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案例:海綿城市“源頭-過程-末端”在線監(jiān)測體系構(gòu)建

分類:行業(yè)熱點 > 污水處理    發(fā)布時間:2018年8月21日 9:40    作者:來源:給水排水 作者:郭效琛等     文章來源:北極星固廢網(wǎng)

隨著國家級海綿城市試點建設(shè)工作的有序推進,在總結(jié)各地取得的成果與經(jīng)驗的同時,也發(fā)現(xiàn)了存在的問題與不足。不少試點城市出現(xiàn)了“建”和“管”脫節(jié)現(xiàn)象,偏重于工程建設(shè),而忽略規(guī)劃管控與整體效果。在海綿城市建設(shè)過程中,應(yīng)加強對海綿城市建設(shè)效果的跟蹤評估,建立在線監(jiān)測體系,全面動態(tài)管控海綿城市建設(shè)運維過程中所出現(xiàn)的問題,及時發(fā)現(xiàn)運行風險,支持海綿城市建設(shè)效果的動態(tài)持續(xù)定量化考核評估。

青島市李滄區(qū)海綿城市試點區(qū)總面積25.24k㎡,是典型的建城區(qū),地處膠州灣東岸的中樞地帶,是青島服務(wù)區(qū)域的重要陸路交通樞紐、商貿(mào)商務(wù)中心,承擔了企業(yè)環(huán)保搬遷、宜居新城建設(shè)、人口疏解等多項功能。結(jié)合雨水徑流的匯集過程、海綿城市考核的實際需求以及其他海綿城市監(jiān)測的經(jīng)驗,提出“源頭-過程-末端”的監(jiān)測體系構(gòu)建,采樣方式以在線監(jiān)測為主,補充進行降雨水質(zhì)和地表水水質(zhì)的人工采樣與化驗,從而支持青島市海綿城市試點區(qū)全過程的運維管理與考核評估,促進海綿城市在青島市其他區(qū)域的推廣應(yīng)用,并為其他海綿城市監(jiān)測體系構(gòu)建提供參考。

1在線監(jiān)測目標

在海綿城市的試點建設(shè)工作過程中,國家相關(guān)文件明確要求“建立有效的暴雨內(nèi)澇監(jiān)測預警體系”“采取有效措施加強能力建設(shè)”,住房城鄉(xiāng)建設(shè)部頒布執(zhí)行的《海綿城市建設(shè)績效評價與考核辦法(試行)》中,對“年徑流總量控制率”“城市面源污染控制”“城市暴雨內(nèi)澇災害防治”等關(guān)鍵指標提出了明確的定量化計算要求。在線監(jiān)測體系的構(gòu)建應(yīng)能夠監(jiān)測設(shè)施長期運行效果,及時發(fā)現(xiàn)運行風險及問題并進行有效的處理處置,支持現(xiàn)場運行情況的應(yīng)急預警,提高設(shè)施的運行保障率。

(1)全面評價海綿城市建設(shè)效果。通過在線監(jiān)測,獲取大量連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù),全面評價海綿城市建設(shè)在城市水生態(tài)系統(tǒng)保護、水環(huán)境質(zhì)量改善及排水防澇能力提升方面所帶來的效果改善,并支持多項、多區(qū)域、多層次評價指標的定量化計算。

(2)積累海綿城市典型措施技術(shù)參數(shù)。在海綿城市建設(shè)過程中,對雨水花園、透水鋪裝、植草溝等典型設(shè)施進行跟蹤監(jiān)測、積累實際運行數(shù)據(jù),為關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定提供依據(jù),為海綿城市的進一步推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(3)支持PPP(公私合作)項目的按效付費。PPP模式在海綿城市建設(shè)和運營中已經(jīng)被廣泛采用,通過完善的在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)能夠協(xié)助分清責任邊界,為PPP項目的效果考核提供定量化參考依據(jù),從而真正落實PPP項目的按效付費機制。

2方案設(shè)計思路

根據(jù)降雨徑流的匯流過程,青島市李滄區(qū)海綿城市試點區(qū)的在線監(jiān)測按照“源頭-過程-末端”的思路進行系統(tǒng)化布點,如圖1所示。源頭監(jiān)測主要針對試點區(qū)內(nèi)的各個典型項目,包括項目的外排口及項目內(nèi)設(shè)施的進出水監(jiān)測,為項目整體建設(shè)情況和各典型設(shè)施效果評估提供依據(jù)。過程端監(jiān)測主要包括雨水排口和管網(wǎng)的監(jiān)測,各雨水排口對應(yīng)一定的排水分區(qū),可對該排水分區(qū)的達標情況進行整體評價;管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的液位及流量監(jiān)測可以為各排水分區(qū)的效果評估提供過程數(shù)據(jù)。在最終受納水體進行水量和水質(zhì)的監(jiān)測,評估整個示范區(qū)內(nèi)徑流總量控制和面源污染控制情況,體現(xiàn)海綿城市建設(shè)的整體效果。


3布點原則

為構(gòu)建完善的在線監(jiān)測體系,支持海綿城市建設(shè)與評估考核,進行雨量、液位、流量、水質(zhì)、溫度等多指標的綜合監(jiān)測,監(jiān)測點的選取應(yīng)充分考慮實用性、代表性和便利性等原則。

(1)實用性。監(jiān)測點位置的選擇與監(jiān)測目的緊密相連,既需要滿足海綿城市管理與績效考核的現(xiàn)階段需求,又要關(guān)注城市排水管理的長期運營業(yè)務(wù)監(jiān)測需求,充分了解當?shù)氐呐潘芫W(wǎng)、河道、土地利用類型、城市積水點、海綿城市建設(shè)項目現(xiàn)狀,以確保每個監(jiān)測點的實用性。

(2)代表性。選擇能夠反映該地區(qū)實際情況的點位進行監(jiān)測,與此同時,不同類型的區(qū)域具有不同的排水特征,應(yīng)在各區(qū)域選擇具有代表性的監(jiān)測點,能夠通過監(jiān)測點情況更為全面的反映區(qū)域內(nèi)各類設(shè)施的實際運行情況。

(3)便利性。所選監(jiān)測點應(yīng)能夠方便、安全的進行監(jiān)測設(shè)備的安裝與維護,同一區(qū)域不同類型的監(jiān)測設(shè)備(流量/水質(zhì))在空間位置上盡量靠近,方便后期設(shè)備的巡查與養(yǎng)護。

4監(jiān)測方案

按照“源頭-過程-末端”的系統(tǒng)化在線監(jiān)測體系構(gòu)建思路,監(jiān)測布點方案分為:背景要素監(jiān)測布點、典型項目監(jiān)測布點、管網(wǎng)/排口監(jiān)測布點以及末端監(jiān)測布點共4個部分內(nèi)容,整體監(jiān)測布點方案如圖2所示。


4.1背景要素監(jiān)測

背景要素的監(jiān)測主要包括試點區(qū)內(nèi)的降雨和溫度數(shù)據(jù),提供試點區(qū)自然氣候方面的本底數(shù)據(jù)。

4.1.1雨量監(jiān)測

降雨數(shù)據(jù)是海綿城市考核評估的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),水量、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)都需要結(jié)合降雨數(shù)據(jù),才能對徑流控制、面源污染控制等指標進行考評。由于降雨存在很強的時空分布不均勻性,在試點區(qū)內(nèi)以均勻性為原則,每4~6k㎡布設(shè)1個雨量在線監(jiān)測點。青島市海綿試點區(qū)共3個流域:樓山河流域、板橋坊河流域和大村河流域,每個流域內(nèi)布設(shè)1臺雨量計,由于虎山公園地勢較高,與城區(qū)降雨情況可能有所差異,故增設(shè)1臺,共設(shè)4臺雨量計。

4.1.2溫濕度監(jiān)測

試點區(qū)溫度絕對值情況及變化趨勢,是對城市熱島效應(yīng)評估的重要依據(jù)。在海綿改造項目較多的大村河流域區(qū)委黨校內(nèi)和海綿改造較少的樓山后河流域工業(yè)區(qū)內(nèi)各布置1臺溫濕度儀,不僅可與青島市非海綿城市建設(shè)主城區(qū)給出的溫度數(shù)據(jù)進行對比,還可在試點區(qū)范圍內(nèi)進行對比,精細化衡量海綿措施在調(diào)節(jié)城市微氣候方面所起到的作用。

4.2源頭監(jiān)測布點方案

源頭監(jiān)測主要針對各個海綿改造項目,以及項目內(nèi)典型的低影響開發(fā)措施,進行持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累。

4.2.1項目監(jiān)測

在項目的出水口進行監(jiān)測,作為年徑流總量控制率、城市面源污染控制等指標的源頭計算依據(jù),為項目效果評估與項目管控模式的建立提供參考。項目地塊徑流水量的控制情況可通過流量和液位的監(jiān)測,其中重要排口進行流量監(jiān)測,作為定量化評估依據(jù);較小排口則進行液位監(jiān)測,只定性判斷是否出流。徑流污染控制效果則通過在線水質(zhì)SS監(jiān)測儀進行數(shù)據(jù)監(jiān)測。

青島海綿城市試點區(qū)源頭地塊類海綿建設(shè)項目共計108個,主要包括建筑小區(qū)和公園綠地,根據(jù)建設(shè)方式,又分為PPP項目和非PPP項目。海綿城市源頭地塊項目數(shù)量較多,應(yīng)結(jié)合考核評估和數(shù)據(jù)積累的需求進行選擇性監(jiān)測,并通過固定監(jiān)測與輪換監(jiān)測相結(jié)合的方式,來減少在線監(jiān)測設(shè)備所需數(shù)量和投資費用。選擇重點考核的PPP項目進行固定監(jiān)測,通過定量的計算與評估,為PPP項目按效付費提供依據(jù),包括國通嘉苑、雙城小區(qū)等項目。對匯水關(guān)系明確且具有一定代表性的項目進行固定監(jiān)測,長期積累在線監(jiān)測數(shù)據(jù),以便于后期的評估以及模型的率定與驗證,提高源頭模擬參數(shù)的準確度,包括區(qū)委黨校、華泰社區(qū)、梅庵新區(qū)和尚風尚水等項目。

4.2.2典型設(shè)施監(jiān)測

根據(jù)住建部出臺的《海綿城市建設(shè)典型設(shè)施設(shè)計參數(shù)與監(jiān)測效果要求》,需要對生態(tài)滯留設(shè)施、植草溝、CSO調(diào)蓄池、干塘、濕塘、人工濕地和綠色屋頂進行在線監(jiān)測。根據(jù)典型設(shè)施的構(gòu)造和主要效果進行在線監(jiān)測指標的篩選:對于以水量控制為主的設(shè)施,需在線監(jiān)測水量情況,其中調(diào)蓄池和雨水桶具有穩(wěn)定液面,可進行液位監(jiān)測;對于水質(zhì)具有明顯凈化效果的設(shè)施則應(yīng)進行SS的在線監(jiān)測。青島市海綿試點區(qū)典型設(shè)施監(jiān)測情況如表1所示。


4.3過程監(jiān)測布點方案

根據(jù)雨水匯集的過程,在匯入河道前,先流經(jīng)道路管網(wǎng),由排口進入河道。

4.3.1排水管網(wǎng)監(jiān)測

雨水排水管網(wǎng)在線監(jiān)測指標以流量和液位為主,其中流量在線監(jiān)測點主要布置在管網(wǎng)雨污混接和主干管網(wǎng)的下游位置,支持管網(wǎng)日常運行規(guī)律的識別,定量化分析雨污混接的影響,并在雨季實時監(jiān)測水量情況,支持水量控制的定量計算。液位監(jiān)測點一方面針對流量監(jiān)測未覆蓋到的管網(wǎng)分支節(jié)點;另一方面則針對城市易澇積水點,能夠在降雨過程中進行積水水位的動態(tài)預警預報,以采取及時有效的應(yīng)對措施,保障城市水安全。

青島市海綿試點區(qū)內(nèi)管網(wǎng)整體為分流制,存在部分混接現(xiàn)象,在海綿城市建設(shè)中均通過管網(wǎng)改造項目進行完善,需要通過監(jiān)測進行驗證。排水管網(wǎng)部分共布設(shè)30臺在線液位計和30臺在線流量計。

4.3.2雨水排口監(jiān)測

通過對雨水排口進行水量和水質(zhì)的監(jiān)測,可掌握排口所對應(yīng)的匯水分區(qū)內(nèi)所有項目及管網(wǎng)建設(shè)情況,對該匯水分區(qū)整體的水量和水質(zhì)情況進行評估。旱季的監(jiān)測則可對雨污混接及偷排漏排問題進行實時的監(jiān)督與管控。

對試點區(qū)排水管網(wǎng)及水系拓撲結(jié)構(gòu)進行梳理和現(xiàn)場調(diào)研,共計雨水排放口72個,其中大村河匯流域31個、板橋坊河流域20個、樓山河流域21個。根據(jù)雨水排口大小和對應(yīng)的匯水區(qū)域面積進行在線監(jiān)測指標的選擇,對于面積較大、重點關(guān)注、有典型設(shè)施和項目的排口進行流量和水質(zhì)SS的監(jiān)測,對于匯水范圍相對較小的次要排口可只進行液位的在線監(jiān)測,以定性判斷是否有水流匯入河道。一般而言,排口應(yīng)以流量監(jiān)測為主,以便進行定量化的計算與分析,青島市海綿試點區(qū)內(nèi),共布設(shè)排口流量監(jiān)測點63個,排口液位監(jiān)測點9個。

4.4末端監(jiān)測布點方案

根據(jù)降雨徑流的匯集過程,試點區(qū)內(nèi)樓山后河、樓山河、板橋坊河及大村河為主要受納水體,對河道水量和水質(zhì)進行監(jiān)測,可對最終情況進行評估。另外,青島市年降雨量小于1000mm,根據(jù)海綿城市績效考核要求,需對地下水水資源情況進行監(jiān)測。

4.4.1河道監(jiān)測

河道在線監(jiān)測主要包括流量、液位、在線懸浮物(SS)和溶解氧(DO)4項監(jiān)測指標。布點位置的選擇應(yīng)能夠掌握試點區(qū)上游水位、水質(zhì)情況,反映河段中間段流態(tài)變化,評估支流流量及水質(zhì)匯入情況,并能把控河道出口段流態(tài)和水質(zhì)情況。

青島市海綿試點區(qū)內(nèi)3條主要河流情況各有所不同:其中樓山河僅上游流經(jīng)試點區(qū),原來存在水體黑臭現(xiàn)象,中下游河道干枯被雜草覆蓋;板橋坊河全長約3800m,全部位于試點區(qū)內(nèi),根據(jù)環(huán)膠州灣流域污染綜合治理方案,現(xiàn)進行綜合截污整治工作;大村河屬李村河系,上游部分流經(jīng)試點區(qū),河道淤泥較多。

在水量監(jiān)測方面,各河道源頭均位于試點區(qū)內(nèi),在距源頭200m左右的位置進行液位在線監(jiān)測,沿途中間段布設(shè)液位計以監(jiān)測水位變化;試點區(qū)出口及支流匯入處布設(shè)流量監(jiān)測。水質(zhì)監(jiān)測方面,為對流經(jīng)試點區(qū)部分進行水環(huán)境質(zhì)量的綜合評價,在每條河道試點區(qū)范圍內(nèi)上下游各布置1臺在線SS監(jiān)測儀,河道中下游位置布設(shè)在線DO監(jiān)測儀,對河道整體的黑臭情況進行反映。河道在線監(jiān)測布點如圖3所示。


4.4.2地下水監(jiān)測

根據(jù)住建部對海綿城市的考核要求,青島市年均降雨量小于1000mm,通過海綿城市建設(shè)應(yīng)確保年均地下水潛水位保持穩(wěn)定。通過在每個流域分區(qū)內(nèi)布設(shè)1個地下水監(jiān)測固定探井,進行液位在線連續(xù)監(jiān)測,評估液位變化趨勢。

5結(jié)語

構(gòu)建在線監(jiān)測體系,全面收集數(shù)據(jù),是海綿城市建設(shè)效果考核與評價的首要工作。在線監(jiān)測布點方案的合理性與科學性不僅直接影響建設(shè)效果考核的準確性和PPP項目付費機制的公平性,更會對我國城市長期的雨洪管理、排水系統(tǒng)運營產(chǎn)生深遠影響。

以雨水徑流匯集的自然過程為基礎(chǔ),按照“源頭-過程-末端”的系統(tǒng)化在線監(jiān)測布點思路,能夠支持海綿城市各區(qū)域、各尺度的效果考核,同時與規(guī)劃建設(shè)指標系統(tǒng)化管控的思路相契合,通過在線監(jiān)測、定量評估,落實海綿城市建設(shè)各方責任。

青島海綿試點區(qū)根據(jù)“源頭-過程-末端”的布點思路,在項目設(shè)施、管網(wǎng)、排口、河道進行在線監(jiān)測點的布設(shè),主要監(jiān)測指標包括液位、流量、SS和DO。通過在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)化構(gòu)建,能夠支持青島海綿試點區(qū)建設(shè)效果的全面考核,該監(jiān)測思路可為其他海綿城市的監(jiān)測考核提供參考。

青島海綿試點區(qū)規(guī)劃布設(shè)359個在線監(jiān)測點,通過試點區(qū)范圍內(nèi)精細化的在線監(jiān)測,進行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累,可為青島市海綿城市的進一步推進與擴展提供基礎(chǔ)。后期的監(jiān)測考核,可通過已有數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)的率定和識別,從而減少部分在線監(jiān)測布點,實現(xiàn)模型對建設(shè)效果評估的支持。

微信對原文有刪減。原文標題“海綿城市“源頭-過程-末端”在線監(jiān)測體系構(gòu)建——以青島市李滄區(qū)海綿試點區(qū)為例”;作者:郭效琛、趙冬泉、崔松、杜鵬飛、李志、楊婷婷;作者單位:清華大學環(huán)境學院北京清環(huán)智慧水務(wù)科技有限公司青島市李滄區(qū)城市建設(shè)管理局。刊登于《給水排水》2018年第8期。


來源:給水排水  作者:郭效琛等 

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