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墨尔本的城市雨洪管理

作者:泛华志达     2017-01-03 16:34     关键词:墨尔本,城市雨洪管理,水敏性城市设计 人气

    维多利亚州首府墨尔本是澳大利亚的文化、商业、教育、娱乐、体育及旅游中心,在2011年、2012年和2013年连续3年的世界宜居城市评比中均摘得桂冠。墨尔本地区人口约400万,面积8800平方公里,城市绿化面积比率高达40%,以花园城市而闻名。

    和世界其他大城市一样,在城市发展中,墨尔本也面临城市防洪、水资源短缺和水环境保护等方面的挑战。作为城市水环境管理尤其现代雨洪管理领域的新锐,墨尔本倡导的WSUD水敏性城市设计(Water Sensitive Urban Design)和相关持续的前沿研究,使其逐渐成为城市雨洪管理领域的世界领军城市。

    1.城市的雨洪管理问题

    城市发展过程中,部分透水性能良好的自然土壤地表,被转换为硬化或水泥地面。这会大大减少降雨向土壤的渗入,产生更多径流,导致雨洪径流量、洪峰流量和流速增加。现有的雨洪排涝系统,如果之前没有充分规划,或未进行与新开发项目匹配的升级,将没有足够的能力安全排泄增大的雨洪流量。这就增加了区域的暴雨洪涝风险,引发城市洪涝问题。

    不透水的城市表面和传统的排水系统,将雨水径流直接迅速地排入河道,而非通过地下水缓慢排放和自然下垫面渗透。这将导致维持天然水体及其生态系统的水文特性产生显著变化。这些水流条件改变,会导致水质变坏、河形改变,受纳水体的生物多样性和生态功能也会退化。携带于雨洪(尤其是初期雨水)中的城市面源污染物,如由建筑和交通等活动产生的泥沙颗粒及附着其上的重金属和有机物物质、垃圾及泄漏油污等污染物,进入河道水体后,将对下游水体的水生态环境造成破坏。

    不透水的硬化地面取代植被,减少了维持土壤湿度的雨水下渗,也减少了从地表蒸发到大气中的水分。这将导致地下水入渗回补的减少,影响河道潜流的形成。蒸发量减少可使气温增高,加剧城市热岛效应。

    深受洪涝灾害困扰的城市,会投入不菲资金去升级或建设排水基础设施,或通过硬化河道和河道裁直来提高过水能力,以此将雨水径流直接迅速地排离城市;而在面临城市水资源短缺时,城市又投入大量资金建设跨流域的引水工程或大型海水淡化厂。

    以墨尔本为例,过去五年的城区洪涝保险赔付金额合计达到约20亿澳元(折合人民币约120亿元);其新建的Wonthaggi海水淡化厂虽可提供每年1.5万立方米的淡水,提高了城市供水的安全性,但墨尔本市付出的代价是,无论是否实际取水,目前都要支付每天180万澳元的使用权费,来抵消工程建设投资和运营费用;墨尔本的母亲河Yarra河的水质虽在过去几十年的努力下得到显著改善,但监测数据表明,河道水质、下游汇入的飞利浦港湾水质,还是会受到城市雨水径流冲刷污染影响,下游部分城区河段水质较差,不适宜游泳活动。2012年夏季,在经历了炎热的气温和携带污染物的城市径流汇入后,飞利浦港湾蓝藻爆发。

    面对大自然赋予的雨水及相应的诸多城市问题,建立一个支持可持续发展的现代雨洪管理新体系成为城市唯一的选择。

    2.Yarra河与城市和谐共处

    (1)WSUD水敏感性城市设计

    目前发达国家的雨洪管理,已从传统的水量控制,过渡到水量和水质并重方面,进一步推进雨水收集利用,并追求雨洪管理设施和城市景观的有机融合,以实现城市发展和水环境的和谐与可持续发展。

    以墨尔本为首所倡导的WSUD,于上世纪90年代在澳大利亚兴起。当时城市的雨洪分流体系基本完善,通过建设污水处理设施,城市点源污染的排放基本得到完全控制。但人们期待的生态城市河道并未如期呈现,城市雨水径流的面源污染等,成为改善河道生态健康所不能回避的问题。

    自此,墨尔本在城市规划中,开始关注雨水径流水质的控制。跨越多重专业的WSUD雨洪管理体系得以逐步发展,墨尔本在工程实践中引入了WSUD技术。WSUD 综合考虑了城市防洪、基础设施设计、城市景观、道路及排水系统和河道生态环境等,通过引入模拟自然水循环过程的城市防洪排水体系,达成城市发展和自然水环境的和谐共赢。2000年后,WSUD在澳大利亚成为了必须遵循的技术标准,在城市发展中被广泛采用。

    WSUD的一个重要原则是源头控制,水量水质问题就地解决,不把问题带入周边,避免增加流域下游的防洪和环保压力,降低或省去防洪排水设施建设或升级的投资。其雨洪水质管理措施,如屋顶花园、生态滞蓄系统、人工湿地和湖塘,也能在不同程度上滞蓄雨洪,进而减少排水设施的需要。绿色滨水缓冲带在保证行洪的同时,能有效降低河道侵蚀,保持河道稳定性。雨水的收集和回用提供替代水源,降低了自来水在非饮用用途上的使用。和景观融合的雨洪管理设施设计,可营造富有魅力的公共空间,提升城市宜居性。

    同期国际上类似的雨洪管理技术体系,还有美国的LID低影响开发(Low Impact Development)等。不过目前LID技术在美国各州应用并不均衡,并有逐渐并入绿色基础设施(Green Infrastructure)概念的趋势,作为LID技术核心的雨洪管理技术发展相对缓慢。而WSUD已成为澳大利亚城市开发中的强制标准,被广泛应用。同时,围绕其城市雨洪管理的技术核心,澳大利亚持续进行了大量前沿研究和跨学科讨论,墨尔本提出的水敏性城市理念中,还首次引入了雨水、地下水、饮用水、污水及再生水的全水环节管理体系。

    目前澳大利亚要求,2公顷以上的城市开发必须采用WSUD技术进行雨洪管理设计,其主要设计内容包括:

    控制径流量:开发后防洪排涝系统(河道、排水管网等)上、下游的设计洪峰流量、洪水位和流速不超过现状;

    保护受纳水体水质:项目建成后的场地初期雨水需收集处理,通过雨水水质处理设施使污染物含量达到一定百分比的消减,比如一般要求总磷量45%,总氮量45%和总悬浮颗粒(泥沙颗粒及附着其上的重金属和有机物物质等)80%,后方可排入下游河道或水体。水质处理目标要根据下游水体的敏感性程度来确定;

    雨洪处理设施融入城市景观,力求功能和景观的融合,将雨水作为一种景观要素;增加雨水收集回用机会。

    工程实践中采用的水量控制措施,主要包括透水铺装、下凹绿地、地下储水池及雨洪滞蓄水库(人工湖、雨洪公园)等;水质处理措施主要包括道路雨水口截污装置,植被缓冲带、排水草沟、生态排水草沟,泥沙过滤装置、泥沙沉蓄池、雨水花园、人工湖及人工湿地等。

    (2)雨水生态过滤槽

    工程中要综合考虑当地水文气象和地形条件,结合城市规划、防洪排涝规划、景观布局等,合理选择布局上述WSUD措施或其组合。设计中一般需应用多种水文、水力和水质数学模型进行定量的分析计算,确保水量和水质控制目标的达成。

    3.墨尔本对雨洪管理设计的监管

    依据澳大利亚1989年的水利法案、1987年的规划和环境法案,联邦政府主管部门制定了相应的洪水管理和水环境保护管理条例。据此,州、市政府建立了完善的城市雨洪管理监管体系,并在规划设计和建设管理方面颁布了诸多技术标准和导则。

    墨尔本城市建设开发中,主管雨洪管理的政府部门为墨尔本水务局。在每个城市建设开发项目中,建设方在可行性研究阶段要提交项目雨洪管理总体规划,供墨尔本水务局审查,总体规划要从源头上避免和控制城市发展对水环境的负面影响,如城市洪涝灾害、受纳水体水质等,并要符合区域的长期规划。在随后的初步设计、详细设计,施工图设计等各阶段中,建设方及其委托的咨询设计公司都要和政府主管部门保持紧密联系,按要求将工程报告、设计图纸、计算书甚至数学模型提交墨尔本水务局审核备案。各阶段审核完成后,经主管部门发放许可文件批准,方可开展下一阶段工作。对高难度的复杂技术审核,水务局会要求建设方聘请第三方咨询公司,对设计提前进行独立工程审查(Proof Engineering)。

    在施工前,建设方必须制定场地控制方案和设置相应设施以进行施工期雨洪管理。在施工期,墨尔本水务局会对场地排入周边河道水体的雨洪所可能携带的冲刷泥沙和施工机械泄漏油污等进行严格监管。

    在旧城区改建工程中,由于受限于狭窄空间,当建设方的设计方案不能容纳足够的WSUD工程设施时,建设方要向墨尔本水务局提出申请。经审批后,建设方可在交付一定补偿金后得到豁免,补偿金最终由水务局用于相应流域下游的雨洪设施建设投资,以保证流域整体水量水质达标。

    在上述过程中,主管部门的监管,必须遵循相应法规和技术标准,建设方对主管部门的监管不当或失职行为,可提出行政申诉甚至启动法律起诉。例如,如主管部门提供了不明确、不完整的交流信息,导致了设计或施工的拖延或返工,建设方将有权要求政府责任部门给予相应经济补偿。

    4.结语

    目前,中国的城市雨洪管理已在向低影响开发技术、水敏性城市设计等先进的技术体系演变,在注重城市防洪排涝能力升级的同时,也开始从保护水生态环境的角度,提出对城市雨洪面源污染的控制措施,如北京2013年推出的城市新建项目雨洪管理地方法规,以及建设部2014年新版室外排水国家标准,都涉及水量水质并重的低影响开发理念。

    不过,中国在此领域尚缺乏具有操作性的工程技术体系和监管体系,需通过更多理论技术研究和工程实践来逐步完善现代雨洪管理体系。城市老城区的雨污合流排水系统改造困难重重,需探索出一条雨污合流制下的雨洪管理新路。新城区排水系统目前都已按要求采用雨污分流制,适宜将先进的技术体系应用到城市规划和建设中,最大程度上降低城市发展对自然水环境的负面影响。

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