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導(dǎo) 讀

武漢青山海綿城市建設(shè)試點區(qū)以“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市理念為基礎(chǔ)，從流域統(tǒng)籌角度構(gòu)建蓄排平衡的大海綿體系，從源頭減量角度踐行灰綠結(jié)合的小海綿體系，提高了試點區(qū)排水防澇水平，有效改善了老城區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施短板明顯、人居環(huán)境較差的問題。

01  青山試點區(qū)概況

1.1 建設(shè)現(xiàn)狀

青山試點區(qū)位于武昌地區(qū)東北部，北臨長江、南靠東湖，東至武鋼工業(yè)區(qū)，面積約23 km2，是武鋼產(chǎn)業(yè)工人的主要居住區(qū)，建成區(qū)占比80%以上，舊城舊廠占到了50%以上。區(qū)內(nèi)存在12處嚴重內(nèi)澇積水點，3條黑臭水體，人居環(huán)境品質(zhì)整體較差。

1.2 排水系統(tǒng)

試點區(qū)根據(jù)排水出路，可分為兩個流域，西側(cè)區(qū)域內(nèi)無大型水域，雨水直接向北通過港西泵站排至長江；東側(cè)屬于東沙湖系統(tǒng)，雨水通過東湖港等幾條河道向南排放至東湖、沙湖內(nèi)調(diào)蓄，后再通過新生路等3座泵站排至長江。試點區(qū)內(nèi)的雨水排放模式基本代表了武漢市的整體情況。

圖1  試點區(qū)所處流域情況

02  內(nèi)澇成因分析

2.1  汛期懸河，外洪內(nèi)澇疊加

濱江平原的特點導(dǎo)致武漢在內(nèi)澇防治方面有著先天的不足，堤防是武漢城市安全的必須基礎(chǔ)設(shè)施，但圍合的堤防也將地勢低洼平坦的武漢包圍成了缺少出路的盆地。以青山試點區(qū)為例，約85%區(qū)域地面高程在20.00~25.00 m，低于多年平均洪水位高程25.5m，遠低于2016年28.36m洪水位，汛期長江對于武漢已成懸河，外洪嚴重限制了城市內(nèi)部雨水的排出。

2.2  湖泊受限，調(diào)蓄能力欠缺

武漢歷史上“湖面變魚塘，魚塘變藕塘，藕塘變樓房”的情況突出，導(dǎo)致大量湖泊消失，調(diào)蓄功能喪失。馬建威等研究就發(fā)現(xiàn)，1996—2010年間，中心城區(qū)范圍內(nèi)水域面積減少了36%左右。青山試點區(qū)所處流域內(nèi)東湖、沙湖、楊春湖等湖泊歷史上也存在不同程度的侵占情況。同時，作為武漢重要的名片，東沙湖等湖泊的景觀功能也十分重要，調(diào)蓄功能也受到不同程度限制。


一是作為典型的淺水位湖泊，雖然水域面積大，但平均水深僅為2.18 m，調(diào)蓄水位變化幅度有限，如2017年東沙湖流域為騰出2 385萬m3調(diào)蓄庫容導(dǎo)致了嚴重的沿岸湖底裸 露，景觀游船擱淺情況。


二是淺水位湖泊水質(zhì)易受擾動，為減少管網(wǎng)混錯接、初期雨水等污染影響，雨水的排放也一定程度受限，部分雨水排口封閉。


2.3  泵站不足，抽排能力短缺

試點建設(shè)前，青山試點區(qū)內(nèi) 港西系統(tǒng)依靠23.8 m3/s的港西泵站將雨水排放至長江，泵站僅能應(yīng)對管網(wǎng)重現(xiàn)期約一年一遇水平的降雨；試點區(qū)內(nèi)東沙湖系統(tǒng)依靠試點區(qū)外流域內(nèi)羅家路等泵站，總規(guī)模142 m3/s，對于整個流域，抽排能力僅相當于70 mm/d的水平，這也是2016年武昌地區(qū)長時間積水的原因，總降雨量超過500 mm，遠超湖泊調(diào)蓄能力和泵站抽排水平，湖泊水位長時間無法降低。

2.4  主干不暢，過流短板明顯

根據(jù)對現(xiàn)狀管網(wǎng)系統(tǒng)的評估，試點區(qū)主干管網(wǎng)能力普遍不足，83.8%的現(xiàn)狀管道能力不足3年一遇，尤其是接入港西泵站的主干箱涵沿線是主要的內(nèi)澇積水風(fēng)險區(qū)域。


東沙湖系統(tǒng)中由于管網(wǎng)臨近河渠，匯水面積小，重現(xiàn)期達標比例較高，但由于東湖作為長江的伴生湖泊，與長江的雙向聯(lián)通特征顯著，導(dǎo)致試點區(qū)內(nèi)河渠整體平緩，河渠整體過流能力不足，評估顯示，在50年一遇24 h降雨條件下，局部渠段存在水位超過河堤情況。

2.5  局部低洼，硬化面積增大

由于區(qū)域開發(fā)建設(shè)時序不一致，試點區(qū)局部位置地形低洼，暴雨后周邊雨水集中匯入形成嚴重積水。典型位置為試點區(qū)北部鋼城二中，平均比周邊低1 m以上，最 大高差超過3 m，導(dǎo)致學(xué)校面積僅1.87 hm2，但接納周邊客水匯水區(qū)超過3 hm2。


同時整個試點區(qū)作為老區(qū)，整體開發(fā)強度較高，在區(qū)域內(nèi)有約21%的非建設(shè)用地和發(fā)展備用地的情況下，人口已達到28萬人，人口密度達到了1.54萬人/km2，屋面、道路等硬化面積大，達到了試點區(qū)面積的48%以上；加之武漢市地下水位較高，都嚴重阻礙了雨水徑流的滯蓄、下滲。

03  構(gòu)建蓄排平衡的系統(tǒng)治理體系

受長江高水位影響，考慮到雨水的不可壓縮性，加強本地對雨水的滯蓄和泵站抽排能力，達到蓄排平衡成為武漢的基本選擇。但由于汛期武漢的降雨總量大、峰值高，2016年發(fā)生嚴重內(nèi)澇時一周降雨達到561 mm，超過98年創(chuàng)歷史記錄，50年一遇24 h降雨量為303 mm，蓄排的規(guī)模十分巨大。如何從河湖水域藍色空間保護利用、源頭綠色設(shè)施減量、管網(wǎng)泵站灰色設(shè)施提標等角度構(gòu)建藍綠灰結(jié)合，相互反饋銜接的雨水蓄（調(diào)蓄、滯蓄）排（管排、抽排）平衡體系，加強總體謀劃，做到經(jīng)濟技術(shù)合理是迫切需要解決問題。


3.1 堅持流域統(tǒng)籌，開展系統(tǒng)治理


堅持從流域角度出發(fā)，首先在流域?qū)用娼y(tǒng)籌湖泊等藍色設(shè)施對降雨的調(diào)蓄能力、源頭綠色設(shè)施的滯蓄能力、以及末端泵站的抽排能力，在總量上實現(xiàn)雨水的空間蓄排平衡，明確各類設(shè)施的雨水總量控制要求。其次打通各設(shè)施間的河渠等連接通道，合理提升管網(wǎng)等灰色設(shè)施的標準，確保雨水在源頭、湖泊、泵站之間的順利銜接，做到雨水去處清晰、排放順暢。青山試點區(qū)內(nèi) 港西系統(tǒng)清晰獨立，匯水區(qū)完整；但東沙湖系統(tǒng)涉及整個東沙湖水系，需在東沙湖流域范圍內(nèi)整體統(tǒng)籌。

3.2 堅持灰綠結(jié)合，發(fā)揮綜合功能


改變簡單依托末端大型泵站等灰色工程為主的思路，通過綠色優(yōu)先的理念，強化源頭海綿設(shè)施、自然湖泊水系等藍綠設(shè)施作用：在水量上優(yōu)先滯蓄，促進整體蓄排平衡的實現(xiàn)；在峰值上強化源頭滯留，緩解管網(wǎng)、河渠、泵站的壓力；在水質(zhì)上提升自然凈化能力，通過減輕徑流污染實現(xiàn)雨水入湖調(diào)蓄；在品質(zhì)上增綠留白，改善試點區(qū)老工業(yè)區(qū)城市建設(shè)面貌，提供優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品供給。通過“小海綿保水質(zhì)、大海綿保安全”整體形成 “以滯促滲、以滲促凈、以凈促蓄、以蓄促用和以蓄保排”的灰綠結(jié)合海綿城市建設(shè)總體框架。

04  系統(tǒng)方案與成效

港西系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)狀無自然湖泊水系，在源頭減量、削峰的基礎(chǔ)上，重點仍需提升泵站和主干管網(wǎng)的能力；東沙湖系統(tǒng)流域面積大，提升泵站抽排能力難度較大，通過深度挖掘源頭和湖泊的調(diào)蓄能力，合理優(yōu)化調(diào)度，以預(yù)排、削峰等促進區(qū)域內(nèi)排澇能力的整體提升，整體思路和目標如下。經(jīng)過多輪篩選與優(yōu)化，最終確定青山試點范區(qū)海綿源頭改造項目共計183個，其中市政道路項目24個，小區(qū)公建項目132個，公園綠地項目10個，城市水系項目7個，城市管渠泵站項目10個。

圖3 蓄排平衡體系方案思路

表1 不同措施控制雨量

4.1  做好湖泊保護與調(diào)度，提升調(diào)蓄能力

湖泊保護與調(diào)度工作主要在東沙湖系統(tǒng)，按照不增加泵站規(guī)模，充分挖掘源頭與湖泊滯蓄能力的思路，在50年一遇24 h 303 mm降雨條件下，東沙湖系統(tǒng)需要實現(xiàn)日233 mm以上的雨水滯蓄水平。由于源頭海綿設(shè)施所能控制的日降雨量有限，因此重點仍以湖泊調(diào)蓄為主，做好大海綿的保護與利用。



4.1.1 保護新增湖泊水域


通過嚴格落實武漢《中心城區(qū)湖泊保護“三線一路”規(guī)劃》，將湖泊藍線、周邊綠線、建筑灰線與環(huán)湖道路一同劃定建設(shè)，做到有效遏制侵占湖泊、濕地、坑塘行為。同時，以大東湖生態(tài)水網(wǎng)為基礎(chǔ)，加強流域內(nèi)湖泊港渠聯(lián)通，并合理確定最 低控制水位與超標調(diào)蓄水深，最終保證在湖泊景觀、水質(zhì)不出現(xiàn)嚴重影響的情況下，最 大限度提升調(diào)蓄能力，流域內(nèi)東湖、楊春湖等6處湖泊最 大調(diào)蓄量可達3649.8萬m3。


在做好大型湖泊水位調(diào)度的同時，武漢市還積極通過公園改造、低洼地治理等工作新增湖泊水體調(diào)蓄空間，如原為粉煤灰堆場的青山區(qū)戴家湖公園，現(xiàn)已蛻變?yōu)樯鷳B(tài)湖泊，形成水面6 hm2，既能調(diào)蓄凈化周邊雨洪，也為市民提供生態(tài)休閑娛樂空間。


4.1.2 實現(xiàn)雨水順暢入湖


為保證雨季徑流污染不對湖泊水質(zhì)造成嚴重影響，限制湖泊調(diào)蓄能力，試點區(qū)內(nèi)對市政道路及建筑小區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)混錯接情況進行了詳細排查，改造了176處市政道路、97個小區(qū)公建及3個公園的管網(wǎng)，將源頭海綿改造和面源污染充分銜接，依托國家“十五”重大科技專項研究結(jié)果，構(gòu)建了武漢市建成區(qū)次降雨量與地表徑流總磷（TP）污染負荷模數(shù)關(guān)系式，從而按照東沙湖水系水質(zhì)控制目標，確定了面源污染的控制目標，進一步細化了源頭海綿設(shè)施的建設(shè)要求。


4.2  加快泵站與通道建設(shè)，提高排放能力

武漢市自2016年后，以試點區(qū)為基礎(chǔ)，開展了全市的排澇設(shè)施補短板工作，全市共新增排澇泵站規(guī)模近1 000 m3/s，總規(guī)模達到1 960 m3/s，整治30余條城市河渠，并新增20多條主干排水箱涵。其中青山試點區(qū)內(nèi)新增港西泵站二期53.8 m3/s，配套新增最 大5×3 m箱涵約4 km；并按照50年一遇標準，結(jié)合截污、生態(tài)修復(fù)、景觀建設(shè)等對青山港、東湖港等河渠進行了系統(tǒng)的疏浚、拓寬等工作。

圖4 試點區(qū)主干排澇設(shè)施

4.3 推進源頭海綿化改造，增強滯蓄能力

以老城區(qū)、老工業(yè)區(qū)為主的青山試點區(qū)內(nèi)面臨嚴重的設(shè)施老化、空間不足等問題，建筑小區(qū)內(nèi)普遍存在積水、管網(wǎng)混錯接等情況。為此，試點區(qū)內(nèi)源頭項目以解決問題為首要出發(fā)點，不唯指標論。即優(yōu)先重點解決小區(qū)雨污混錯接、積水等功能性問題，并將小區(qū)管網(wǎng)改造、綠化改造與小區(qū)道路改造統(tǒng)籌考慮，做到有機結(jié)合，通過新增透水活動空間、綠化提升等工作促進小區(qū)環(huán)境品質(zhì)提升，使得海綿城市建設(shè)成效看得到、摸得著，也利于老舊小區(qū)后期對海綿設(shè)施的自發(fā)維護。


其次，合理制定源頭改造徑流控制目標，在試點區(qū)蓄排平衡的大框架下，保證區(qū)域整體達標，而不是單個項目達標。利用南干渠游園、和平公園、倒口湖公園等內(nèi)部水體收集滯蓄周邊區(qū)域雨水，在區(qū)域?qū)用娼ㄔO(shè)聯(lián)通周邊區(qū)域和公園的管網(wǎng)、地面排水通道等設(shè)施，公園內(nèi)部水體配套建設(shè)了攔截凈化濕地、一體化初雨調(diào)蓄處理設(shè)施等。如南干渠游園建設(shè)了能承擔(dān)周邊約0.7 km2的調(diào)蓄處理設(shè)施，在提高徑流控制目標、削減面源污染同時一定程度上起到了周邊低洼區(qū)域積水的調(diào)蓄削峰作用。

圖5 徑流控制指標區(qū)域平衡項目分布

4.4 強化低洼點系統(tǒng)治理，緩解嚴重內(nèi)澇

對于試點區(qū)內(nèi)局部低洼點，仍需增補工程措施緩解嚴重內(nèi)澇情況。以鋼城二中為例，在改造周邊排水管網(wǎng)，提高收水、排水能力的基礎(chǔ)上，提出了外截、內(nèi)滲、超標蓄排的整體改造措施。首先在學(xué)校周邊增設(shè)截水溝、擋水墻等設(shè)施，阻隔外水進入；其次在校園內(nèi)通過海綿設(shè)施，提升對雨水的滲滯能力，考慮到外來水是最 大的風(fēng)險，利用原有圍墻周邊雜亂低效的空間重點建設(shè)攔截、滲滯能力明顯的生態(tài)旱溪、梯級花壇等設(shè)施；同時通過透水鋪裝、碎石邊溝、綠色屋頂、雨水桶等加強學(xué)校區(qū)域內(nèi)部雨水的下滲，經(jīng)過學(xué)校內(nèi)海綿建設(shè)，學(xué)校內(nèi)綠地率由5.5%提升到40.5%，整體海綿設(shè)施面積占到了65.3%；最 后為應(yīng)對強降雨情況，建設(shè)了400 m3調(diào)蓄池和抽排泵站與學(xué)校內(nèi)海綿設(shè)施連接，小雨收集雨水用于學(xué)校綠化澆灑，暴雨時將超標雨水快速收集入調(diào)蓄池后抽排入市政管網(wǎng)。

4.5 建設(shè)成效

4.5.1 內(nèi)澇明顯改善


經(jīng)過3年點試點建設(shè)，青山試點區(qū)內(nèi)澇問題得到顯著改善，根據(jù)模型模擬，內(nèi)澇防治水平基本達到50年一遇標準。2017年8月24日，試點區(qū)經(jīng)受住了小時雨量超百年一遇的考驗；2020年，在長江水位居歷史第四位，中心城區(qū)日最 大降雨量超過238 mm的情況下，試點區(qū)未發(fā)生明顯積水情況。根據(jù)監(jiān)顯示，源頭海綿設(shè)施對徑流的滯蓄、削峰作用顯著，海綿改造后，小區(qū)出流峰值延遲半小時以上，極大改善了現(xiàn)狀管網(wǎng)的排水條件，在試點區(qū)內(nèi)僅改造少量主干管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，模型評估表明，能夠應(yīng)對3年一遇降雨的管網(wǎng)比例由現(xiàn)狀17%提升到了約50%。


4.5.2 水環(huán)境有效提升


試點區(qū)海綿城市建設(shè)統(tǒng)籌推進了雨污混錯接改造，面源污染控制，水生態(tài)修復(fù)等內(nèi)容，區(qū)內(nèi)3條黑臭水體全部消除，主要河湖水體水質(zhì)都明顯改善。


4.5.3 居民滿意度不斷提高


通過海綿改造，極大的改善了城市尤其是老舊小區(qū)的環(huán)境品質(zhì)，小區(qū)舊貌煥然一新，環(huán)境整潔美觀，臟亂差徹底改觀，配套設(shè)施齊全，居民群眾滿意率均達95%以上。僅學(xué)校改造達到29所，學(xué)校功能環(huán)境煥然一新，受益師生近3萬人。海綿城市建設(shè)獲得了試點區(qū)居民的高度贊賞，真正實現(xiàn)了小雨不濕鞋、大雨不內(nèi)澇的建設(shè)目標，積水點全部解決，方便了居民的日常生活和出行，試點建設(shè)期間收到了大量居民、單位送來的錦旗，以及試點外項目的海綿改造申請。試點區(qū)經(jīng)驗獲得了全市認可，以海綿城市理念指導(dǎo)的相關(guān)涉水工程得以全面開展，根據(jù)遙感監(jiān)測，從2015年開始，武漢全市不透水面增長率由6.7%降低到0.5%左右。

05  結(jié)論

排水防澇系統(tǒng)化方案的編制與實施應(yīng)堅持整體分析、系統(tǒng)施策，武漢青山試點區(qū)從流域整體統(tǒng)籌蓄排平衡體系，以海綿城市理念充分發(fā)揮自然海綿體和源頭小海綿對雨水的控制作用，構(gòu)建了源頭滯蓄削峰、湖泊調(diào)蓄挖潛、泵站合理抽排、管網(wǎng)河渠優(yōu)化提標的完整系統(tǒng)，取得了較好的成效。




微信對原文有修改。原文標題：海綿城市理念下的老城排水防澇系統(tǒng)化治理實踐——以武漢青山海綿試點區(qū)為例；作者：栗玉鴻、李帥杰、宗晶；作者單位：中規(guī)院（北京）規(guī)劃設(shè)計有限公司、中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院?？窃凇督o水排水》2023年S1。