海綿城市建設中徑流污染控制與排水防澇系統優化 項目團隊信息 項目主管：任希巖、呂紅亮 項目組成員：于德淼、張中秀、吳巖杰、李智旭 本文為中規院（北京）規劃設計公司

 

導 言

城市在快速發展中出現了一系列“水的問題”，包括水資源短缺、水環境污染以及城市內澇。國家對于上述問題高度重視，提出了一系列建設要求與政策，包括海綿城市規劃建設、黑臭水體治理、排水防澇、污水處理提質增效、城市雙修等。在政策執行中，要特別注意：解決水系統問題需要多目標導向、綜合失策和因地制宜，根據當地自然經濟狀況、建設條件和水系統存在的問題，制定有針對性的規劃和建設方案，標本兼治，避免一刀切、三板斧和形象工程。

2017年，天津市入選國家海綿城市建設試點城市，共兩個試點區，其中解放南路片區是其中之一。中規院（北京）規劃設計公司生態市政院全過程參與了天津市海綿城市建設規劃及技術咨詢工作，從國家試點區申報到海綿城市建設專項規劃，從解放南路片區海綿城市建設系統化方案到海綿城市建設技術咨詢服務，服務天津市海綿城市建設領導小組辦公室，為天津市海綿城市建設提供了技術保障。下文是項目組在 “解放南路片區海綿城市建設系統化方案”中，針對天津市解放南路片區具體情況，做出的海綿城市建設探索，為落實國家對試點區海綿城市建設要求，實現海綿城市建設目標，切實解決解放南路片區中存在的內澇積水和河道水環境污染等問題提供了技術支持。

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建設情況與條件

天津市中心城區解放南路試點區總面積16.7平方公里，屬老城區改造區，其中建成區面積約為13平方公里（含老工業區、公建及居住），不透水地面面積占比較高。

解放南路試點區規劃用地布局

現狀特征1：地形相對低平、地表排水組織不明顯

解放南路片區地形相對平坦，高程不超過3.5米，其中北部和南部地形較低（1.9~2.5米），中部地形較高（2.5~3.5米）。70%的地區坡度不超過6°，因此地表雨水匯流過程相對平緩。城市建成區主要通過管網泵站排水，地表排水特征不明顯。

現狀特征2：地下水位高、土壤透水性弱

試點區地下水埋深為0.8~2米，地下水位較高。土壤類型以粘土、粉土為主，滲透性多為微透水、弱透水、不透水。

現狀特征3：閘泵連通河道、水系流動性差

天津市位于海河流域末端，市內水網密布，多為人工排水河道，海河為一級河道，復興河、長泰河、外環河為二級河道。

根據不同降雨級別，一、二級河道之間通過閘閥進行排水調度：中雨時，開外環河閘，連通復興河-長泰河-外環河排水；大雨及以上級別，河道水位超高，影響泵站排放時，開啟河口閘門，向海河排放，無法自流時，關閉閘門，開復興門河口泵站向海河排水。

閘閥長期閉合，水系流動性較差：由明珠、四新橋、復興河三座取水泵站從海河取水經南運河、津河、衛津河、長泰河、復興河最終經外環河排入環外。

現狀特征4：河道水質逐年改善，但仍不滿足水功能區劃要求

自2015年海綿城市建設實施以來，復興河水質呈好轉趨勢，化學需氧量、氨氮2018年均值比2015年均值分別下降了16%、10%；長泰河河水的化學需氧量2018年均值比2015年均值上升了9%，氨氮2018年均值比2015年均值下降了22%。但是，解放南路復興河與長泰河水質總體情況為V類水，不滿足水功能區劃IV類水要求。

現狀特征5：分流制強排系統，泵站設計標準偏低

現狀排水體制為雨污分流制，雨水排放主要依靠泵站強排。泵站設計標準偏低（設計標準僅為一年一遇），且3座泵站排水能力不達標（達不到一年一遇的設計標準），最終導致排水不暢。

現狀特征6：存在雨污合流小區、片區管網錯接混接20余處

部分老舊小區缺乏雨水管網，仍為雨污合流，片區內管網存在明顯混接錯接的點位有20余處。

現狀特征7：雨污水管網基本呈滿流狀態，泵站高水位運行

雨季時主干管雨水檢查井充滿水，井內水位距地面僅0.8~1.2米。井內水質較差，呈黑臭狀態。我們推測，這是由初雨污染、合流制小區、雨污水管網混接等問題造成的。

污水管網系統滿負荷運行，無力處理水質較差的雨水。市區污水管網已呈現滿流狀態，污水廠滿負荷運行，不能及時處理管網內雨水。且片區存在泵站串接情況，片區距離污水廠也較遠，排水困難。

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問題原因分析

2018年7月24日臺風安比造成天津市特大暴雨事件，將城區存在的主要問題與矛盾突出顯現出來。

問題1：雨水排放與污染——水環境與內澇

臺風安比所造成的天津市特大暴雨降雨歷時約12個小時，中心城區范圍最大24小時降雨量約160~240毫米，重現期為10~50年一遇。

在特大暴雨事件中暴露出的主要問題包括：

（1）河道水體出現黑臭：津河、復興河、長泰河等二級河道雨后4小時后出現較明顯的黑臭現象。

（2）城市內澇問題突出：中心城區積水片區77處，18處地道斷行，最嚴重片區積水超過36小時，特別是沿河片區內澇更為嚴重。

城市內澇照片

問題2：雨水徑流排放導致水環境污染

雨水徑流污染是天津地表水體污染的首要污染源，污染物總量中，COD占40%，SS占90%。受合流制小區、雨污混接、初雨徑流污染等因素影響，解放南路地區雨季水體水質較差，總體呈劣五類。河道收納雨水徑流后水質超標嚴重，色度和溶解氧顯著降低，SS、COD、BOD5、氨氮、總氮、Cr、Cd、Pb、揮發酚、LAS、糞大腸菌群顯著增加。

三個泵站出水樣品

主要原因

（1）自然本底條件層面，存在雨量大、地勢平坦、雨水滲透條件差等問題。

（2）規劃設計建設層面，存在管網泵站標準偏低，部分管道和泵站受建設時序、拆遷等影響系統連接不順暢，也存在雨水管網混接問題。

（3）城市運行管理層面，存在城市備用水源地海河限排（一級河道）、排水泵站限排（排水分區）、管道排水無彈性空間等問題。

其中城市運行管理層面的問題值得深思：管網水質原因引起的河道水環境及內澇問題，這是“排”與“控”和“量”與“質”之間的沖突。

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雨水徑流污染控制

針對上述問題，試點區系統化方案提出了“以凈為主、滯排結合”的海綿城市建設模式，解決雨水排放污染、緩解內澇積水問題，兼顧雨水徑流控制。本文重點講述雨水徑流污染控制方案。

實施方案構建的雨水徑流污染控制系統，涵蓋源頭、過程及末端控制措施。大沽南路分區初期雨水通過泵站提升排至跨區域截污干管；太湖路分區、解放南路分區、郁江道分區和洞庭路分區利用周邊綠地空間分別建設分散或集中的調蓄凈化設施；中央綠軸分區作為生態綠色空間，起到周邊分區徑流污染控制及調蓄超標雨水的作用。

源頭、過程及末端徑流污染控制體系

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源頭徑流污染控制

在源頭控制區開展徑流污染控制設施建設。建筑小區和城市道路通過透水鋪裝、下凹綠地等低影響開發設施，對初期雨水進行滯留凈化；改造合流小區排水管網，減少入河徑流污染物；對有條件道路，通過在綠化隔離帶試點建設卵石坑、滲井，將路面雨水引入進行過濾，削減徑流污染；對雨水管網的混錯接進行改造，保證污水不進入雨水系統。

結合地塊建設條件及天津市對于地塊道路建設項目的年徑流總量控制率要求，計算試點區內各海綿城市建設分區的源頭控制徑流深度，其中大沽南路分區為18.8毫米，太湖路分區為19.1毫米，解放南路分區為17.5毫米，郁江道分區為20.2毫米，陳塘分區為19.6毫米，浯水道分區為20.3毫米，洞庭路分區為19.4毫米。源頭徑流污染削減主要由建筑與小區、城市道路、公園綠地建設項目中低影響開發設施實現。

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過程及末端徑流污染控制

初雨調蓄凈化池功能與布局

解放南路片區主要通過調蓄池實現徑流污染控制，兼顧雨水調蓄的功能，規劃設置四個初雨調蓄凈化池。

初雨調蓄凈化池布局

規劃在太湖路分區雨水泵站建設初雨調蓄池，泵站收集初雨經調蓄池凈化后，一部分存入清水池，一部分排入復興河。利用中央綠軸海綿公園建設項目，在北端和南端分別建設初雨調蓄池，北端凈化解放南路分區、郁江道分區初期雨水，南端凈化洞庭路分區初期雨水，雨水凈化后作為公園景觀及綠化用水。在洞庭路分區中段，建設中端初雨調蓄池，初雨經調蓄后送入污水處理廠進行凈化。

初雨調蓄凈化池標準

綜合參考《室外排水設計規范》、《城鎮雨水調蓄工程技術規范》、《天津市海綿城市建設技術導則》等標準規范、天津雨水徑流污染變化趨勢與海綿城市建設目標，采用調蓄徑流深標準為8~10毫米。

洞庭路排水系統初雨調蓄池

以洞庭路系統為例，系統收水范圍為501公頃，泵站排水能力13.92立方米/秒。方案采用分級調蓄，規劃洞庭路中端初雨調蓄池，降低后端系統壓力，有效容積3440立方米，初雨調蓄后就近排入旁邊d600的污水干管。

規劃在中央綠軸海綿公園南端建設初雨調蓄池，凈化洞庭路分區初期雨水。采用管道將初雨從雨水泵站運至調蓄池，對雨水進行調蓄凈化回用，雨水經凈化處理后回用于中央綠軸公園。調蓄池有效容積約20000立方米。初雨調蓄池凈化工藝為快速沉淀池與人工濕地相結合。

洞庭路中端調蓄池設計方案模擬

基于天津雨型及模型軟件對洞庭路中端調蓄池在不同降雨事件中的運行狀況進行模擬。當降雨量小于等于11mm時，雨水全部收集至調蓄池，雨水徑流污染全部控制，調蓄水量1300~5356m3，總調蓄量42120m3。當降雨量為11~25mm時，雨水將調蓄池基本充滿，徑流污染絕大部分得到控制，單場降雨調蓄水量6292m3，總調蓄量125840m3。當降雨量為25~50mm時，雨水將調蓄池充滿，雨水徑流污染可得到有效控制，單場降雨調蓄水量6292m3，總調蓄量18876m3。在上述降雨事件中，初雨可得到有效控制。在特大暴雨事件中（20年一遇即107mm降雨；50年一遇即123mm降雨）情況下調蓄池將快速被蓄滿，調蓄池充滿時間短于管網遠端集水與管道流行時間，因此管網遠端初雨污染不能有效控制。

特大暴雨情境下調蓄池控制初雨污染情況

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雨水排水系統調度運維優化

通過初雨調蓄池的建設，進一步優化調整雨水排水系統運行調度：

（1）無降雨時，雨水泵站不開啟，結合泵站前池水位，啟動調蓄凈化池系統，向公園綠地補充景觀用水，保障降雨時泵站低水位運行啟動（騰空管網積水）。

（2）降雨強度達到小雨及小到中雨級別時，一、二級河道沿線雨水泵站不開啟，開啟雨水調蓄凈化系統，對雨水凈化調蓄。

（3）降雨強度達到中雨級別時，部分低洼地區會出現積水情況。一級河道沿線雨水泵站不開啟，二級河道沿線雨水泵站遇積水情況可開啟，啟動調蓄凈化池系統。

（4）降雨強度達到中到大雨級別，降雨強度超過排水設計標準，低洼易積水地區會出現較嚴重積水。一級河道沿線雨水泵站遇積水情況可開啟，二級河道沿線雨水泵站可全部開啟。

（5）降雨強度達到大雨及以上級別時，降雨強度遠超排水設計標準，低洼易積水地區會出現嚴重積水。此時沿一、二級河道雨水泵站全部開啟。

經過上述系統運營調度優化，可有效降低水系污染風險、增加“調蓄”彈性空間、更利于綠化種植。將源頭削減（地塊LID）、過程控制、末端調蓄（泵站+調蓄池）等一系列海綿建設措施代入水文管網模型中進行模擬，可觀察到2年一遇3小時降雨（76.2mm）及5年一遇3小時降雨（94.9mm）所產生的內澇均能得到有效緩解，有助于實現“中雨不積水、大雨無風險”的目標。

中雨不積水

大雨無風險

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思考與展望

海綿城市建設首先要摸清家底，銜接好規劃與設計，對現狀條件清楚，要從設計的角度出發去考慮現狀情況，規劃方案要沉下去并接地氣。其次要找準問題，解決主要矛盾，在海綿城市建設中要明確主要目標，從諸多問題中牽住牛鼻子，找準問題產生的根源，要避免就問題說問題，只顧表面現象，要統籌考慮綜合原因。再次要優化系統調度，提高設施利用效率，從規劃、設計、建設和運維多角度考慮方案的合理性，把海綿設施的功效發揮到最大化，重點突出海綿城市建設的運行效果。最后，海綿城市建設要經濟可行，平衡投入與效果，切忌不考慮成本問題，搞一刀切，而是要考慮綜合效益。

項目團隊信息

項目主管：任希巖、呂紅亮

項目組成員：于德淼、張中秀、吳巖杰、李智旭

本文為中規院（北京）規劃設計公司