园 图 4 运营中的栗雨公园 经研究不同类型的用水水质，合理确定城市再生水水厂处理标准和水质指标，提高株洲市再生水的利用率。选用合适的处理工艺，设计经济适用的中水回用处理系统，真正做到节约水资源，节约运行成本。3 3水体自净水体自净人工湿地、生物浮岛系统人工湿地、生物浮岛系统 污染物排入水体后，经过物理的、化学的与生物化学的作用，受污染的水体部分或完全地恢复原状，这种现象称为水体的自净。据调查，“四港”水质均已达到劣 V 类水体，其中 TP、TN、CODcr 大幅度超标。虽然设置污水截流干管可以在一定程度上减缓河道的污染物负荷，但是并不能彻底截流全部污水，部分现状污水管网无法覆盖的区域所产生的生活污水均随着雨水径流进入河道，因此要想彻底根治“四港”水体水质，提高河道本身水质净化能力必不可少。本规划在有条件的建宁港流域、枫溪港流域均设置了人工湿地，生物浮岛系统以提高河道本身的水质净化能力。3.13.1 人工湿地人工湿地规划规划 在河道内部种植一些浮水植物、挺水植物和沉水植物，使水体景观自然生态，并成为生物自净功能区；适当扩大河道两侧滩地的范围，构建人工湿地处理系统，利用河道自然水 4 位变化和水流经人工湿地达到水质净化的目的。人工湿地系统可以促进污水中植物营养素的循环，构成一个完整的生态系统，低投资，低能耗，氮磷去除率高，具有较好的经济效益和生态效益，因此，越来越多的水生植物被用于湿地处理系统。在建宁港果园支渠规划时，结合铁路预留疏解线用地，依照现状低洼菜地地形地貌，挖筑大水面，打造湿地景观观赏区，建成自然生态的龙泉湿地公园。图 5 龙泉湿地公园效果图 在枫溪港规划时，结合新老港道地理位置，依照现状低洼水面、农田，建成自然生态的天池湿地公园。图 6 枫溪港、湿地公园分布图 图 7 天池湿地公园效果图 枫溪新港枫溪新港 枫溪枫溪老老港港 天池天池湿地公园湿地公园 5 3 3.2 2 浮岛浮岛规划规划 浮岛是一种长有水生植物或陆生植物、可为野生生物提供生存环境的漂浮岛。浮岛上的植物根系能够吸附和吸收水中的氮、磷等物质，降低水体中 COD、TN、TP 及重金属含量；同时，植物根系拥有巨大的表面积，为水中微生物生长提供良好固着载体。人工浮岛还具有不同的形状、构造及植物类型，会吸引野生动物如昆虫、蝶类、鸟类、两栖动物等在此栖息，从而增加生物多样性。加快生态修复进程。北京市就曾以美人蕉和旱伞草等众多水生植物在北海上面栽种浮岛，通过植物充分吸收了水体中的氮、磷等物质，解决了水体富营养化，有效地防治了水华现象。建宁港受两侧道路、现状建筑物的限制，可建设用地十分有限，无法对现状河道进行大规模的改造，适合采用生物浮岛，既提升景观效果，又净化水质。图 8 浮岛实例 4 4雨雨洪控制规划与实施洪控制规划与实施 近年来，城市化进程越来越快，土地硬化面积逐渐增大，城市“热岛效应”突显，加上全球气候变暖等原因，造成市政基础建设已不能维持城市与自然之间的平衡。北京内涝造成人员伤亡，武汉长期处于“海洋世界”，使人们对城市内涝十分敏感，对雨水系统重要性的认识不断提高，因此对城市防洪标准，雨水系统的收集、调蓄提出了更高的要求。4 4.1.1 堤防提质堤防提质 四港道现状排涝标准低，只有少数位于城区河段堤防标准达标，大部分不满足防洪要求。河道长期没有彻底清淤、清障，致使河道淤塞严重，过水断面缩窄，排水能力下降。规划要求明确城市防洪圈，四港道堤防工程除白石港按 100 年一遇标准设防，其余三条港道均按 50 年一遇标准设防。此外，拆除压占港道之上的违章建筑，对各港道进行彻底清淤，提高行洪能力。图 9 防洪圈规划图 6 4 4.2 2 雨水生态排放控制规划雨水生态排放控制规划 调蓄水面的控制规划可以从宏观上对雨洪进行调蓄、削峰，却无法降低城市径流系数，减少地表径流量，控制面源污染。城市排水系统从管道排放模式向分散式雨水生态排放模式转变势在必行，以达到降低地表径流系数的目的。“四港”流域新城规划要求尽量在道路、广场、停车场、滨河区、屋面、街头绿地、居住区等场所采用生态雨水排放形式，包括设置生态滞留洼地、道路洼地、雨水多功能活动区、绿色屋面、透水性铺装、雨水花园等，提高雨水渗透率及收集率。具体的措施如下：4.2.14.2.1 生态滞留洼地生态滞留洼地 生态滞留洼地是以种植沟渠为基础，结合生态滞留系统而产生的一种洼地。可以和街区内部的绿化带结合建造。它可以对雨水提供有效的净化处理，并可作为一个临时的池塘，对雨水进行暂时滞留以促使其过滤。如白石港流域云峰湖片区因地制宜，在进行土地利用规划时，秉承低影响开发理念（LID），保留现状山体、沟渠、池塘。该区域在排水专项规划时亦充分考虑雨洪控制规划，于高尔夫球场周边的生态水系统中设置许许多多大小不一的“水泡”，即雨水滞留塘，通过水系干渠串联起来，将地表径流雨水收集起来，经潜流湿地净化后，沿生态水系干渠汇入喷灌水池，以收集净化地表雨水，为高尔夫草地提供清洁的喷灌水源，工程项目现正按规划实施中。图 10 云峰湖片区生态滞留洼地布置图 图 11 云峰湖片区生态滞留洼地断面设计图 7 4.2.24.2.2 道路洼地道路洼地 道路洼地是一种道路中央或路缘绿化带相结合的排水构筑物，也称之为生态排水沟（如植被草沟）。路面雨水径流汇集至生态沟以后通过密集的植被和特定的滤料层进行吸附过滤、下渗，对路面初期雨水污染起到直接的控制，可作为一个“独立”的土壤过滤系统与道路景观融为一体。如白石港流域云龙大道（公路模式路段），按规划于道路两侧绿化带内设置生态草沟代替排水管道，以收集净化初期雨水，为白石港流域提供洁净的补水水源，现已按规划实施。图 12 云龙大道生态排水沟横断面设计图 图 13 云龙大道生态排水沟实例 4.2.34.2.3 雨水多功能区雨水多功能区 雨水多功能区是结合城市广场、城市公园设置的可供调蓄雨洪、排除径流、净化水质和提供娱乐场地功能的区域，暴雨时，可作为蓄水塘调蓄净化雨水。晴天可作为景观节点或为人们野餐、聚会等娱乐的场地。在美国等发达国家，此类雨水蓄洪设施应用广泛，并积累了许多成功经验。株洲市神农城在建设过程中，吸取国外成功经验，于神农湖近岸区域设置许多“生态排水景观河”，并丢置许多形状各异的石块于其中，晴天时，供人们游玩嬉戏；暴雨时，则成为神农城区域蓄洪区。图 14 神农城生态排水景观河实例 晴天晴天休闲休闲区区 雨天雨天蓄水蓄水区区 8 5 5结结语语 以“一江四港”综合整治规划为指导，通过选用各种有效的工程措施，并科学合理地配合使用，可以大大缓解“四港”的水质恶化（如建宁港），降低“四港”流域经常遭受水灾的程度，甚至消除水患（如建宁新村），促进生态修复（如霞湾港），创造自然生态优美的景观廊道（如枫溪港大峡谷、白石港入河休闲景观等），改善整个株洲市的水环境，为湘江流域的综合治理做出应有的贡献，为把湘江打造成“东方莱茵河”奠下良好的基础。9 参考文献参考文献：1刘应宗，李明等.城市排水规划中雨水资源化问题探讨J.中国给水排水，2003，19(12):97-98.2室外排水设计规范N.中国计划出版社，GB 50014-2006（2011 版）.3城市排水工程规划规范N.中国建筑工业出版社，GB 50318-2000.作者作者简介简介:李李 良良（19631963 ），男，本科，院长，国家注册规划师，高级规划师；，男，本科，院长，国家注册规划师，高级规划师；童童 鑫鑫（19691969 ），女，本科，市政分院副院长，高级工程师，注册设备工程师（给排水），女，本科，市政分院副院长，高级工程师，注册设备工程师（给排水）；李莹莹李莹莹（19841984 ），女，硕士，工程师，女，硕士，工程师，注册设备工程师（给排水）；注册设备工程师（给排水）；