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海绵城市建设-极端天气与城市内涝(190)
2016-12-08 14:44   审核人:

地球上的水是在水圈、大气圈、岩石圈和生物圈 中做不休止的循环运动。

降水是水自然循环的重要环节,是地下、地表径 流的唯一源泉,也就是人类水资源的唯一来源。 降雨就是水循环,降雨就是水资源。

暴雨占降水中的大部分,尤其是北方的干旱、半 干旱地区,暴雨占全年雨量的60-70%以上 暴雨和雨洪是水资源的重要组成部分。与暴雨雨 洪共存并使之为人类服务是现代人的重要工作之

人类几百万年的生存史中,在城市没 形成之前,甚至在现代大都市没有形成: 前的绝大部分时期里,人们在靠近泉眼、 湖泊、河川且不宜为洪水所淹之地,择地 而聚居。群落、街道多为因势而成,不存 在为水所浸的严重问题。

只有当城市形成尤其是现代大都市无限 扩张之后,不断侵占池塘、湿地、草场和 森林,城市中心区域人口高度集中、楼宇 密集,城市规划设计无序…阻断了雨洪的 自然循环,才产生了城市内涝之害。

2004年7月10日,一场强降雨侵袭北京,部分城区交 通瘫痪、供电中断,造成了十几亿元经济损失;

2011年6月23日,北京遭遇了一场10年以来的最大暴 雨侵袭,29处桥区出现严重积水,22处路段因积水无 法通行,交通中断;

2012年7月21日,60年一遇的强降雨侵袭北京,城市降 雨量212mm,最大降雨量519mm,内涝造成交通中断, 77人遇难。

2007年杭州主城区遭遇40年一遇强暴雨,1503户居 民家中进水,53处道路积水,40多个路口因积水过 深失去通行能力,150辆汽车在水中熄火,受灾人 口超过21万人,直接经济损失3.1亿元。

2011年6月18日,武汉出现191mm的日降雨量,相 当于15个东湖水量,全城80多处路段严重积水,城 区交通近于瘫痪。如此等等…

暴雨、径流、雨洪都是地球水循环的自然现象,

是不依人类的意志而改变的。但现代人类不愿和 几百年前一样与雨洪共存;

近多年来,各大都市暴雨内涝灾害是这些城市极度崎形发展的结果;

亡羊补牢,我们应反思现代城市是怎样侵占雨水 径流的存身之所,是怎样堵塞了雨水循环的途径, 从而建立起不受暴雨雨洪水浸而安全的城市,为 建设循环型城市提供基础。

2.城市内涝成因

2.1极端高强度暴雨频发

北京、上海、济南、广州等地的暴雨频发,均; 几十年甚或百年一遇;

极端降雨在我国和世界各地多有发生,其原因是 多方面的:

人类社会大量排放温室气体,全球气温变暖,大 气中饱和蒸汽压增髙,空气之中含有更多的水分, 增加了大气中的潜在降水量。

靠近地面的低空大气受温度变化的影响显著,气 温更髙于上层大气,于是使大气对流运动更激烈 起来,在激烈的大气对流下,更容易产生和发展 携带强降雨的雨云。

全球温暧化的继续使台风和暴雨还会增加。日本 气象学者估计,即使在低碳社会的努力下,2100 年大气中CO2浓度将为700ppm。

城市人口高度集中,城市弥漫在燃煤、燃石油生成的 氮和硫的氧化物的烟雾之中。失去了湿地和自然水面、 大片绿地的城市,其硬化了的地面又快速把雨水径流 排走,于是城市气温逐年上升,形成了热岛现象。

在过去的一百多年间,世界年平均气温上升0.3°C,

而快速城市化的东京年平均气温上升3°C。城市热岛 现象与暴雨频发有着因果关系。

 

2.2城市堵塞了雨水循环的自然通道

城市屋顶、道路、停车场等硬化了的地面就像一张 不透水的大网笼罩着大地,增加了地表径流产率。

地面种类         径流系数         地面种类         径流系数

屋面         0.85-0.95 建筑物间空地         0.20-0.30

混凝土与沥青路面         0.85-0.95 陡山坡     0.40-0.60

其他不透水路面与地面         0.75-0.85 平缓山坡         0.20-0.40

多草皮、森林的公园与绿地         0.10-0.20 水面         0.00

综合径流系数Y与人口密度X(人/ha)、不透水地面率 lmp呈正相关关系。

Lmp=3.66X0 549 (1^=0.940)

屮=0.00685lmp+0.17 (r2=0.926)

城市地面硬化率为30-40%,其径流系数为0.38-0.48。 城市地面硬化率80-90%时,其综合径流系数将为 0.65-0.72。产流将成倍增加,而径流时间缩短,径 流峰值增大。

由于地下水得不到补给,水位下降,枯水期的水体 得不到地下水补充,会产生小河干涸、泉水枯竭等 水环境退化现象。

(2)城市的发展挤占了湿地、湖沼、河滩自然湿地,失去了雨 水蓄集储存的空间。

自然湿地是雨水调蓄储存的空间,是多种水生生物栖息的场所, 是调节气候的宝贵水体。但是城市的无度拓展不断挤占自然湿 地,使雨洪失去了存身之所,由此增加了城市内涝的危险。

现代城市为了拓展发展空间,不断压缩河床,将河床做成三面 硬化了的行洪河道,失去了宽窄不一、有深有浅、有急流险滩 也有缓流深潭的多样水力条件,失去了各种生物繁殖的自然河 床,切断了河水与地下水的水力联系,又使旱季河水干涸、河 床裸露,破坏了水生态环境。

城市化堵塞了雨水循环的自然通道,就需要完善的人: 雨水循环通道来补充,防止城市雨水径流成灾,保护市区不 受水浸。然而我国除了古城堡之外,几乎所有城市雨水调 和排除工程体系均不完善,水浸内涝频频发生。

我国历年来“室外排水设计规范”规定雨水道溢流周 期>1-3年,而各城市的实践多为0.5-1年。世界各国多为 10-50年,与之相比,我国标准甚低。所以我国各大城市每 年或经常都有水浸发生,重者演成内涝乃是自然之事。

用地类型         农村郊区         1       10     居民区     2-5

                            高产值的商业区     2-10

居民区     2       20     机场         2-10

城市中心,工业 和商业区  2-5   30     高产值的闹市区     5-10

地铁和地下通道     10     50     洲际高騰或     100

欧盟EN752雨水系统设计标准

美国ASCE雨水系统设计标准

2)城市人工雨水渗透、调节、储水工程设施空白

人工渗透井、渗透侧沟、渗透管和渗水地面砖和人工雨水 调节池承担着大雨时雨水的暂存和调节,当小雨或晴天时再 抽升排放;承担着初雨、小雨时,水质恶劣雨水的存放,进 行就地处理或者输送到污水处理厂进行处理。从而减轻雨水

对城市水域的污染。可是我国在此方面的建设还是空白。

各市雨水排除系统是在几十年间逐步修建的,在一部 分雨水道中,沉积、结垢和异物堵塞并不少见,甚至 施工过程中混入管道中的泥土和异物都没有清除。

在雨水道系统多年的形成过程中也难免有些管段管径 过小,形成过水瓶颈。

我国缺乏明确雨水排除系统的管理条例,或者有标准 疏于执行。要充分发挥现有系统的排雨洪能力,首先 要强化管理和维护。

充分发挥现有雨水排放、调节体系的作用,建立 居民自救、互救机制,是不可缺少的。我们一些城市 缺乏充分发挥现有雨水排除、调节能力的管理体制, 没有对水浸髙危区居民防灾、避灾、自救和互救意识 的教育。

3.雨洪对城市水质的污染

广州中心区雨水径流水质随时间的变化 东京降雨中的化学成分

4.创建在暴雨中无水浸的安全城市

(1)修复城市雨水循环的途径

保护和建设城市绿地、树林、公园等自然渗水地面,城 市绿化率应在40%以上;

建设透水的道路,尤其是人行道、自行车道、停车场。 增加城市透水地面面积;

修建渗水的雨水管线,增加雨水渗入地下的比例;

对城市大面积的屋盖雨水进行有组织的收集,或者储存 利用或者在雨落管下修渗透井,使屋盖雨水渗入地下;

结合景观建设和修复城市湖泊、水池、溪流等城市水体, 使城市水面率适宜,使暴雨雨洪有调节存身之处。

合理的城市排水体制 ■合理划分排水区域

提髙溢流周期P和稀释倍数n到国际先进水平

我国《室外排水设计规范》(GB540014-2006 2014年版)规定:一般地区P=2-3年,重要地区P=5-10

年。与国外大城市P=10-100年还有较大差距。

2013版室外排水设计规范将n0提升到2-5,但与国 外城市合流雨水道稀释倍数n05-10仍有差距。

地表的渗透和水系调节容量基本饱和时需要人工建 造的深层(相对于雨水排除系统的髙程而言)调蓄和输水 空间来调节。

在下凹式立交下建设深层调节池,沿雨水干管建深层隧道 常是特大城市的无奈选择。

在合流水道地区,深层调节池和深层隧道还能起到减少合 流雨水溢流的频率,减轻合流雨水污染负荷的作用。

(4)加强维护管理充分发挥现有合流排水系;

的功能潜力

突袭式的局部强暴雨的精准预报

建立城市“内涝灾害地图”

标出在各种暴雨强度、暴雨量下水浸内涝区域的范围,标 出高危内涝区域。用作城市指挥防灾和居民自救、互救与避难 之用。

组织居民自救互救

5.城市雨水直接利用

在远离大陆的孤岛上,淡水稀少,为了生存人们直接收 集储存天水(雨水)用以饮用和生产活动;

在城市内的办公大楼、居民住宅中,收集储存屋面、庭 院、广场的雨水,用来冲洗厕所、浇洒绿地、植木、洗 车,节省自来水用量,可以减少水费开支;

雨水利用系统的储水池可调蓄雨水,抑制雨水径流,可 减轻城市排水系统的负荷;

具有渗透功能的雨水利用系统,增强土层的含水率,滋 养草皮、植木的生长,同时涵养地下水,改善径流水质, 减少雨水径流对水体的污染。

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⑴雨水利用系统

雨水利用设施不仅考量利用雨水的本身,还可 发挥雨水调蓄、渗透、水质改善等功能,建立多 能的雨水利用系统。

如果排除初期雨水,可直接用于冲洗厕所。

经过自然沉淀可以用来浇洒绿地、花木,也 以用于景观水池和水幕。

雨水还可以直接用于消防。

但用于室内清扫、洗涤,必须经过沉淀和过滤。

如果以雨水作为饮用水源,须经过活性炭吸附 等深度处理,并投氯灭菌。

建筑物的集水面是屋顶和墙壁。无风天降雨 几乎都为屋面所捕获,而风天雨水用墙面收集更 为有效。

沉淀槽     水池

屋面集水系统

墙壁集水系统

 (4)初期雨水的排除

屋面雨水从降雨开始,随降雨历时的延续,污染物 浓度渐次减小。随着降雨累积量的增加,雨水水质渐渐 变好。初雨的COD、SS浓度与累积雨水量0.25mm后的 雨水水质相比要浓数倍和数十倍。排除初期雨水是雨水 利用的必须。

降雨是水文循环的环节,降雨是水资源之源头,降雨 是清洁丰富水环境的基础。降雨雨洪是自然规律使然 人类与降雨雨洪共存,人类社会才能持续发展,我们 应呼唤降雨。

恢复城市雨水循环的通路,是人类与雨洪共存的基本 方法。我们要保护城市的绿地、树林、湿地,要结合 景观保护自然水域,建设和改造人行道,停车场等为 透水性地面,收集屋盖雨水通过水落管进入渗水井, 使更多雨水渗入地下。

提髙雨水道设计溢流周期P,合流雨水道稀释倍数n0,溢 流重现期P应提到《室外排水设计规范GB540014-2006 2013版》所定上限之上,达到应有的水平。

在特大城市据实际需求,建设地下雨水调节池和深层隧道, 以解决雨水道输水能力不足,防止水浸和内涝,解决初雨、 合流溢流污水对自然水体的污染,维护清洁的水环境。

污水处理厂留有处理高稀释倍数大流量合流污水的设施。 分流制地区要建初雨处理设施。

谢谢!

 

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