海绵城市

海绵城市建设技术措施调研水142刘锦瑞201403030102一、海绵城市海绵城市是指城市能够像海绵一样吸水，它突破了传统的%以排为主&的城市雨水管理理念，依托建筑(绿地(广场(道路(水系等多种基础设施，并以之为载体，构建低影响开发雨水系统，解决城市基础设施运行安全和城市水安全问题’低影响开发是一种强调通过源头分散的小型控制设施，维持和保护场地自然水文功能(有效缓解不透水面积增加造成的洪峰流量增加、径流系数增大、面源污染负荷加重的城市雨水管理理念，主要通过生物滞留设施、屋顶绿化、植被浅沟、雨水利用等措施来维持开发前原有水文条件，控制径流污染，减少污染排放，实现开发区域可持续水循环。20世纪90年代，美国在马里兰州开始试点实施影响开发。我国在这方面的探索才刚刚起步海绵城市低影响开发的技术体系还远未建立，研究工作也主要集中于对海绵城市政策理念、技术的解析，海绵城市的具体实施方案还在摸索中。近年我国城市“看海”窘况频现，引发了对城市水危机的新一轮关注和对传统城市排水系统建设反思的热潮。在相关行业和学术领域对城市雨洪综合管理利用方面先进理念的呼吁和中央政府对新型城镇化建设的生态思想指导下，住房和城乡建设部正式提出了海绵城市的概念，并发布相关指南，全国各省市纷纷响应出台相关建设计划；这是我国继园林城市、森林城市、生态城市、低碳城市等一系列政策引导的城市理念后出现的新概念。本文致力于海绵城市的深层内涵的剖析，明确该理念的优越性和有效性，切实引导我国城市雨洪管理理论体系的发展和完善，解决我国城市建设的困境。二、背景2011年，中国城镇化率首次超过50%，标志着我国从一个农业大国迈入一个城市化的工业大国。快速城镇化引发大规模的城市扩张，城市化的不断加深则带来一系列生态环境问题，其中水生态危机尤为突出。近些年，国内许多大中型城市屡遭暴雨而频现内涝灾害，如2010年广州“5·7”暴雨，2011年的南京“7·18”暴雨，2012年北京“7·21”特大暴雨事件。今年4月7日，长沙再现暴雨袭城，湘府变泽国，重启“看海”模式。内城“看海”的景象所付出的代价却是众多遇难的生命和惨重的经济损失，雨洪问题已被推到了城市中生活的每一个人面前，发人深思。然而，城市面临的水生态问题远不止洪涝灾害，还有水资源短缺和水安全问题与之并存。我国淡水资源总量较多，而人均水资源严重贫乏，仅为世界平均水平的1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一；我国水资源总体上呈“南多北少”，长江以北水系流域面积占全国国土面积的64%，而水资源量仅占19%，可见水资源空间分布和水土组合极不平衡。目前我国每年平均缺水约500多亿m3，2/3城市缺水，每年我国因缺水造成的直接经济损失达3500亿元。与此同时，人类片面追求经济利益，忽略生态环境，向有限的水资源环境任意排放污染物，导致我国水环境污染日益严重。快速发展的近十年间，我国城市水污染事件多不胜数，贵州都匀矿渣水污染、三门峡水库泄出“一库污水”、四川沱江特大水污染、松花江重大水污引起国内学者的广泛关注。他们开始反思城市雨洪规划建设和管理模式，急切呼吁转变防洪减灾思路，与洪水为友，变废为宝，从过去单一控制转向综合管理洪水的生态型控制方法。因此，在我国新型城镇化建设和水生态环境恶化的时代背景下，海绵城市作为人与自然和谐共存，发挥城市水生态服务功能，引导城市可持续发展的有效途径，被专业领域学者提出和推广，并成为国家和地方政府解决城市雨洪综合管理的指导方针和战略目标。三、概念发展海绵城市(spongecity)，顾名思义是借海绵的物理特性来形容城市的某种功能。通过文献检索，发现国内外多有学者运用该概念来形象比喻城市吐纳雨水的能力。通过国外文献研究发现，海绵城市的概念最早被澳大利亚研究学者用来隐喻城市对周边乡村人口的吸附效应。近年来，不少学者开始将建设海绵城市作为形容城市与水文关系的研究。IgnacioF.Bunster-Ossa用海绵城市来形容城市像海绵一样处理雨洪自然事件问题的弹性能力，并以三个案例说明了从规划到设计不同尺度的具体雨洪管理设计方法，包含雨洪滞留和过滤等景观手法的应用。台湾学者Chung-MingLiu等提出建设海绵生态城市以适应水文气候灾害，而台湾环保团体也积极宣传“打造海绵台湾计划”。今年1月，美国《晨报》（MorningEdition）也展开了建设海绵城市的讨论。国内关于海绵城市讨论的源起和发展脉络如图1所示，大致可分为概念雏形、实践探索、概念发展和概念形成四个阶段。根据相关资料，概念最早可追溯到2003年，北京大学俞孔坚和李迪华教授共同出版的《城市景观之路：与市长交流》一书中最早将“海绵”的概念比喻自然湿地、河流等对城市旱涝灾害的调蓄能力。随着我国城市水生态问题日益凸显，越来越多的行业人员开始在实践中探寻解决城市雨水可持续发展问题的方法。染、广东北江镉污染事故等重大化工水污染事件让人触目惊心。其次，兰州市自来水苯超标事件、汉江武汉段水质氨氮超标、甘肃徽县血镉超标事件等水质问题，以及2009年以来多地频频曝出居民（儿童为主）血铅超标事件，映射着我国城乡居民饮用水安全问题岌岌可危。我国严峻的水环境污染形势，进一步加剧了我国水资源短缺的矛盾，生态环境恶化，严重威胁着人类生活健康、社会稳定和经济发展。透过这些数据和事件，凸显了我国城市水安全问题亟需有效的解决之道。反观我国传统城市建设模式在应对内涝洪灾和水安全问题的能力却存在明显不足，无法有效缓解和改善城市水生态问题，呈日趋恶化之态。这主要归咎于传统城市工程管道式灰色排水基础设施、防洪规划和排水工程规划的落后及雨水资源合理利用意识的薄弱。我国传统城市排水基础设施采取的是工程式管道方式，依赖钢筋水泥现代技术建立起的保护模式，体现的是西方工业时期人力战胜自然的思维方式。然而，在城市高速发展的今天，这种忽略自然力量的思想，导致了滞后的城市排水系统无法应对越来越严重的城市暴雨灾况，暴露了我国传统城市排水系统存在建设之初的标准过低，改建成本巨大，以及对雨污混合污染问题的忽视等不足，内涝、污染、水环境等问题接踵而至。从相关规划编制来看，我国城市普遍缺少雨洪控制利用相关专项规划，仅在排水规划、防洪规划、环境保护规划等中有所涉及；在进行城市排水规划时，也没有确立雨水是资源以及要先合理利用再排放的指导思想。由此可见，我国城市的雨水资源利用意识薄弱，对天然雨水资源的利用率极低，不到10%，大量雨水资源被直接排走，白白浪费，与我国水资源紧缺形成突出的矛盾面。城市水生态环境是一个综合问题，对城市整体的生态系统、人民生存、社会稳定、经济繁荣等有着重要的影响作用。我国城市水生态危机和城市建设模式的落后，正严重制约着我国经济发展，威胁着每个人的生存问题。四、建筑给水排水随着建筑给水排水学科新技术的快速发展,建筑给水排水的相关设计规范标准图亦随之变化较快,由此造成高校教学内容、教材更新等难以跟上其发展速度,显现出的许多缺陷值得商榷。与《水质工程学》相比,《建筑给水排水工程》的理论研究较为薄弱。尽管近几年建筑业的迅猛发展带动了本学科的新技术、新研究动向、新设备、新设计方法及其规范和标准的发展,实际设计、施工等条件的千差万别,造成本学科在实践应用中出现的各类问题较多,急需高校及相关研究部门的理论支持。但在目前的高等教育框架下,建筑给水排水工程学科难以形成良好的产、学、研相结合的运行机制,其理论研究环节存在明显落后于实践应用与发展的弊端。因而,本学科的理论研究进展难以做到引领和指导实践,甚至落后于实践发展。1建筑给水1.1增压设施我国某些城市的供水能力不足,城镇水厂发展速度滞后于住宅和公共建筑发展速度;城市给水管道老化、承压能力下降,供水水压不能满足多层建筑上层部分的水压要求,使我国两次加压设备广泛应用,增压设施成为建筑给水中比重最大、发展最快的一种装置。生活给水的增压设施在可以预见的将来还将继续普遍采用。目前常用的增压设施有气压给水设备、变频调速给水设备和水泵等。气压给水设备已形成补气式、隔膜式两大系列。补气式气压给水设备的补气方式从泄空补气、定压机补气发展到水力自动补气,最佳方式是自平衡水力自动补气。隔膜式气压给水设备的隔膜经历了曲挠变形的帽形隔膜、伸缩变形的囊形隔膜发展到折叠变形的胆囊形隔膜。使隔膜寿命、补气周期大为改观。在变压式气压给水设备的基础上,定压式气压给水设备研制成功,并在水压有恒定要求的场所得到应用。氮气顶压置换气压给水设备和复合式气压给水设备是最具中国特色的气压给水设备。气压给水技术还在横向扩大应用。如生活热水供应系统中的压力膨胀水罐等,这充分标志着气压给水技术的完全成熟。气压给水设备用于消防给水完全有别于生活的、生产用气压给水设备。针对消防水泵不经常启动的特点,消防用气压给水设备补气采用强制水力自动补气方式。为弥补当消防水箱设置高度高于气压水雄,补气罐高位设置有困难时,出现补气罐低位设置仍能补气的新形式。消防主泵和稳压泵合用的气压给水设备,具有减少稳压启动次数,消防主泵及早投人运行和消防给水管网始终能满足消防用水水压和流量要求的多种特点。变频调速给水设备,已有恒压变量、双恒压变量、变压变量、多点控制恒压变量和变频式气压给水设备等多种类型。恒压变量变频调速给水设备起步较早,也最早用于给水工程;双恒压变量变频调速给水设备兼用于生活和消防给水系统,有利于节省投资;变压变量变频调速给水设备用压力和流量传感器控制,更进一步发挥变频调速给水设备节能的优点;多点控制恒压变量变频调速给水设备,针对消防给水用水点集中和灭火设施要求水压稳定的特点而设计;变频式气压给水设备特别适合于供水范围小、用水量昼夜变化大的场所。变频调速给水设备,在变频器国产化,增加变频器控制的水泵台数以减少功率,降低投资;大功率变频器的应用和防变频波干扰技术,提高变频器、控制器的可靠性,变频技术在排水泵等方面的应用都有较大的进展。在变频调速技术基础上发展,并克服变频调速给水设备变频器主要依赖进口、价格昂贵、维修困难而且功能发挥不足等缺点研制的可编程逻辑程序控制技术,是二次加压技术中优点突出也较受欢迎的技术。作为变频调速给水设备和可编程序逻辑控制给水设备,主要部件水泵的最突出特点是逐步从通用性转向专用性,如:流量一扬程曲线平缓(在有效段高扬程与低扬程比值仅为1.1),可专用于消防给水的水泵;流量一扬程曲线陡峭,可专用于气压给水的水泵,小流量、高扬程,可用于消防给水系统稳压用的水泵;还有机组重心低,侧压力得以缓解的低出口水泵,用以减少水泵台数、有两个或两个以上出水口的多出口水泵;水泵各段扬程不等,水泵机组总高度得以降低的特制立式多级泵;以水冷却、油冷却代替空气冷却,用以减少水泵机组电机噪声的低噪声水泵;在材质上予以改进,为防止水泵传动轴因锈蚀而影响水泵机组运转的不锈钢水泵;便于水泵安装和提高水泵传动轴祸合精度的配有联轴器外壳的水泵等。水泵启动的最大进展是软启动和软停止,泵控制型智能电机控制器可使水泵的启动、停止力矩曲线逼近泵力矩特性曲线,从而最大限度地消除了泵及系统的启动脉冲,可以极可靠地启动水泵。1.2储水调节装置以水箱为代表的储水装置由于存在二次污染严重等缺点,受到严峻挑战,作为对策之一是在材质上改进。新颖水箱按材料和加工方法不同有:镀锌钢板水箱、搪瓷钢板水箱、复合钢板水箱、冲压钢板水箱、新型涂料钢板水箱、食品级玻璃钢水箱和不锈钢水箱等。和普通钢板水箱相比,新颖水箱和水接触的内表面不易锈蚀,对水质无污染,也便于清洗。材质改变了,水箱的成型方式和形状也随之改变,组合式水箱、装配式水箱可以提高水箱质童,有利于工厂化生产并缩短现场施工安装时间,也减少了水箱内底的死水区范围;球形水箱和槽形水箱是外形变化,这种水箱用呼吸阀替代浮球阀,解决了因浮球阀关闭不严造成的漏水问题,同时也使水箱从重力供水变为压力一重力供水的新工况。1.3分区给水多层建筑和高层建筑的给水方式在我国已有单设水箱给水方式、单设水泵给水方式(包括变频调速泵给水方式)、水泵一水箱或水塔给水方式和气压给水方式等多种方式。而多层建筑和高层建筑的竖向给水分区从过去大都采用减压水箱