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海绵城市设施及材料选型探讨

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海绵城市设施及材料选型探讨

海绵城市设施及材料选型探讨

  • 作者:深圳市海绵雨水利用科技有限公司
  • 来源:www.spongerain.com
  • 发布时间:2019-12-03 00:00
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   在城镇化的大背景下,我国每年有一千多万人进城,新建成的建筑相当于世界建筑总量的一半若继续采用传统开发模式,城市地表径流量就会大幅度增加,引发洪涝集水,河流水系生态恶化、水污染加剧等问题,因此需要引进海绵城市的减少模式。海绵城市是指采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施,充分发挥建筑、道路、绿地和水系等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,有效控制雨水径流,实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。要实现上诉愿景,海绵城市建设的设施及材料选型非常关键,但国内海绵城市建设刚刚起步,几乎没有人进行过此方面的探索。本文对海绵城市设施及材料选型进行探讨,推荐不同条件下的优化组合,为相关研究垫底基础。
 
   1、设施材料概况
 
   海绵城市___低影响开发(LID)技术按主要功能一般可分为渗透、储存、调节、传输、截污净化等几类。通过各类技术的组合应用,可实现径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等目标。实践中,应结合不同区域水文地质、水资源等特点及技术经济分析,按照因地制宜和经济高效的原则选择低影响开发技术及其组合系统。各类低影响开发技术又包含若干不同形式的低影响开发设施,主要有透水设施、初期雨水弃流设施、调蓄设施、过滤装置、下沉式绿地、生物滞留设施、渗管/渠等,本文对部分设施的材料性能进行分析比较。
 
   1.1透水设施
 
   透水产品具有多孔自透水功能,其技术性能指标符合《透水路面砖和透水路面板》(GT/T25993)标准要求。
 
   1.1.1透水沥青混凝土
 
   透水沥青混合料,实质上是一种主要由单一粒径碎石组成的,有相对较大孔隙率的间断级配沥青混合料。这种结构的特点是粗颗粒集料彼此紧密相连,细集料较少,混合料的空隙率较大(通常大于20%)。透水沥青混凝土强度较高,可使用于非重载的机动车道。采用透水铺装路面对,为避免雨水侵入路基,影响道路强度,在路面结构的基层和中下面层采用非透水性材料,在上面层采用透水沥青混凝土,雨水进入透水沥青混凝土面层采用透水沥青混凝土,雨水进入透水沥青混凝土面层结构的内部,从不透水顶面沿横坡排至盲沟或路测分隔带中,若与人行道相接时,在基层埋设排水管,纵向收集雨水,每隔一段距离排至雨水检查井内。其结构示意见图1.
透水沥青混凝土铺装结构示意
   1.1.2透水水泥混凝土
 
   透水水泥混凝土是指材质为沙、水泥、水、再添加一定比例的透水剂而制成的混凝土制品。与普通砖相比,混凝土透水砖具有透水性、保水性、防滑功能、降噪功能。与树脂透水砖、陶瓷透水砖、缝隙透水砖等其他材料透水砖相比,混凝土透水砖生产成本低、制作流程简单、易操作、广泛用于非机动车道、人行道、广场和荷载较小的道路中。
 
   1.1.3生态砂基透水砖
 
   生态砂基透水砖是通过“破坏水的表面张力”的透水原理,有效解决传统透水材料通过孔隙透水易被灰尘堵塞及“透水与强度”、“透水与保水”相矛盾的技术难题,常温下免烧结成型,以沙漠中风积沙为原料生产出的一种新型生态环保材料。其水渗透原理和成型方法被建设部科技司评审为国内首创,并成功运用于“鸟巢”,水立方、上海世博会中国馆,中南海办公区,国庆六十周年长安街改造等国家重点工程。生态砂基透水砖经过发展和改良,种类也逐渐增多,如硅砂滤水砖//岩、陶瓷硅砂透水砖等。硅砂滤水砖,硅砂滤水石及硅砂滤水岩强度等级见表1.
硅砂滤水砖
   由于强度等级不同,硅砂滤水砖适用于人行道,广场、甬道等非机动车道路面铺装,硅砂滤水石、硅砂滤水岩适用于慢行车道,停车场等路面铺装。硅砂滤水砖主要有以下优点,以风积沙为原料,免烧结成型,节能环保,化害为利,不易被灰尘堵塞,透水的同时具有过滤净化水的功能,接通地气,下雨不湿鞋,下雪不结冰,可再生循环利用。
 
   陶瓷硅砂透水砖据欧透水、透气、防滑、减躁等诸多特点。可广泛铺设与人行道、广场、公园及住宅区等。降雨时,雨水可迅速渗入地下,涵养地下水,减轻城市热岛效应,良好的抗冻融性可承受北方地区的冻融环境。陶瓷硅砂透水砖外表美观,制作工艺特殊,其透水机理是通过破坏水的表面张力,提高雨水的渗透力,透过微空隙透水,解决了传统透水材料依靠大孔隙透水而被灰尘堵塞和透水系数衰减大的难题。
 
   1.2弃流过滤装置
 
   1.2.1电动弃流装置
 
   电动弃流装置可调节弃流量大小(1~5mm)。弃流分流器平时处于开启状态。降雨时,雨量传感器在降雨量达到控制值时,将指令传至控制箱,关闭弃流器,弃流状态结束,开始收集雨水,待达到设定的装置状态后,装置复位。
 
   电动弃流装置的自动控制设计,能对前期污染的雨水实况控制排放,在暴雨时实现完全分流,功能齐全,节省人力。缺点是过多使用电子元件,耗电、损坏和维修频率较高。电动弃流装置适用于别墅、住宅小区屋面、商务楼等屋面雨水的弃流、过滤等需精确控制弃流量的区域。
 
   1.2.2浮球阀式弃流装置
 
   在弃流装置内设有浮球阀,随着水位的升高,浮球阀逐渐关闭,当收集到一定雨量后,浮球阀完全关闭,弃流后的雨水沿旁通管流至雨水收集管道。浮球阀式弃流装置可用于道路雨水收集,分散控制。
 
   1.3调蓄设施
 
   1.3.1钢筋混凝土蓄水池可用作雨水回用为主要目的的场合,水体滞留不超过5d。钢筋混凝土蓄水池综合造价800~1500/m³。但钢筋混凝土蓄水池施工工艺复杂,工序多(支模、绑钢筋、浇筑、养护等),同时对施工场地的条件要求较高。钢筋混凝土蓄水池自重大,易产生不均匀沉降。一旦破坏,修复加固较困难,不易清理,有二次污染的风险。混凝土水池为一次性使用,寿命结束后会产生大量建筑垃圾。
 
   1.3.2 pp模块
雨水收集模块PP雨水模块池
   PP模块是由可循环使用的嵌段共聚丙烯(PPB)经一次注塑成型的单元长方体,能通过各种方式组装成一个结构整体,其功能用于储存雨水。在以下渗,补充地下水位为目的时优先考虑PP模块。综合造价方面请联系我们(海绵雨水公司)。
 
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   PP雨水收集模块池工程案例:http://www.spongerain.com/Case.html
 
   PP模块组装效率高,施工安装方便,仅为传统水池施工周期的1/3,可长时间储水。抗压能力强,空隙率达95%以上。但由于结构复杂,PP模块清洗较不方便,维护困难。
 
   1.3.3硅砂蓄水池
 
   硅砂蓄水池由硅砂透水砌块与硅砂滤水砌块组合成“蜂窝状”的净水储水池,以径流控制为主要目的时推荐采用。收集后的雨水汇入净水蓄水池中进行储存保鲜,储存保鲜系统是通过模拟地下水地层中储存的结构原理储水,底部铺设的透气防渗砂具有透气不透水的功能,能够接通地气,实现水体与底层间的离子交换,起到对水质的保鲜作用。综合造价请联系(海绵雨水公司)。
 
   蓄水池采用蜂窝状结构,既能达到结构稳定相应指标,又可以实现过滤净化同步,防渗防蒸发一体化,同时透气保鲜。进入硅砂蓄水池的雨水需在蓄水池前进行截污、沉砂等预处理,蓄水池后无需后续过滤措施。池底基本无沉积物,维护方便,较少量过滤沉淀物,可定期通过排泥设施自动处理。硅砂蓄水池结构平面示意见图2.
硅砂蓄水池结构平面示意图
   1.3.4渗管
 
   渗透管,沟是由无砂混凝土或穿孔管等透水材料制成。埋设于地下周围填砾石,兼有储存、渗透和排放功能。当雨量较小时,可储存雨水,当雨量较大时,雨水从上方孔洞溢出。这种装置构造简单实用,但需要一定的人工维护。渗管通常用于道路旁生物滞留或下凹式绿地下。
 
   1.4过滤装置
 
   1.4.1截污雨水口
 
   前端过滤装置。截污式雨水口是在雨水口处设过滤装置的新型雨水口,内部滤料以炉渣,石英砂为主,对SS去除率在90%左右,对TP去除率在80%以上,对COD的去除率为40.8%对TN处理率为55.3%截污式雨水口主要由截污挂篮,滤料包、溢流件组成、截污挂篮和滤料包和定期拆分清洗,结构如图3所示。
截污雨水口构造示意
   1.4.2活性炭过滤装置
 
   后端过滤装置。活性炭过滤器过去广泛应有于水处理的深度净化工艺,水流通过活性炭滤层,利用活性炭的吸附性能,使水中的有害物质,如有机物、胶体。微生物。油类、余氯及嗅味等吸附在活性炭表面而被去除,当活性炭滤层-失效后,可用反冲洗的方法使其恢复吸附能力。活性炭过滤器的工作是通过炭床来完成的。组成炭床的活性炭颗粒有非常多的微孔和巨大的比表面积,具有很强的物理吸附能力,通常能够去除63~86%胶体物质、50%左右的铁以及47~60%的有机物质。
 
   活性炭过滤器是一种常用的水处理设备,处理精度高,可有效保证后级设备使用寿命,提高出水水质,防止污染。活性炭的过滤效果与来水浑浊度在5mg/L,以下时,应4~5d反洗一次。
 
   1.4.3砂缸过滤装置
 
   砂缸过滤装置是利用滤沙将池中微小污染物消除。滤沙作为清除污染物的介质,被装填在过滤器内的腔体内。用HDPE材质缠绕制作成型,耐变形、耐腐蚀、耐磨损的专用设备。当水流过砂罐滤床时,水中的杂质和有机物被滤床截流,水被过滤。滤床截留的东西越多,砂罐过滤的水越清,砂罐效率越高。
 
   砂缸过滤装置过滤精度高,滤速大,清洗快,滤料不流失,操作维护简便,缸体寿命长。但砂缸介质多为石英砂,长期使用存在板结的风险,需定期更换介质。此外设备需专人定期反冲洗。
 
   2、不同条件适用的LID设施及工艺
 
   2.1建筑小区
 
   建筑屋顶多为不透水屋面,径流系数可高达0.95,是城市径流的主要产流面之一。为减少其产流量,需采取以雨水利用和渗透设施为主的LID设施,如绿色屋顶、储水罐、高位雨水花台等。利用绿地屋顶的植物和土壤对雨水截流和吸收,并根据储水容积采用小型储水罐系统收集绿地屋顶的外排水,实现对雨水的源头控制。
 
   小区道路是雨水的主要收纳区域,传统的小区道路多为硬质铺装,大量雨水径流和其中的污染物给下游管道造成了极大的负担,因此有必要对小区道路进行透水铺装,增加下渗,削减径流峰值。建议采用生态砂基透水砖,透水、透气、防滑、减躁、环保并且美观,对于高档小区十分适用。
 
    建筑小区公共场地的低影响开发是小区海绵化建设的主要内容,可结小区景观布置雨水花园,下凹式绿地,生物滞留设施等LID设施,接收小区道路和屋顶排放的雨水,达到污染控制径流控制的目的。
 
   若是以雨水回用为主要目的,需对水质进行更深度的处理,可加入弃流装置和过滤消毒装置。小区雨水管管径较小,加入电动弃流装置成本较低,同时能对前期污染的雨水实况控制排放,精确控制弃流量,砂缸过滤装置过滤精度高,储水浊度较低(<2NTU)对,CODSS的去除都有显著效果,能满足雨水回用的要求。
 
   2.2广场、停车场
 
   广场、大型公共停车场雨水系统的组织主要依靠绿色基础设施发挥作用。条件允许的广场可进行投诉铺装,渗透并净化区域内雨水。对于硬化面积较大的集中片区,应将有限绿化与源头控制相结合,将植草沟,雨水花园、生态树池等小型绿地分散设置,减少大面积集中绿地的设置。
 
   要达到污染控制和雨水回用的目的,还可在雨水管网中加入弃流过滤装置,将污染较严重的初期雨水排入污水管道,同时设置沉沙池和硅砂蓄水池,将净化的雨水加以储存,用以浇晒道路、冲洗厕所等。
 
   对于公共广场,还可结合景观布局在区域排出口设置雨水塘,净化并调蓄片区雨水,进行未端处理。为防止雨水塘水体长期滞留缺氧,可设置曝气装置增加氧含量,同时优化景观。
 
   2.3道路
 
   在海绵城市道路系统中,透水铺装不能完全取代城市道路硬化路面,应根据实际情况,在强度满足规范要求的情况下尽可能的增加道路透水面积。对于非重载机动车道,可使用透水沥青混凝土,对于非机动车道,可使用透水水泥混凝土,对于人行道可使用生态砂基透水砖。
 
   同时在路边设置植草沟,生物滞留带,下沉式绿地等绿色措施,在源头净化雨水的同时最大程度地延长汇流时间,达到错峰的目的。对于某些难以采用绿色措施进行源头处理的地段,可以采用截污式雨水口,减少后部压力。
 
   对于道路,初期雨水水质较差,若将初期雨水全部弃流至污水管,大面积的道路收集的初期雨水容易对污水管道系统形成冲击,因此可以考虑收集的初期雨水排入适宜的渗透系统(如渗井、渗透管沟等)达到污染控制的目的。
 
   3、结语
 
   随着国家对环境问题越来越重视,环保要求越来越高,因此对雨水的收集处理就显得日益重要,LID设施种类繁多,根据项目条件合理地选择LID措施,有针对性地进行海绵城市设施及材料的设计与运用十分必要,LID设施选择需遵守以下原则:
(1)应严格考察汇水区域的场地条件、水文地质条件等,为LID设施的选择提供参考,在条件较差的区域选择LID设施时为防止次生灾害的发生,可以先进行必要的处理。
(2)在后面城市设计中,应以现状实际情况作为设计基本条件,以解决实际问题作为设计的基本方向。根据区域雨水排放的不同情况和雨水管控的不同目标,因地制宜采用多种形式相结合的LID措施。
(3)若场地条件允许,在满足控制目标的前提下,优先选用投资成本较低并且景观效果较好的LID设施,在后面城市建设的同时达到经济效益最大化。