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        基于雨洪利用的湖體補(bǔ)水削減研究
        ——以北京云景公園為例

        2020-07-31 11:37李盼盼
        綠色科技 2020年12期
        關(guān)鍵詞:徑流降雨量水量

        李盼盼

        ( 北京當(dāng)代科旅規(guī)劃建設(shè)研究中心,北京 100037)

        1 引言

        隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,居民生活水平不斷提高,居民對公園的要求也隨之上升,建設(shè)集運(yùn)動健身、休閑游玩、生態(tài)觀賞、環(huán)境良好等功能為一體的公園是城市建設(shè)的必然趨勢。公園內(nèi)景觀湖體是居民放松身心,舒緩情緒的場所,景觀湖水水源短缺、流動緩慢、生境單一等因素易發(fā)生水質(zhì)問題[1],定期補(bǔ)水換水是保障湖水水質(zhì)的關(guān)鍵。然而由于城市水資源短缺,很多湖體受到水源因素的限制[2]。同時(shí),城市洪澇頻發(fā),雨水資源并未得到充分利用,將雨洪作為湖體的補(bǔ)水水源以改善湖水水質(zhì),是缺水型及內(nèi)澇型城市未來的研究方向。

        2 工程概述

        本工程位于北京市通州區(qū),一期工程范圍13.7 hm2,其中水面面積約為3.5 hm2,最淺處0.3 m,最深處2.5 m,平均水深約1m,整個(gè)湖體庫容為35400m3,公園湖水為景觀用水,無水上娛樂設(shè)施。其余綠地及道路等部分綜合徑流系數(shù)為0.36,公園內(nèi)將海綿設(shè)施與地形結(jié)合,雨水經(jīng)海綿設(shè)施初步截留后經(jīng)截污雨水口匯入湖水,工程范圍內(nèi)綠地收水面積占綠地面積93.7%。

        北京市具有明顯的北方降雨特點(diǎn),即全年降雨分布極不均勻,降雨量集中在6、7、8月份,其余非雨季如11月至次年3月份,月均降雨量不足10 mm[3],北京市1981~2010年月均降雨量如圖1所示[4]。

        圖1 北京市月均降雨量

        3 補(bǔ)水量削減分析

        3.1 補(bǔ)水量計(jì)算方法

        依據(jù)《水量平衡計(jì)算方法—用于研究和實(shí)踐的國際指南》[5],公園湖體水量平衡可依據(jù)下式計(jì)算:

        Q補(bǔ)+Q雨1+Q雨2=Q蒸發(fā)+Q下滲+Q他用

        (1)

        式(1)中:Q補(bǔ)為外來水源補(bǔ)水量;Q雨1為湖面降雨量;Q雨2為徑流匯入量;Q蒸發(fā)為湖水蒸發(fā)量;Q下滲為湖水下滲量;Q他用為湖水他用水量,例如灌溉等。

        3.2 無雨洪利用時(shí),水量平衡分析

        公園內(nèi)湖體補(bǔ)水水源為再生水廠出水,北京地區(qū)多年平均水面蒸發(fā)量依據(jù)《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》見圖2[6]。

        圖2 北京市月均蒸發(fā)量

        湖底防滲措施采用700 mm厚黏土,壓實(shí)后滲透系數(shù)≤1×10-7cm/s,公園內(nèi)湖水經(jīng)處理后主要用于綠化灌溉,公園綠地面積約8.1 hm2,綠化灌溉每日用水量約1~3 L/d[7],其用水量主要集中在春夏秋三季,冬季無綠化灌溉,為保持公園水體1 m的常水位需進(jìn)行補(bǔ)水,公園湖體水量平衡計(jì)算見表1。

        表1 公園湖體水量平衡計(jì)算

        3.3 雨洪利用時(shí),水量平衡分析

        公園內(nèi)綠地平均坡度在3%~11%之間,綠地含蓄雨水量為9.5 mm[8],即降雨超過9.5 mm時(shí)才能在公園內(nèi)形成徑流。公園內(nèi)有3種不同的下墊面類型:建筑、綠地、廣場,依據(jù)不同下墊面類型的特點(diǎn),制定不同的雨洪利用方案,具體措施見下圖3。雨水經(jīng)一系列海綿措施后,最終匯入湖水,公園內(nèi)部年徑流控制率達(dá)85%(32.5 mm),對比月均降雨量可見僅有5-9月份會有綠地中雨水匯入湖體中,其余月份湖體僅接納水面范圍內(nèi)降雨。

        圖3 公園內(nèi)部海綿措施方案

        有雨洪利用設(shè)施時(shí),徑流經(jīng)滲透、沉淀凈化后,徑流雨水匯入湖體,此時(shí)公園湖體每月補(bǔ)水量見下表。

        表2 公園湖體水量平衡計(jì)算

        3.4 補(bǔ)水量對照分析

        園內(nèi)布置海綿措施,降雨量小于32.5 mm時(shí),園內(nèi)無匯流入湖水,對補(bǔ)水量無影響,但在5~9月份,對補(bǔ)水量有較大影響,由于7、8月份降雨量較大,無雨洪利用時(shí)也可以不用補(bǔ)水,有雨洪利用時(shí),湖水的常水位較無雨洪利用時(shí)增加0.1 m。有雨洪利用時(shí),5月份可以節(jié)省413 m3水量,在6月份節(jié)省水量最高,可達(dá)3078 m3,9月份可以節(jié)省1312 m3水量。經(jīng)過雨洪利用,湖水補(bǔ)水全年可節(jié)約4803 m3水量,補(bǔ)水量削減約23%。

        3.5 雨洪利用時(shí)水質(zhì)保證

        雨洪利用時(shí),園內(nèi)徑流雨水通過一系列的海綿措施進(jìn)入湖體,初期徑流污染得到控制,但后期徑流水質(zhì)仍低于景觀用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),以道路、廣場雨水為例,后期徑流雨水的TSS為30~120 mg/L,NH3-N為1~4 mg/L,TN約為5~10 mg/L,TP為0.1~0.2 mg/L[6],公園內(nèi)道路廣場等較為清潔,取下限值與地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)對比發(fā)現(xiàn),TN略顯超標(biāo),為保證湖水水質(zhì),采取如下措施。

        (1)增加曝氣推流設(shè)備13臺,曝氣能力約4 kg O2/h,增加水體復(fù)氧性,提高水體內(nèi)微生物活性,加速水中污染物分解,同時(shí)推流造流,增加水體流動性,減少湖體死水區(qū)水流狀態(tài)。

        (2)湖體末端增加循環(huán)水泵,形成末端—首端的循環(huán),循環(huán)管道上設(shè)置砂濾等過濾設(shè)施,增強(qiáng)水體流動的同時(shí)清潔水質(zhì)。

        (3)利用湖體中開闊的水面,構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng),在水體中營造出植物群落—魚類—底棲動物的生物網(wǎng)絡(luò),建設(shè)動態(tài)彈性的生物平衡網(wǎng)絡(luò),控制水體富營養(yǎng)化。

        (4)整個(gè)湖體最淺處0.3 m,最深處2.5 m,集合了溪流、湖體、淺灘等多種水體形態(tài),通過蜿蜒的河流形態(tài)以及淺灘、深潭的構(gòu)建使水中形成不同水位及流速帶,滿足不同水生生物生存要求,有利于提升生物多樣性。

        (5)在淺水區(qū)使用卵石襯底,極大地提高了河床的比表面積,增加了附著在河床上的微生物的數(shù)量,促進(jìn)硝化作用和反硝化作用,有利于水體自凈。

        4 結(jié)論

        雨洪利用作為湖水補(bǔ)水源,充分發(fā)揮水資源利用率,減輕市政補(bǔ)水負(fù)擔(dān),是未來的發(fā)展趨勢。本工程內(nèi)經(jīng)過雨洪利用后補(bǔ)水量有大幅度削減,全年削減量可達(dá)23%。北方城市僅在夏季有徑流匯入湖水中,所以夏季補(bǔ)水量削減較大,如6月份補(bǔ)水量減可達(dá)95%,若南方城市建設(shè)雨洪利用設(shè)施,則效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于北方。

        雨水水質(zhì)不穩(wěn)定,所含污染物濃度較補(bǔ)水水源高,雨水進(jìn)入湖體后如何凈化,保持湖水水質(zhì)仍是雨洪利用中需要注意的問題。

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