海绵设施提高排涝标准的量化分析
时间：2016年07月22日信息来源：给水排水 点击：次
• 上海一般区域已建成排水系统的排涝标准只有1年一遇（达标率约80%）；
• 新的排水防涝规划已明确中心城区排水标准都要提高到5年一遇；
• 已建成排水系统改造不仅社会成本很高，还存在管位不足等可实施性问题；
• 在建成区通过源头削减措施，降低暴雨径流的水量与峰值，是提高现有系统排涝能力的一种可能的选择；
• 根据上海的地域条件选择适用的LID 技术、确定设施的参数，以代表性建成区为例进行相关技术措施的方案布置；
• 应用SWMM模型，评价海绵措施提高建成区排涝标准的效果；并计算通过翻排管道提高排涝标准的工程量；
• 比较采用海绵措施与翻排管道进行提标改造的费用效益。
• 鞍山排水区域(A区域)：服务面积约1.3 km2， 区域内主要为上世纪80~90年代建造的多层住宅及少量商业建筑；
• 合流制排水模式土地利用状况、建筑情况与排水设施在建成区中具有代表性。
• 底部设置防渗膜，通过排水管排水，适应高地下水位
3.2 适用的LID技术主要有生物滞留、绿色屋顶和渗透铺装
• 基质组成（w/w）——分级砂：表层土：木屑 = 75：20：5，厚度80 cm；
• 进水结束后很短时间，重力水即疏干，基质含水率接近田间持水度；
• 基质中间部分可长期维持在田间持水度，表层与底层含水率低于田间持水度；参照实测结果与降雨特性，确定模型中设施初始含水率的设置。
通过应用规模的实验，掌握上海应用条件下（排水管道出水）设施构造与设计参数与相应的水文控制效果。
上海应用规模的渗透铺装现场实验，出水需要排放到雨水管道。
• 使用翻斗雨量计连续检测降雨以及设施出流的流量过程
• 评价不同组成基质的绿色屋顶的水文、水质控制效果及基质含水率变化过程
• 介质厚度10～15 cm条件下，不同降雨间隔下的控制降雨量在15-20 mm
• 介质厚度10~15 mm的粗放型绿色屋顶的年水量控制率在50%~60%
• 持水性好、植物可利用水量（available water) 高的基质是C1，B2；
• 发生超过设施控制能力的大雨50 h后，设施的含水率可降低到凋萎点以上约5%；
• 根据实验结果与上海市降雨分布的统计，确定适合的绿色屋顶的基质及其初始含水率设置。
规模按照接近最大设置可能性考虑，在设施容积利用不充分的子区域适当调减。
• 在1年一遇1h降雨 (36.5 mm/h，芝加哥雨型)条件下，A区域地面积水量约为1380m³，现状排水系统未能达到1年一遇的标准。
• 根据水力坡降线法，识别瓶颈管段并拟定改造方案。改造后系统基本达到1年一遇排水标准。
• 按照改造后的管网数据，进行海绵设施提高已建成系统排涝能力的评估。
依据SWMM模型应用要求，按照地表径流排入市政管网的路径，共划分了110个子集水区。
三种海绵设施的设计值与相应的SWMM模型参数
• 以经过率定的管网模型为框架，结合海绵设施布置方案，完成模型中设施的布置；
• 以子汇水区域为单位，考虑地表汇流条件，设置海绵设施的收集与排放途径；
• 通过设计暴雨下地面积水情况评价改造工程的效果。
4.3 短历时设计暴雨下海绵设施改造后系统排水能力
• 以5年一遇1h设计降雨（58 mm/h）作为模型输入降雨，根据积水量评估系统的排水能力，模拟时长取24 h。
• 生物滞留池的初始含水率取凋萎点以上10%，绿色屋顶初始含水率取凋萎点以上5%。
• 在上述设计条件下，地面无明显积水，基本达到5年一遇标准。
直接从5年一遇1h降雨开始进行海绵设施效果的评估，特别是在不能下渗的地区，是效果评价有利。在设施含水率较高时发生暴雨，设施的水量滞留、峰值削减作用都会下降。
• 历时24h，累积雨量143mm，按照SCSⅠ雨型分配雨量，最大1h降雨强度37.5mm；
• 模拟结果，地面积水量约为43m³，在模拟误差范围内，系统基本达到5年一遇排水标准。
• 因为输入降雨的峰值雨强只有1年一遇 结果仅说明增设海绵设施有可能使已建老系统达到接近于5年一遇标准
根据水力坡降法，通过模型计算识别瓶颈管段，结合管道超载程度、水流方向与服务面积调整的需要，确定翻排管道的范围。
管道：需改造管段总长度为1812 m，占鞍山系统管道长度的28.7%
泵站：排水能力由10.22 m³/s提高至16 m³/s
直接成本来上海市积水点改造工程单位成本统计，因为不包括难以实施的改造项目，相关统计值偏低；已实施的泵站翻建费用不包括临时排水费用。
本课题提出的海绵设施改造方案，基本不改变土地用途，不包括征地费用。
因多数效益难以量化，本课题只讨论削减合流制溢流的直接效益。
通过平水年降雨过程的连续模拟，计算海绵设施的年溢流水量削减率，在平水年（1996年）降雨条件下，A区域实施海绵设施建设方案可削减年溢流量54.0%，年溢流次数从13次减少到6次。
经模型试算，达到相同效果需建造容积7000 m³（5.4 mm径流深度）的调蓄池。不考虑征用土地的费用，调蓄池建造成本约为4550万元；
全生命周期调蓄池排空水的处理费用约1025万元，其他运行维护费用不考虑。
因地下水位高，不能下渗削减水量，对峰值流量的控制同样受到影响，海绵设施的建造成本可能略大于传统翻排管道的成本；
同时考虑削减溢流污染的效果，海绵设施建造成本低于传统改造成本。
• 对土地紧缺、地下水位很高的上海，按照老城区的最大应用可能性布置海绵设施，在集中短历时暴雨条件下，有可能将1年一遇标准的建成系统的排涝能力提高到接近5年一遇。
• 考虑海绵设施同时具有的控制溢流污染等效益，海绵设施提高建成区排涝标准的费用效益优于翻排管道，重建泵站。
• 考虑到传统提标改造方法的可实施性受到的限制（缺少管位、影响交通、征用土地困难等）可能更大，通过海绵设施实施提标改造，是一种值得关注的选择。
注：本文根据同济大学李田教授在“第五届城市排水防涝暨雨水控制利用技术论坛”上的发言整理而成，原标题《海绵设施提高上海建成区排涝标准的可行性与费用效益探讨》。
(作者：李田 编辑：admin)
