给水排水 |海绵城市生物滞留设施误区,你中招了么?

节能内参 2017-01-14 22:06

海绵城市实际建设应用中,常对“生物滞留”的概念不清、认知不足,导致随意的规划设计和盲目应用。针对此问题进行分析并提出建议。 1海绵城市建设中生物滞'...

海绵城市实际建设应用中,常对“生物滞留”的概念不清、认知不足,导致随意的规划设计和盲目应用。针对此问题进行分析并提出建议。

1海绵城市建设中生物滞留设施应用存在的问题

1.1认知不足,工程设计应用盲目

通常,生物滞留设施由蓄水层、覆盖层、植被及种植土层、人工填料层和砾石层等5部分组成,如图1所示。

但是,在实际工程应用中,往往由于对“生物滞留”的概念不清、认知不足,导致规划设计随意、应用盲目。如:

(1)未根据工程项目实际条件,因地制宜的进行生物滞留设施的设计,致使生物滞留设施形式单一化。

(2)“生物滞留”的名词使用随意,未按照形态和应用场所进行清晰界定。

(3)进行生物滞留设计时,忽视了覆盖层的设置。

1.2过度关注水量控制,水质风险预期不足

《海绵城市建设绩效评价与考核办法(试行)》(以下简称“考核办法”)发布后,各试点城市均以此作为海绵城市验收的金标准。“考核办法”中提出,以《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》规定的年径流总量控制要求作为约束性考核指标。因此,海绵城市建设推进过程中,多以水量控制为主,忽视了径流雨水带来的污染风险。

不透水表面是人类活动的主要区域,大量污染物在旱季积累,降雨发生后,不透水表面累积的污染物被冲刷至径流雨水中,致使径流雨水污染严重。其中,道路路面径流雨水污染最为严重,如谢帮蜜等研究发现北京市清华大学校内外道路的降雨径流中污染物浓度基本超过了《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅴ 类水质标准,其中初期径流中大多数污染物浓度还超过了城镇生活污水排放三级标准;李倩倩等对天津3条典型主要交通干线径流雨水中的5种重金属进行了取样监测,发现Fe、Cr和Cd的质量浓度较高,是径流雨水中的主要重金属污染物;孙昆鹏等考察了深圳市光明新区内道路的径流雨水污染物浓度,发现COD和TP 均不同程度的高于地表水环境Ⅴ类标准,SS和COD均超出城镇污水处理厂污染物一级B排放标准。笔者分别于2015年和2016年在北京市西城区车公庄大街监测了3场降雨事件道路径流雨水污染物的浓度水平,发现其径流雨水中溶解态总磷浓度远高于引起水体富营养化的浓度(0.02 mg/L),如图2所示;

其中,2015年3月31日降雨径流中重金属污染严重,浓度高于地表水环境Ⅳ类水质标准,如图3所示。

但是,由于水量控制的先导理念,导致在生物滞留设施的实际设计中,对水质的控制考虑不周,缺乏有效的预处理设施。

其次,过分夸大了生物滞留设施的净化效果,忽视了生物滞留设施可能带来的潜在污染风险。笔者采用普通惰性基质砾石作为生物滞留系统的填料,考察了其对径流雨水中磷素的去除,发现生物滞留设施对仅颗粒态污染物控制效果较好,对溶解态污染物几乎没有去除。Dietz等通过长期实际监测,发现生物滞留设施存在明显的营养盐溶出问题,出水污染物浓度明显高于进水浓度。

1.3设计方法简单,未按控制目标进行设计

通常,国外采用3种方法对生物滞留设施进行设计,如基于达西定律的渗滤法、蓄水层有效容积法和基于汇水面积的比例估算法。其中,基于达西定律的渗滤法忽略了生物滞留设施自身构造空隙储水量的潜力和植物对蓄水层的影响;蓄水层有效容积法虽考虑了植物对蓄水层储水量的影响,但并未考虑设施的渗透能力和空隙储水能力;基于汇水面积的比例估算法认为生物滞留设施服务的汇水面积比例为5%~10%。

我国生物滞留设施的设计大多采用简单的蓄水层有效容积法,如式(1)所示,仅考虑了径流体积的控制,大多未考虑设施的渗透能力、蓄水层植物的影响、土壤填料空隙储水能力等因素。此外,在径流雨水污染严重的区域,应建立以污染物削减控制为目标的生物滞留设施计算方法。针对目标污染物,可通过改进填料种类、优化构造等途径强化污染物去除;如对径流雨水中磷、重金属去除要求较高时,可添加含铁、钙等元素较多的填料等。

V=φAH(1)式中 V——控制调蓄容积(蓄水层容积);

φ——为综合径流系数;

A——汇水面积,hm2;

H——年降雨总量控制率所对应的设计降雨量,mm。

1.4忽视了设施长期运行维护的设计

在生物滞留设施建设过程中,常出现为赶工期而设计施工不当,缺乏长期运行维护的考虑。对生物滞留设施进行长期的工程追踪可为生物滞留设施的评价、运行维护获得第一手资料,是海绵城市持续推进的有力保障。

2生物滞留设施应用案例分析

道路是城市中一种典型的硬化下垫面,产生的雨水径流峰值高、总量大、污染较严重。生物滞留设施作为海绵型道路建设的常用技术,可有效净化雨水、削减峰值流量,提高汇水区域的综合排水能力。针对文中提出的关于生物滞留设施工程应用存在的若干问题,以北京市某道路生物滞留设施为例进行分析,详见图4和图5。

2.1生物滞留设施概念及构造

案例中的生物滞留设施应用于城市道路的绿化隔离带,外观呈长条形分布,根据其形态和应用场所该生物滞留设施可称为生物滞留带;由于城市道路为不透水型下垫面且该道路原雨水管线较为完善,为避免生物滞留带蓄水漫过路牙石引起道路积水,本案例采用溢流型生物滞留带;由于生物滞留带位于机动车和非机动车间的分隔带中,雨水直接入渗可能会对道路结构造成损害,因此本案例生物滞留带底部设置防渗层。

2.2径流雨水净化

针对道路路面径流雨水悬浮物(SS)含量较高,根据场地现状条件,本案例在生物滞留带进水口处设置预沉池,削减径流雨水中的悬浮物等较大颗粒,以降低生物滞留带的除污负担,延长其使用寿命;此外,综合考虑填料的渗透性和吸附净化能力,在人工填料层填充对径流雨水中多种污染物具有较强吸附能力的组合填料(如粉煤灰、沸石、人工制备材料等)。

2.3设计方法

计算道路生物滞留带面积时,综合考虑了设施的渗透能力、蓄水层植物的影响、土壤填料空隙储水能力等因素,其面积Af计算如式(2)所示:Af=AHφdf/[60KT(df+h)+hm(1-f)df+nd2f-Hdf](2)

式中 A——道路汇水面积,m2;

H——年降雨总量控制率所对应的设计降雨量,m;

K——种植土渗透系数,m/s,北京取5×10-6m/s;

T——降雨时间,通常取120 min;

df——植土层和填料层的厚度,m;

h——蓄水层设计平均水深,m;

f——淹没在水中的植被平均体积率,本案例取20%;

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