市政排水工程的海绵化改造

导读

       在城市规划建设的过程中，给排水系统是其中非常重要的一个部分。针对海绵城市致力于解决的诸如内涝、水资源短缺以及径流污染等问题，需要将市政排水工程需要与海绵城市的各种技术进行有效的结合，才能使雨水的利用率得到进一步有效提升。

一、市政排水工程进行“海绵化”改造的必要性

市政排水系统是处理和排放城市污水和雨水的工程设施系统，因为有着实现雨污水的排放、转移和治理的功能，被俗称为灰色基础设施（Grey Infrastructure）。

传统的市政排水系统的核心理念是快干快排，这种方式虽然在城市暴雨强度大的时候排放效率较高，但是对城市紧缺水资源的循环有效利用毫无益处，所以，海绵城市需要从传统的管道集中速排模式，转向了生态化和可持续的雨洪管理，这也是绿色基础设施的重要目标之一。

而且，市政工程“海绵化”改造并不是要将灰色设施推倒重来、也不是用“绿色设施”代替“灰色设施”，而是致力于结合绿色设施和灰色设施，将雨污水的收集、输送、净化、利用、排放等环节的内容有机地统一起来并协调运作，最大程度发挥城市自身的排水和用水功能。

二、市政排水工程详解

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市政排水工程工作机制

城市排水系统通常由排水管道和污水处理厂组成：在实行污水、雨水分流制的情况下，污水由排水管道收集，送至污水处理后，排入水体或回收利用；而雨水径流由排水管道收集后，就近排入水体。

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传统市政排水工程常见问题

这些传统的市政排水工程存在的常见问题有：

◆为满足瞬间排水要求，过分依赖管道工程；

◆工程浩大、维护成本高且可持续性差；

◆雨水被排掉、地下水得不补充、雨水资料得不到充分的利用；

◆管网老化，排水坡度小，水流不畅、淤积严重；

◆泵房设备老化、设计标准低、排水能力小；

◆缺乏统一管理，管道私接、乱接现象严重，污水收集率低。

三、市政排水工程“海绵化”改造措施

正如前文所述，海绵城市建设已经不能仅仅局限于城市排水防涝管道这种灰色建筑的建设，要解决城市看海问题，建设海绵城市仍需要“灰色”和“绿色” 相结合，接下来就让我们看看到底有哪些具体措施可以实现市政排水工程的海绵化改造。

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灰色骨架——排水系统改造

1丨提高排水管道标准，进行雨水管网、泵站提标改造

雨水管网改造主要表现为加大管径；泵站泵房提标改造表现为实现智能控制、恒压供水，节能降耗，满足供水要求，保障水压稳定。

在原有老旧管道的基础上增设直径1200㎜至2000㎜的大口径管道

路面铺设直径1.5米的雨水管道，给路面防涝提供了更大的空间

泵站改造现场

2丨增设雨水泄洪通道

将雨水管网管径增大后，排入江河湖海等各种“海绵”水体中的水量将会增多，所以应当增设一些雨水泄洪通道。

城市水体泄洪排水口

3丨打造地下排水深邃泄洪排涝

深隧工程不是要重建一个城市排水系统，它是原有治水管网基础上的一个提升与深化，深隧功能的发挥有赖于深浅结合——只有深浅层之间的管网畅通，深隧的功能才能发挥正常。

降雨时，多余雨水由竖井进入深层隧道，减轻浅层排水管压力；降雨停止时，隧道内存储的雨污水经由泵站输送到浅层管网，进入地面污水处理厂处理。

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绿色枢纽——道路生态化改造

城市市政工程排水的主要集水区在于道路，所以通过打造道路周边的生物滞留设施，可以多而全地将雨水引入排水系统。

以下是几种改造方式：

1丨雨水蓄渗塘和雨水收集池

在雨水终端排放水体之前对其进行调蓄和渗滤处理，既可满足道路排水功能需求，又可解决初期雨水道路径流带来的水质污染问题

雨水蓄滞塘平面图

雨水蓄滞塘剖面图

雨水收集池

2丨生态植草沟与下凹式绿地

生态植草沟示意图

生态植草沟实景图

下凹式绿地实景图

3丨绿化缓冲带与生态护坡

绿色缓冲带示意图

绿色缓冲带实景图

生态护坡示意图

四、市政排水工程“海绵化”改造具体案例

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天津文化中心生态排水防涝系统设计

天津文化中心由天津乐园改造而成，而天津作为一个资源性缺水和饱受内涝之苦的城市，在旧城区改造和重新规划开发时需要对排水防涝系统提出了更高的要求，即将“防”和“用”有机结合，实现雨洪资源利用的最大化。

1丨设计理念

我们都知道径流量扩大会增加雨水管网及配套设施的规模和造价，破坏自然水循环模式并造成内涝。天津文化中改造项目采用海绵城市设计理念，运用先进的雨水收集理念，场地内大部分暴雨径流经雨水收集系统收集、过滤、流动进入中心湖存储再利用并得到循环净化。

海绵城市理念

2丨设计流程

生态雨水管理体系主要由三方面组成：雨水收集系统、湖水循环与净化系统，以及湖体设计。通过沉淀管井的预处理、蓄水模块的调蓄、湿地净化一系列流程，将场地中大部分的雨水集入中心湖。

雨水流程图：当暴雨事件发生时，超过设计标准的径流量会流入中心湖、或通过紧急溢流与中心湖的湖底调蓄流入市政管网系统。

雨水系统流程示意图

降雨发生后，内排区域屋顶、道路和绿地的雨水将被不同形式的排水沟、入流井和雨水管道汇集，经过沉淀井的预过滤和沉淀，进入地下模块化调蓄沟里。在调蓄沟中，水流得到滞留，雨水峰值变小，并通过终端设置的泵房送至生态净化群落，经过净化过后进入中心湖中储存。外排区域的雨水也会经过收集和沉淀的过程，最后通过调蓄沟滞留后流入市政管网。

3丨场地排水区划分

根据场地整体布局和竖向规划，整个场地可划分为22个排水分区流域。其中内排（排入调蓄沟和中心湖后再溢流入市政管网）和外排（排入调蓄沟后进入市政管网）面积分别占场地总面积的53%和47%

排水分区图

4丨管网和设施基本布局

经过各个分区计算和分析，可以得到排水防涝设施初步布局。该排水防涝系统主要由缝隙式排水沟、沉淀井、调蓄沟、中心湖组成。

排水防涝设施布局方案

中心湖循环净化系统示意图

排水防涝系统系统主要组成包括：

1、缝隙式排水沟：V型横截面缝隙式排水沟和盖板排水沟采用树脂混凝土成品排水沟，能够将雨水高效的收集。

2、沉淀井：通常状况下雨水初期径流夹杂杂质及异物，无法达到进入泵井、管道和湖体要求的纯净度，预处理是非常必要的。

沉淀井

3、调蓄沟：调蓄沟的主体为具有骨架结构的“蓄水模块箱”，其使用高强度的合成物质制造，有着很强的承压能力和超过传统蓄水设施的空间利用率。

模块化调蓄沟施工

4、中心湖：中心湖面积97900m2，设计常水位2.2m，三年一遇最高水位2.5m，最低水位2.1m。

5丨场地实景

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深层排水隧道工程：东濠涌深隧工程

要系统解决城市内涝问题，首先需要提高城市排涝“主动脉”即河道的行洪能力，确保排水主渠道的畅通，但这种方案目前面临诸多难题。

在这种现状下，深隧系统更能解决问题。它将溢流的污水和初雨调蓄收集，雨后送到污水处理厂处理；同时，它有很大的过流能力，遇到强降雨，可作为分洪通道，缓解城市内涝。

1丨深隧工作原理

所谓的深层隧道排水工程，就是指在地下40米处建设容量为数十万甚至过百万立方米的大型蓄水池。发生大暴雨时可将降雨先储存在地下，排水高峰期过后再用泵机将水抽出，经处理后排放到江河湖泊。

深隧工作原理

2丨项目基本状况

作为国内第一个深层隧道排水工程项目, 东濠涌深隧是广州市为有效解决“水浸街”的重点工程,项目位于越秀区,北起东风路以南的东濠涌高架桥西侧绿化用地,沿越秀北路、越秀中路、越秀南路以南,终点位于江湾大酒店东侧的补水泵站。工程造价2.72亿元,总长1.77公里。

东濠涌深隧示意图

在地下40米处建设大容量的蓄水池, 这种通过先存储再排出的方式进行调蓄,城市排水压力将得到缓解,不但发生内涝的可能性有所降低,而且可以控制溢流污染和初雨污染。不仅如此,相比地表明渠或排水管网,深隧系统的建设成本也有明显优势。

项目部分三维视图与3D地址坡面

但是，无论是浅层排水和深层隧道,单独用其中一种方式都无法完全解决水浸问题,单独使用其中一种都无法让所有水浸点完成排水,所以广州老城区的排水将采取的是浅层排水和深层隧道相结合的排水方式。

深隧与浅层排水系统衔接示意图

3丨深隧的预期效果

根据规划，东濠涌深隧的设计使用年限为100年。建成之后，可将河涌排涝标准由现有的15年一遇提高到50年一遇，降低水浸风险，提高河涌水体水质。据广州市水务局介绍，东濠涌深隧工程建成后，50年内因项目的实施可有效防止内涝20次，每次内涝按2亿元计算，节省的经济损失静态价值为40亿元。 

深隧竖井施工现场

深度剖析——

市政排水工程“海绵”改造的关键策略

关键策略

▲雨污水管道改造；构建多尺度排水系统

1、小尺度排水系统，注重源头径流调蓄，设置调蓄设施；

2、中尺度排水系统：针对城市洪涝标准内雨情，通过中小河道、雨水管道、泵站提标改造、增设行泄通道、调蓄区、蓄涝区

3、大尺度排水系统：针对超常雨情

深度剖析——

城市水系“海绵化”中关键产品与技术运用

城市水系“海绵”改造的技术方法

▲雨污水管道改造；

▲内涝积水点改造，增加排水能力；

▲河道通、沟渠泄通整治；  

▲修建深隧系统；  

▲生态化的市政设施。

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