城市暴雨径流控制技术综述与应用探讨Word格式文档下载.docx

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净化农民的饮用水水质,同时消除粪便污染,既能美化了环境,又可以促进广大农民群众的身心健康。

（2发展生态农业,科学施用农药化肥。

在充分有效利用农业资源基础上减少农业面源污染,既可以减少经济支出,又能够防治河湖富营养化。

（3发展利用清洁能源。

积极发展利用太阳能、沼气、秸秆气化装置,增大能源利用效率,保护生态环境。

（4建设排污、垃圾处理等污染的治理工程。

发展从源头的垃圾分类再利用、减少排污量到垃圾的最终处置和污水处理工作结合起来,实现污染物源头和末端的全方位控制。

4　结语

（1我国农村水环境已经长期处于污染状态,严重影响了农村地区的正常用水。

（2造成污染的直接原因为化肥农药污染、畜禽养殖污染、农村企业污染、以及生活污水和生活垃圾污染。

（3只有借助新农村建设的契机,完善管理体制,发展利用新技术,加强农民的环保意识并在经济上大力支持才能够解决农村水污染问题。

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　☆E2mail:

0604078@

收稿日期:

2008-07-

21

给水排水　Vol.35　增刊　200925　

　　为此各国的科学家和管理者做了大量的研究和实践,开发了一系列的城市暴雨径流控制技术,并形成了城市暴雨径流控制体系,如美国的BMP（最佳管理实践、LID（低影响开发[4,5],英国的SUDS[6],澳大利亚的WSUD[7]和新西兰的LIUDD[8]。

为了推动这些措施的有效实施,相关部门制订了专门的实施指南[9~11];

成立了专门的研究机构,如美国1998年成立的低影响开发中心（LowImpactDevelopmentCenter,Inc.;

很多城市编制了暴雨管理规划[12~14]。

各国的暴雨径流控制技术体系都是以可持续发展的目的通过管理的和工程的措施来控制城市暴雨径流带来的负面影响,但又有各自的侧重点。

本文将对这些技术体系的基本思想和原理及其最新研究进展进行介绍,同时对我国进行暴雨径流控制中应重点注意的问题进行了探讨。

1　国外城市暴雨径流控制措施

美国是最早开始城市暴雨径流控制研究的国家之一,基于城市非点源污染控制的目的,美国环保部门通过大量的研究和总结,颁布了一套暴雨径流最佳控制技术（BMP。

BMP的核心是在污染物进入水体前通过各种经济高效、满足生态环境要求的措施使得地表径流污染得到有效控制[15]。

BMP措施包括工程和非工程措施两类[16],其中工程性措施以径流过程控制为核心,包括植被控制、滞留池控制、渗滤系统等;

非工程性措施包括法律法规和教育等方法。

BMP被USEPA广泛使用于城市非点源污染及与城市排水系统相关的污染如合流制管网溢流（CombinedSewerOverflow,CSO和分流制管网溢流（SanitarySewerOverflow,SSO的管理[17],实践证明BMP是一套较为有效的径流控制措施[18]。

随着工程中使用经验的积累和研究的深入,人们逐步发现:

传统的控制措施如滞留塘等的成本太高,且难以达到水质目标。

从20世纪90年代开始,美国马里兰州（Maryland乔治王子郡（PrinceGeorge’sCounty的暴雨管理专家开始研究建立一种基于源头控制的多点微观暴雨控制策略———低影响开发（LID。

LID最初应用于建筑施工中替代BMP的暴雨控制技术[19,20]。

LID主要在小流域内采用或保护天然的水文控制措施,包括渗透、过滤、蓄存、挥发和滞留等,将径流控制在源头[21]。

因此,LID不同于传统意义上的疏导和流域级别利用大型设施管理径流,这些基于源头控制的微观设计策略包含有另一种形式的暴雨管理实践,即这种源头控制能减少暴雨径流集中管理的需要[20]。

LID措施可以方便地整合进城市基础设施,并且成本更低、具有更好的景观效应。

因此,LID模式在发达国家如美国、加拿大和日本的暴雨管理中取得了广泛应用[22]。

借鉴了BMP和LID的经验,各国的研究和管理者综合本国特点先后形成了不同的暴雨管理控制体系。

如澳大利亚的WSUD,英国的SUDS和新西兰的LIUDD。

WUSD强调将暴雨径流和天然河道作为资源进行利用而不是在暴雨时尽快将雨水排出。

主要包含以下思想:

①保护城市中的天然水系,使其充分发挥作用;

②暴雨径流的控制需同时考虑景观效应;

③保护受纳水体水质;

④通过天然的洼地蓄水和减少不透水地表比例降低下游流量峰值;

⑤最小化排水基础设施建设的费用[9]。

SUDS起源于英国,认为城市排水系统的可持续发展需要多学科、不同部门之间的配合,包括开发者、规划部门、施工方、建筑师、景观设计师、生态专家和水文专家等。

同时,SUDS强调规划部门在城市发展过程中的核心作用,规划部门在从前期的讨论到最后的决策过程都应起到重要作用,包括对所有相关单位的工作进行组织和引导他们进行可持续性的城市开发。

与BMPs相比,SUDS更为全面,它不仅针对城市雨水,对城市污水的排放也提出了一定要求[15],而且SUDS在农村地区也适用,通称为SDS（SustainableDrainageSystem。

SUDS在欧洲国家如英格兰、苏格兰和瑞典等国广泛应用,从1993年起,苏格兰已经实施了767套SUDS措施[23]。

LIUDD是90年代新西兰开始推广的暴雨径流控制体系。

LIUDD吸取了LID技术的工程设计理念,与WSUD技术类似,并重点强调“三水综合管理（IntegratedThreeWatersManagement”。

“三水综合管理”是新西兰城市水资源管理的一项重要措施,包括对供水、废水和雨水的综合管理措施,也称水资源综合管理（IntegratedWatersManagement。

LIUDD的核心思想是利用汇水区综合管理（Integrated

Catchment

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Management,简称ICM方法,通过对若干户到汇水区范围上综合的土地利用和用水方案进行设计[24],以避免传统的城市化过程中带来的种种不利效应,保护城市生态环境[25]。

LIUDD=LID+CSD+ICM（+SB。

其中,CSD=保护细分（ConservationSub2Divisions,SB=可持续建筑/绿色建筑（SustainableBuilding/GreenArchitecture。

相比于BMP,LIUDD强调将城市水循环本地化（Localisation[26],把暴雨径流控制在源头,从而减少下游水量和对下游的冲刷。

在工程措施的实施方面,LIUDD与其他措施一样,都是通过雨水利用和渗透、挥发两个天然水文过程实现。

表1　国外城市暴雨控制措施比较

名称特　　点使用范围

BMP　从系统的角度出发,在径流进入

水体前进行流域级的控制,主要关

注水质

美国

LID　倾向于在微观区域对源头采用或

保护天然地表的措施控制径流污染

　美国、加拿

大、欧洲、日本

WSUD　强调暴雨径流和天然河道作为资

源的可利用性

澳大利亚

SUDS　SUDS的目标除减少径流水量和污

染物外还包括改善社区的居住环境

　英格兰、苏

格兰、瑞典

LIUDD　来源于LID,融合了新西兰国内的

水资源管理措施“三水管理”,倡导雨

水就地收集、回收和利用

新西兰

　　这些措施的实施与传统的依靠地下管网尽快排除城市雨污水和选取合理的截流倍数以及建设处理或截排设施相比,充分考虑了城市中自然水循环的特征,削减了城市下水道的压力,具有更强的可持续性。

他们在技术方面有很多共同点,如:

①都使用渗透、挥发、蓄积、储存等工程措施减少地表径流量;

②都鼓励雨污水的收集、处理和再利用;

③公众教育是重要措施之一;

④工程措施的设计需要考虑当地的土地利用情况、水文特征、土壤类型、气候和暴雨特征。

但是其暴雨径流控制理念是在不断发展的,如从只关注城市非点源污染控制到水量、水质和景观综合管理,从流域级别的控制到多点的微观控制思想等。

2　模拟技术在暴雨径流控制中的发展

尽管人们普遍接受了BMP和LID的概念和方法,其在实际管理中的应用推广却一直很缓慢,这主要是由于缺乏行之有效的径流调节工程设计和评估工具[27],人们无法科学地设计调节工程中各种措施的实施范围,无法科学评估各种措施实施后的效果以及对排水系统的影响[28]。

新西兰的暴雨管理者在实践中也认识到,LIUDD的措施的推广和有效应用需要先进的规划工具[29]。

只有利用暴雨径流模拟技术,才能科学计算和评估工程措施改进或实施后对暴雨径流规律和排水系统的影响[30],从而为径流调节工程措施的实施提供科学的数据依据。

暴雨径流控制措施的广泛应用要求一种通用的、功能强大的模型来模拟这些措施对城市排水系统的影响[4]。

目前在城市暴雨控制方面应用的模型包括SWMM（StormWaterManagementModel,STORM（storage,treatment,overflow,runoffmodel,MUSIC（ModelforUrbanStormwaterImprovementConceptualisation,SLAMM（SourceAreaLoading&

ManagementModel和P8（ProgramforPredictingPollutingParticlePassagethruPits,Puddles,&

Ponds等。

SWMM（StormWaterManagementModel是美国环保局（USEPA开发的,可以对地面径流、排水管网以及污水处理单元等的水量、水质进行动态模拟。

STORM是美国陆军工程兵团（USACE开发的物理分布型模型,可以模拟小汇水区（尤其是城市的水文过程和污染物的迁移转化。

SLAMM和P8主要关注暴雨径流带来的非点源污染的模拟,SLAMM的径流算法和模型输入要求比P8复杂

SWMM模型对雨水管、合流制管道、自然排放系统都可以进行水量和水质的模拟,包括地面径流、排水管网输送、贮水处理及受纳水体的影响等。

SWMM不仅对数据输入时间间隔可以是任意的,输出的结果也可以是任意的整数步长,对于计算区域的面积大小和土地类型也没有限制,不但可以对单个降雨事件模拟,而且可以对连续降雨模拟,所以是一个通用性很好的模型,在世界各国得到了广泛应用。

Elliott和Trowsdale[27]综合比较了这些模型的原理和在LID模拟方面的优缺点,认为这些模型都可以用于LID某个方面的模拟,但没有任何一个模型可以做到面面俱到。

Elliott和Trowsdale的研究也说明了,对于城

给水排水　Vol.35　增刊　200927　

市暴雨控制的模拟需要在传统的暴雨管理模型基础上进行集成和深入开发,为城市规划师和管理者提供更全面的暴雨控制技术设计和评估平台,降低模型的应用难度,提高模型模拟的精度,从而推动径流调节技术的推广和应用。

美国的CH2MHILL公司开发了专门的LID设计软件:

LIFE（LowImpactFeasibilityEvaluation。

在国内,赵冬泉等自主开发的数字排水平台（DigitalWaterDS[31],通过将GIS与SWMM及相关水文分析模型的紧密集成,实现了对地表径流和地下管道系统模型的快速构建、[28]。

该平台可用于暴雨管理规划的模拟[32]和径流控制措施[33]的设计,并在澳门半岛[34]和北京市非点源污染的评估和管理中得到了应用。

3　暴雨径流控制措施在中国的应用

在我国,一方面,近年来突发性短时强暴雨事件频发,加之城市排水系统的老化,城市水淹事件频繁发生。

另一方面,城市暴雨径流冲刷的污染物造成了城市水体的严重污染。

同时,北方很多城市还面临着严重缺水的问题。

为了解决我国的城市暴雨问题,国内的学者在城市暴雨径流的管理方面也做了很多研究和实践。

车武等[35]对北京市的暴雨径流污染情况做了很多分析,并在城市小区的设计中采用了暴雨径流控制措施。

丁跃元[36]等介绍了德国的雨水利用设施。

这些研究为暴雨径流控制在我国的实施奠定了理论和实践基础。

但是,暴雨径流控制在我国的应用还仅限于城市的局部地区,应用范围小,对先进技术支持的规划和设计工具应用水平较低或没有应用,造成了工程应用的效果并不明显。

在城市规划层面,还没有专门的以防洪、水质保护和景观综合效应为目的的城市暴雨径流管理规划,城市总体规划中也很少考虑对暴雨径流的综合控制。

综合各国暴雨径流最佳管理措施的实践和理论的发展,以及我国城市发展的特点。

在我国城市的暴雨径流控制中应注意以下几点:

①尽管发达国家的暴雨管理措施都提倡尽量多的采用自然地表,但是城市地下排水管道仍是保障城市安全必不可少的基础设施,提高城市地下排水管网管理的科学化和信息化水平仍是当前的主要任务;

②根据我国人口众多,城市人口密度大、扩张速度快;

南北气候条件方差异大的特点建立适合我国的暴雨径流最佳化控制体系;

③控制需要对城市水文、水质和景观的综合考虑,需要水务部门、环保部门和气象部门等单位的密切配合;

④规划部门和设计部门要建立使暴雨化害为利的思想,并采用先进的模拟分析工具进行科学规划和设计,同时城市暴雨控制规划要纳入城市总体规划;

⑤教育方面,建立深入人心的管理理念。

4　结论与展望

现代的排水规划理念已经不仅仅是根据城市排水量来计算排水管道的布置与水力计算,城市雨水系统的目的也不仅仅是尽快排除城市的地表径流。

国外城市暴雨径流的管理经历了以防洪为目的的雨水排除、雨水排除管网的系统控制、源头控制理念和措施的应用与综合数字化管理四个发展阶段。

我国应尽快建立适合中国国情的暴雨管理控制体系,在进行暴雨最佳化控制的实践中避免国外走过的弯路,建议将暴雨径流控制规划纳入城市总体规划中,并采用先进的模拟分析工具辅助进行规划、设计和管理。

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