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關鍵詞:風景園林;適宜性評價;對比研究;海綿城市;水敏性城市設計
中圖分類號:TU984 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9944(2016)08-0100-02
1.引言
當今中國正面臨著水資源短缺,水質污染,洪水,城市內澇,地下水位下降,水生物柄息地喪失等各種各樣的水危機,問題非常嚴重。在這樣的背景下,2014年10月中華人民共和國住房和城鄉建設部了《海綿城市建設技術指南》(以下簡稱《指南》),其總體目標是強化城市徑流雨水源頭減排的剛性約束,使城市開發建設后的水文特征接近開發前,有效緩解城市內澇等。因此,海綿城市建設又被稱為低影響設計和低影響開發。20世紀90年代的澳大利亞出現了一種城市規劃新方法――水敏性城市設計(WSUD),如今WSUD為解決城市水體、污水和暴雨雨水等問題提供了更多的商業機會,并轉向關注水體污染、水土流失、城市內澇等近年來影響人們生活的城市水問題。《水敏性城市設計評估選項》(以下簡稱《選項》)編寫于2009年,并隨水源提倡法案條文(National Water Initiative(NWI))的發展而得到了一定的發展。
《指南》建設流程和內容已成為海綿城市建設試點的參考依據,通過對《選項》的評估過程和方法進行介紹,并比較研究國外雨洪管理體系,促進中國海綿城市的建設。比較方面包括二者的目標、場地類型、具體設施三個方面。我國在海綿城市建設過程中應當注重不同基址條件對海綿城市建設的適宜性,因而還補充介紹了WSUD的評估選項和內容,以說明在海綿城市設計階段的場地評估對海綿城市建設的必要性。
2.設計目標
WSUD的目標設定包括以下幾個方面:從功能角度出發,注重雨水措施的生態多功能性。“水質”目標包括減少污染荷載及環境保護的多重目標。“水量”目標包括對徑流持續時長、洪水頻率、峰值流量和徑流總量控制。“養護”目標包括敏感區域維護和自然排水系統養護等目標。“水供給”目標包括飲用水需求和供給縮減及可持續循環。我國《指南》的目標設定于規劃階段,目標包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用。其中低影響開發雨水系統的徑流總量控制一般采用年徑流總量控制率作為控制目標。且徑流總量控制目標以開發建設后徑流排放量接近開發建設前自然地貌的徑流排放量為標準。
《指南》的目標著重于雨洪徑流總量控制,目前徑流污染強調對懸浮物(SS)年總量進行控制,在污染嚴重的區域并具有過量的有害化學成分類型的情況下,其原有功能會受到影響的同時也可能發生二次污染。因此用地類型應當具體到實際項目中,宜結合專業分析軟件與單項設施事先進行適宜性評價。
3.具體設施
最佳管理實踐(BMP):是指在WSUD中具有保護、收集、治理、傳送、存儲和再利用水資源的結構和非結構性元素。WSUD結合了工程和非工程措施,并且能夠影響開發過程中居民的用水行為。導則將工程性BMP分為了兩個種類集群,包括“飲用水需求縮減技術”以及“暴雨雨水管理技術”,并對其特征進行介紹。
《指南》中將具體設施按功能分為滲透、存儲、淵節、傳輸和截污凈化設施。指南列出了每種設施的施工做法。在實際建設項目中,應當注重設施中不同土壤類型的滲水能力需要與設計目標的降雨頻率相適應,以確保在規定時間內各個設施能夠將其中的雨水排空以承擔下次降水事件;此外《指南》中欠缺對每種措施所承擔的污染物去除功能的量化評估方法。
4.場地類型
最佳規劃實踐(BPP):指WSUD的基址評價,規劃和設計部分,是由在城市范圍內能夠達到特定的管理目標的最佳實踐規劃方法所構成的。它基于基址的物理和自然屬性以及容量評價,將水體和相關環境管理目標融入規劃和設計中。
《選項》中將BPP所涉及的場地類型劃分為:公共開放空間網絡;房屋、道路布局;街道景觀等幾種場地類型。《指南》巾的場地類型分類也囊括了所有城市室外用地類型,針對各實際情況提出了參考設計理念,并提供了設施規模計算方法,此方法已運用于大量理論研究中。
基于現有的BMP,在具體的發展類型和用地規模中則可以在現有工程技術成果中選用適當的BMP達成WSUD設計目標。與中國海綿城市建設導則不同之處在于,該導則同時也將飲用水供需縮減技術與雨洪管埋技術同時加入到了WSUD中,每項技術措施各自對應各種類型的場地提供了一系列是否適宜的建議,并由等級評分的方式決定是否選擇某項具體措施。
5.WSUD選項的評估
《選項》的特點在于其WSUD選項評估,可以分為對WSUI)選項的價值評估和WSUD評估過程。WSUD選項的價值評估方法利用了三重底線對各個選項進行評估,但這種方法若進行量化則更佳;在WSUD評估過程中,將評估尺度分為了三個等級,第一等級是廣域評估,作用是保證WSUD達成總體目標:即現有成果是甭達到總體水文影響最小化、是否保護環境的特定生態功能、是否具有備用水源、是否達到總污水處理目標、總成本是否最低等;第二等級是局部范圍評估,該評估確定的是具體目標(包括水質,水文和飲用水,污水減排目標等)所對應措施的類型。第三等級是詳細評估,即塒詳細設計要素的評估以及檢查與導則不相符的技術措施。評估過程由第一等級逐級發展至第三等級。
5.1局部范圍水敏性城市設計目標的評估
在局部范圍WSUD目標評估中,導則將評估過程以不同的技術類型分為兩部分:“暴雨雨水管理技術”評估和“飲用水縮減技術”評估。在前者的評估中,評估方法分為兩步,第一步是WSUD措施針對特殊的基址的可行性、適宜性和威脅性的基址評估。基址評估利用評分系統來衡量WSUD措施實施的危險因子的重要性,如果危險閃子得分高,其重要性也會隨之提升,危險因子包括平均坡度、年均降水量、土壤滲透能力等。并且對每一項危險因子進行權重分配再合計總分,從而得出該項評估結果。根據不同的分數段又推出了低、中、高實施風險所分別對應的評估等級和與其形成正比的所需信息量(圖1)。
第二步則需確定WSUD所采用的過濾凈化技術是否能達到相應過濾目標。例如在暴雨過濾凈化評價中,單一過濾設施都應有多種功能和形態,該導則羅列出不同占地面積的治理設施所能承擔的過濾和凈化能力,其研究成果顯示其面積與所承擔的過濾功能數量和可過濾的污染物粒徑以及限制因素數量成正比。所以需要根據設計方法措施的限制性因素因地制宜地選擇合適的對象及規模。
5.2綜合化的暴雨、雨水和污水評價
在局部評估過程之后則是整個設計方案的綜合化評估。WSUD綜合化適宜性評估項是基于水質、水量、水供應、污水、環境設施的WSUD總體目標而設立的,選擇適當的BMP并進一步進行量化評估,以確定最適合解決基址特定問題的措施,量化評估中得分過低的項目需要對其必要性進行判斷。
針對分值低的特定低分BMP則需要對其缺欠功能進行補充,并對為每個BMP重新進行適宜度量化評分,具體設施正如前文所述分為兩個方面,“飲用水縮減技術”以及“暴雨雨水管理技術”。用這些具體BMP設施再次與以上評價方面一一對應,分析評估其適宜性,得出的評價結果對整個WSUD項目都有參考性的價值(圖2)。
《選項》以評估的方式將基于實際條件的BPP所對應下的BMP與最初的總體WSUD設計目標相互融合,一旦在評估過程中發現某些BPP與整個項目不相符合,則會進行調整和重新評估,即第三等級詳細評估的任務。
6.結論
經過對《指南》和《選項》的目標、設施、場地三個方面的相同與不同之處的分析,應當認識到我國海綿城市還處于初期建設階段并且詳細介紹了后者的評估過程和方法,從而得出《選項》對我國《指南》所具有的借鑒性意義。
(1)從二者的設計目標量的比較可知,在總體目標的設定階段益將目標設定得更為充分,需要考慮污染較為嚴重和降水頻率較高的條件下,降雨事件對設施排水的不利影響;并在污染物凈化目標方面加以完善,以保證設計目標對項目的整個生命周期發揮導向作用。
(2)由于《指南》中的各種技術措施相比于《選項》缺乏系統的評估及評估方法的介紹,其在不同條件下的凈化能力、使用壽命、建設成本、適應能力等各項數據據應經過專業評估和實驗得出,為項目各個目標提供參考數據。
(3)與《選項》極為相似的是《指南》中的場地類型的編制,應當注重各個地區場地的特殊性,根據各個地區的特點,并通過量化評估選擇適當的措施類型,在評估過程中應當借鑒國外對水文、地形高程等數據的相對易于獲取的優點。
【關鍵詞】柯橋區;排水;合理性;水資源;河道;下沉式廣場
一 、引言
紹興市柯橋區位于浙江省中北部,紹興市北部,會稽山北麓,地處長江三角洲南翼。柯橋區位于浙江中北部地區,北部地處紹虞平原,南部緊靠會稽山脈。氣候溫和,四季分明,雨量充沛,降水時間分布季節性明顯。屬于東亞季風區,季風氣候顯著。年平均降雨量1469.8mm,最多年雨量為1806.2mm,出現在1975年;最少年雨量為911mm,出現在1967年。汛期主要集中在5月到10月。年平均雨日為158.6天,年最多雨日達227天;年最少雨日為134天。
防洪排澇河道整治一期工程是以防洪、排澇為主,結合改善水環境等功能的綜合性水利工程,2009年被省發改委列入省重點建設工程A類項目。截止2014年底,柯橋區已建成濱海閘樞紐工程和姚家埠至濱海排澇閘17.6公里河道治理工程,完成總投資約4.5億元。2015年以來,柯橋區水利水電局一面增強施工力量、優化施工組織,一面與相關鎮街緊密配合加大政策處理力度,深入村居及時協商解決問題,進一步加快推進防洪排澇河道整治一期工程,取得了明顯成效。
工程建成后,將基本形成紹興平原排澇快速通道,使河道防洪標準達到50年一遇,治澇標準達到20年一遇最大24小時暴雨不受淹,切實增強紹興平原的整體防洪排澇能力,優化水生態環境,促進柯橋區經濟社會的可持續發展。
二 、城市排水系統
城市排水系統是一項不可或缺的基礎設施,對城市的正常運行起到了重要的作用。城市排水系統與給水密不可分,共同組成了現代城市的水循環系統。城市排水系統的合理與否直接關系到了城市的全局發展,而城市排水工程是處理城市污染、城市排澇和防洪等的骨干工程。排水系統包括道路排水管網、泵站、具有調水蓄水功能的湖塘、河道以及污水處理廠等相關設施。
城市排水系統作為城市的使用設施,受到了氣象、地表水位差、電力中斷和排水系統規劃等因素的影響。在南方一些城市中,城市排水設計過程中存在很大的不足,如城市河道設計過于拘謹,城市治水不合理,治水機制缺乏合理性。給水缺乏節水系統的控制,造成水資源的浪費。在排水過程中,經常會由于污水造成周邊土地和環境的破壞,影響城市的可持續發展。
如今,我國很多城市一逢暴雨就“看海”的情況經常出現,這種現象的產生就是由于在規劃初期未能對城市排水充分考慮。通常,在進行排水系統規劃時要考慮排水分區、排水管網設置、可持續、與周邊區域結合和加強管理體制等幾方面。
三、 排水系統新理念
2012年4月,在《2012低碳城市與區域發展科技論壇》中,“海綿城市”概念首次提出;2013年12月12日,在《中央城鎮化工作會議》的講話中強調:“提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來,優先考慮更多利用自然力量排水,建設自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。而《海綿城市建設技術指南――低影響開發雨水系統構建(試行)》以及仇保興發表的《海綿城市(LID)的內涵、途徑與展望》則對“海綿城市”的概念給出了明確的定義,即城市能夠像海綿一樣,在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”,下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。提升城市生態系統功能和減少城市洪澇災害的發生。
國務院辦公廳出臺“關于推進海綿城市建設的指導意見”指出,采用滲、滯、蓄、凈、用、排等措施,到2020年將80%的降雨就地消納和利用。建設海綿城市,首先要扭轉觀念。傳統城市建設模式,處處是硬化路面。每逢大雨,主要依靠管渠、泵站等“灰色”設施來排水,以“快速排除”和“末端集中”控制為主要規劃設計理念,往往造成逢雨必澇,旱澇急轉。根據《海綿城市建設技術指南》,城市建設將強調優先利用植草溝、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水,以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規劃設計理念。
海綿城市建設應遵循生態優先等原則,將自然途徑與人工措施相結合,在確保城市排水防澇安全的前提下,最大限度地實現雨水在城市區域的積存、滲透和凈化,促進雨水資源的利用和生態環境保護。建設“海綿城市”并不是推倒重來,取代傳統的排水系統,而是對傳統排水系統的一種“減負”和補充,最大程度地發揮城市本身的作用。在海綿城市建設過程中,應統籌自然降水、地表水和地下水的系統性,協調給水、排水等水循環利用各環節,并考慮其復雜性和長期性。
作為城市發展理念和建設方式轉型的重要標志,我國海綿城市建設“時間表”已經明確且“只能往前,不可能往后”。全國已有130多個城市制定了海綿城市建設方案。確定的目標核心是通過海綿城市建設,使80%的降雨就地消納和利用。圍繞這一目標確定的時間表是到2020年,20%的城市建成區達到這個要求。如果一個城市建成區有100平方公里的話,至少有20平方公里在2020年要達到這個要求。到2030年,80%的城市建成區要達到這個要求。
四 、設計合理性――以紹興市柯橋區為例
2015年,柯橋區實現全部工業總產值3971.83億元,其中規模以上工業總產值3478.32億元,增長2.5 %。全部工業實現主營業務收入3880.30億元,其中規模以上工業實F主營業務收入3386.79億元,增長2.9%。
實現規模以上戰略性新興產業產值939.95億元,占比為27.0%。大紡織業實現產值2263.76億元,增長5.4%;實現利潤120.75億元,增長16.9%。非紡業實現產值1214.56億元,下降2.4%;實現利潤69.90億元,下降12.6%。新產品產值1139.35億元,增長25.8 %,占規上工業產值32.8%;規上高新技術產業產值277.76億元,增長4.0%,占規上工業產值8.0%。
結合柯橋區域經濟特殊性,以合理運用城市水資源,達成現代化城市的可持續發展為目標,需要從三個不同角度去設計,在進行排水系統設計時還應充分考慮紡織產業的分布。
1. 宏觀層面。
從宏觀角度分析得出排水系統設計所面臨的問題,相鄰城市、相鄰地域已不是規劃區內的問題。一方面,給水安排需要圍繞水源及節能、合理供水及保證溯源平衡為基礎;另一方面,排水系統需要以防洪排澇及控制污染為目的。
(1)防洪排澇
防洪排澇可分為兩部分,即防外洪及排內洪,外洪重在防,內洪重在排。考慮源頭不同的水,也通常用不同的解決方案。城市的水一般是雨水降落產生,所影響范圍不會太大。
瓜渚湖位于柯橋中國輕紡城東北,南闊北狹,南北長2公里,東西長約1公里,水面面積1.5平方公里,為紹興平原第三大湖。瓜渚湖與大小坂湖是柯橋海綿城市的重要組成部分。柯橋河網密布,將河湖連通不僅將改善了周邊區域的生態環境,也為工業及農業發展提供豐富的水源保證,對柯橋經濟社會發展和水生態文明建設起到重要和不可替代的作用。從當前和未來經濟社會發展及生態恢復等方面的需求來看,實施河湖連通工程意義深遠,效益重大。
(2)水資源平衡
合理供水及保證水資源平衡可在一定程度上解決水資源短缺及分布不均的情況。在規劃城市建設時,必須考慮水資源供需是否平衡。合理供水可改善水質,節約資源,推動供水行業發展。
(3)污水處理
污水集中處理,水質水量穩定,但建管道總費用高,設備龐大,耗能大,技術和管理水平要求高。污水分散理優點與缺點共存,如何將污水集中處理和分散處理相結合,二者取長補短顯得尤為重要。
2. 中觀層面。
本層面有承上啟下的作用,其重心主要在于城鎮及片區的給排水系統(包含并不限于中心城區的給排水規劃設計和污水處理廠的規劃設計)。
(1)給水系統
在大多數居民及單位使用了變頻裝置,尤其是廣泛適應了城市給水管網智能化供水設備的前提下,供水的日變化系數增大以及高峰用水量的增加導致水廠的供水工程加大,這是中觀最值得注意的問題。
(2)雨水系統
雨水系統、防洪排澇和城市豎向規劃三者相輔相成,市區內河通常采用五年一遇水滿不外流的設計標準,洪峰相遇的概率很高,而排水管道的出流往往也是高壓性的。因此,雨水系統需要定期校對壓力流,并且及時調整豎向標高,防止溢水情況的發生。
(3)污水系統
柯橋老城區與新城區并存,在老城區應采用分流制,而在新城區宜選用合流制。根據污水處理廠廠外管網工程實驗表明,分流制需要在化糞池口開口,并選用具有專業技術的團隊實施監督及施工。柯橋屬于中小城市,因此也應考慮在進河流前設置截流干管,使早期雨水和污水通過截流干管都進入水處理廠,節省投資。另外,污水也可經過中水回用等處理,投入景觀設施,或者運用物理及化學方法,改善水質后再使其流入內河。
3. 微觀層面。
要實現可持續發展必須進行創新,運用創新思維及技術去解決問題。城市排水規劃環環相扣。在微觀層面,重擔就要落到每一個工廠、每一個居民區和每一個排水系統的設計上。
重度耗能低量負荷的這種低形式是不符合中國現代國情的,而延時曝氣的方案也會適時淘汰。而移動床、流化床、A/O工藝法均可為中國當下的發展方向。污水管道最常用材料是塑料復合管材,PE管質量好,PVC-U管使用廣泛,具有較高的抗沖擊性能和耐化學性能,PVC管通常用于排污管道。在施工時要分層夯實,盡量保證管道的回填質量,防止管道因回填質量的問題而變形超標。雨水屬于水循環中的一個環節,若對其合理攔蓄和利用,將可以節省資金,促進生態發展。
(1)疏河道。“深淘灘,低作堰”,這是久經歷史檢驗的治水良策。疏拓作為柯北直排錢塘江骨干河道的濱海大河,充分利用錢塘江潮位低、持續時間長的排澇優勢,暢通北排通道,有效降低柯橋地區水系水位。結合清水工程和河道總體規劃,疏浚拓寬柯橋所有骨干河道,如瓜渚湖、直江、東小江,整治河道上的違章建筑物和構筑物,經科學預測,此項措施可在暴雨期間降低城區水位12厘米,降低柯北水位10厘米。
(2)建設城市下沉式廣場,起到分流雨水的作用。
(3)控制綠化標高,顛覆原先的綠化種植設計思路,從高于路面到低于路面,至少綠化地面與路面齊平,最好能低于周邊地面標高5至25厘米,形成下凹式綠地,使綠地上的自然降水能滲入地下,減少路面徑流。四是科學制定雨水徑流控制標準,擴大可滲水地面面積。通過這些措施,既增強了城市排水防澇能力,又提高了城市的親水性、透水性,對于減輕管網排水防澇壓力也大有裨益。
五 、結語
在五水共治的大背景下,柯橋區堅持科學發展觀,貫徹節能環保理念,加大雨水公園、植草溝、雨水調蓄池、下凹式綠地和可滲透停車場建設,分類別,科學定標準;治點線,注重抓管理;強預測,提前降水位;調蓄洪,多舉措并重,在城市排水方面取得了顯著成效。
參考文獻
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消聲器是能夠阻擋聲波的傳播、而又允許氣流通過的一種器件,是消除空氣動力性噪聲的重要措施和有效工具。消聲器通常作為一種裝置安裝在空氣動力設備(如鼓風機、空壓機)的氣流通道上或進、排氣系統中以降低噪聲。
消聲器的種類很多,但究其消聲機理,又可以把它們分為六種主要的類型,即阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。
阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道的內壁上或按照一定方式在管道中排列,就構成了阻性消聲器。當聲波進入阻性消聲器時,一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉化成熱能耗散掉,使通過消聲器的聲波減弱。阻性消聲器就好象電學上的純電阻電路,吸聲材料類似于電阻。因此,人們就把這種消聲器稱為阻性消聲器。阻性消聲器對中高頻消聲效果好、對低頻消聲效果較差。
小孔消聲器的結構是一根末端封閉的直管,管壁上鉆有很多小孔。小孔消聲器的原理是以噴氣噪聲的頻譜為依據的,如果保持噴口的總面積不變而用很多小噴口來代替,當氣流經過小孔時,噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻,使頻譜中的可聽聲成分明顯降低,從而減少對人的干擾和傷害。
于是本人想到把“小孔消聲器”和“阻性消聲器”的原理結合起來,利用“小孔消聲器”的結構和“阻性消聲器”的消聲方式發明一種綜合兩種消聲器優點的復合消聲器。
首先選擇一種外表凹凸不平的礦泉水瓶(圖1),然后在礦泉水瓶的表面打孔(圖2)。打孔的目的是為了在保持噴口的總面積不變的前提下,用很多小噴口來代替,當氣流經過小孔時,噴氣噪聲的頻譜就會轉向高頻或超高頻,使頻譜中的可聽聲成分明顯減低,從而減少對人的干擾和傷害。
第二步,剪掉礦泉水瓶的末端,然后往礦泉水瓶子里面塞滿海綿,同時在礦泉水瓶的外壁也包一層海綿,目的是當聲波進入礦泉水瓶時,由外面海綿和礦泉水瓶阻擋掉一部分聲能,使之進入礦泉水瓶內部,經過多孔材料的空隙中摩擦轉化成熱能消耗掉,從而使通過消聲裝置的聲波減弱甚至消失,以此來達到消聲的目的。
第三步,在礦泉水瓶的兩端各插一根筷子用作帶動裝置,如圖3所示,然后在窗戶的兩端用帶動裝置使消聲裝置動起來,從而達到消聲的效果。
關鍵詞:人工生物浮島;載體;植物;水體;徐州
收稿日期:2012-02-02
基金項目:江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃項目“水上花園營造及其對水體凈化的技術設計”;徐州市科技計劃項目“徐州市采煤塌陷區濕地公園建設關鍵技術研究”(編號:XJ08062)資助。
作者簡介:劉 雷(1988―),男,江蘇南通人,徐州工程學院環境工程學院大學生。
通訊作者:楊瑞卿(1966―),女,山西晉中人,副教授,主要從事城市景觀生態及城市園林綠化方面的教學與研究工作。
中圖分類號:X524
文獻標識碼:A
文章編號:1674-9944(2012)02-0099-03
1 引言
水體富營養化問題是當今世界面臨的最主要水環境問題之一。在修復富營養化水體的各種措施中,人工生物浮島生態修復工程是一種低成本、低能耗、易管理,同時又可美化環境的新技術,有著其它水富營養化治理技術不可比擬的優點,尤其適用于城市景觀水體的凈化。
徐州市城區內水系豐富,湖、河交錯。南有云龍湖,北有九龍湖,東有金龍湖,西有九里湖,形態各異,姿態萬千;故黃河、玉帶河、奎河、徐運新河等縱橫交錯,遍布市區,并形成各具特色的湖河風光帶,極大地豐富了城市景觀。然而,受各種因素的綜合影響,這些湖、河的水質出現不同程度的富營養化,影響了其生態和景觀功能的充分發揮,因此,建設人工生物浮島,對其水質的改善具有重要意義。
2 人工生物浮島技術
人工生物浮島技術是按照自然界自身規律,人工把高等水生植物或改良的陸生植物,以浮床作為載體,種植到富營養化水體的水面,通過植物根部的吸收、吸附作用,削減富營養化水體中的氮、磷及有機物質,從而達到凈化水質的效果,同時又可營造水上景觀。與其他處理方式相比,生態浮島技術具有以下優點。
(1)不受水深及水體透光度限制。人工生物浮島技術把生活在岸邊淤泥中的水生植物移栽到漂浮的浮島上,整個浮島可以在水面上自由移動,在水深較大的地方同樣可以發揮作用。
(2)基本不產生二次污染。人工生物浮島在治理水污染過程中主要通過植物的吸污能力凈化水體,植物老化后可人工采收后帶離水體,基本不會產生二次污染。
(3)在凈化水體的同時,又可美化環境。在人工生物浮島上種植具有一定觀賞價值的植物如美人蕉、鳶尾、旱傘草等,在凈化水體的同時,這些浮島又像一個個漂浮在水上的袖珍花園,豐富水面景觀,美化河湖環境。
3 人工生物浮島在徐州的應用研究
3.1 研究背景
徐州是一座傳統的重工業城市,資源的開發、工業的發展、日益增加的城市人口使得城市環境受到破壞,水資源的污染尤其嚴重。徐州市的云龍湖、九里湖是城市兩座體量較大的蓄水湖,享有徐州市“綠腎”的美譽,在城市的建設和發展、維護生態平衡等方面具有不可取代的作用。
云龍湖作為徐州市大型人工景觀湖,是徐州市城市景觀多樣性的重要組成部分。近年來,濱岸帶的過度開發對該湖生態系統的影響較大,導致水質質量逐年下降,生態系統較為脆弱,水體處于富營養化的邊緣,對其的治理迫在眉睫。
九里湖是由于煤礦開采地表塌陷積水形成,2006年徐州市政府斥資15億元,用于九里湖的改造建設,2008年10月,九里湖濕地公園建成開放,是徐州繼新沂駱馬湖后,第2個獲得省級濕地公園認定的景區,但地處采煤塌陷區的環境背景,使其水質受到一定影響。
為改善這兩個湖的水質,同時為探討適用于徐州的人工生物浮島建設技術,2010年課題組分別在云龍湖、九里湖各建了一個生物浮島進行觀察實驗,以對其今后的建設和發展起到一定的參考作用。
3.2 人工生物浮島載體材料的選擇
浮島載體材料選擇及植物配置是人工生物浮島技術的核心組成部分,在選擇浮島載體時,應盡量滿足以下幾個條件。穩定性,浮島載體必須具備一定的強度,在開闊水面的浮島必須具備一定的抗風浪能力;耐久性,浮島材料在水里浸泡的時間較長,在污染較嚴重的水體中,水體可能還具有腐蝕作用,所以要求浮島材料具有較強的耐腐蝕能力;經濟性,浮島材料應盡量價廉易得,以便于浮島技術的推廣應用,降低成本;環境的協調性,生物浮島應盡量和周圍環境協調,以免影響景觀;結構的簡易性,浮島必須結構簡單易于建造,移動性和維護性等都要求較好。
根據以上要求,考慮到兩個湖的具體情況,同時也為了便于比較研究,分別采用了以下兩種載體。
云龍湖是云龍風景區的重要組成部分,游人量大,景觀要求高,因此選用了比較美觀的PVC材料,浮床主體部分由圓形塑料栽植盆構建,盆與盆相互連接,形成統一整體,具有抗風浪、保穩定的效果。盆中央留有一圓形孔洞,將種植植物用海綿包裹纏繞放入孔洞,即可使用,效果如圖1。
九里湖由于距市區較遠,游人量少,故選用了生態性強、造價低但景觀效果一般的竹排結構。竹排長7.2m,寬4.2m,兩根竹子1組,植物種植在兩個竹子的夾縫之間。每個竹排17組,每組間距12~14cm,為植物留有足夠的生長空間。竹排之間相互連接并用木樁進行固定,防止風浪沖擊。竹排底部用尼龍網包裹,防止魚蝦等水生動物撕咬植物根部,導致植物死亡,效果如圖2。
3.3 人工生物浮島植物種類選擇
根據國內相關文獻報道,美人蕉、旱傘草、鳶尾、千屈菜、再力花、梭魚草、花葉蘆竹、菖蒲、燈芯草、水蔥、慈姑等水生植物都可栽植于人工生物浮島上并均具有較好的水質凈化功能。在選擇兩湖生物浮島的的植物種類時,主要考慮以下因素。
(1)適生性。為選擇適于兩湖生長環境的植物,先在室內模擬兩湖環境對植物的生長狀況進行試驗,將美人蕉、旱傘草、常綠水生鳶尾、燈芯草、梭魚草、菖蒲6種植物栽植到打孔后的塑料泡沫板上后放到用NH4H2PO4、MgSO4•7H2O、Ca(NO3)2•4H2O、KNO3等量混合物配制的營養液中,觀察其生長狀況。觀察結果表明,美人蕉、旱傘草、菖蒲生長狀況相對較好。
(2)凈化能力。凈化水質是生物浮島植物的首要功能,因此植物的選擇需要根據水質檢測結果,植物本身吸收污染元素的能力等眾多因素來確定。
首先對兩湖湖水進行采樣并對其水質進行分析檢測。分析檢測結果表明,云龍湖湖水平均pH值為7.80,為弱堿性,COD含量為9.70mg/L,主要污染物為N、P;九里湖湖水平均pH值為7.90,為弱堿性,COD含量為9.77mg/L,主要污染物同樣為N、P。通過查閱相關文獻,在擬選擇的6種植物中,美人蕉、旱傘草、菖蒲對N、P的吸收能力相對較強。
(3)景觀效果。考慮到云龍湖、九里湖都是徐州重要的景觀湖,景觀要求較高,因此在植物選擇時也充分考慮了其觀賞性及冬季景觀效果。
綜合以上3個因素,確定使用美人蕉、旱傘草、菖蒲、常綠水生鳶尾4種植物作為人工生物浮島的植物種類。闊葉開花的挺水植物美人蕉,生命力旺盛的旱傘草、生長周期長、外觀形態優美的菖蒲和四季常綠的鳶尾高低搭配合理、季相分明,在景觀化水體的同時,滿足了不同季節的造景需要,確定好人工生物浮島的結構材料和植物選擇后,著手浮島的建設,2009年9月云龍湖、九里湖兩處人工生物浮島建成投入使用。
3.4 人工生物浮島建成后的作用分析
(1)對水體污染的凈化作用。通過人工生物浮島技術的運用,水體中COD、TP、TN 含量有所下降,九里湖水華現象得到一定程度的緩解;云龍湖浮島周圍氮含量明顯下降,湖水水質有所提升。
(2)景觀作用。人工浮島建成后,宛如兩個袖珍的綠島,漂浮在水面上,豐富了水面景觀,尤其在夏季,美人蕉花大艷麗,旱傘草婆娑多姿,別有一番風趣。
(3)消波、護坡作用。人工生物浮島浮于水面,在一定程度上具有消波的作用。云龍湖、九里湖體量較大,風浪對坡岸的侵蝕比較明顯。在試驗區域,湖中波浪經過浮島的阻隔,對坡岸的侵蝕程度明顯下降,整體上起到消波、護坡作用。
(4)生態效益。由于人工生物浮島的建設,周圍的鳥類、昆蟲有了充裕的活動、捕食區域,魚蝦等水生動物也常聚集在浮島周圍,構成了和諧繁榮的自然生態景象。
3.5 人工生物浮島建設中存在的問題
(1)浮島材料及構造存在不足。云龍湖塑料浮島材料的連接經過一個冬天的嚴寒天氣,由于湖面封凍及日曬雨淋,加上管護不當等原因,部分已經破壞分解,整體景觀受到嚴重破壞。九里湖的竹排經過風吹日曬、波浪沖擊也有不同程度的損毀。
(2)植物景觀冬季效果差。因為受到徐州的氣候、水質等自然條件的影響,人工生物浮島冬季景觀效果較差,大多植物都已經枯萎,失去了浮島原有綠蔭蔥蔥、景色宜人的效果(圖3)。
(3)植物種植用材料對水體產生一定污染。植物種植時都是用海綿纏繞根部后插于孔洞和竹排夾縫中,經過水體長時間的浸泡、侵蝕,海綿已經分解碎裂沉入水中,對水質環境造成了污染。
(4)后期管理維護有一定困難。因為人工生物浮島建設在水中,后期管理維護比較困難,植物都是自由生長,不能對其進行修剪整理,所以生長狀況及景觀觀賞功能被削弱。
4 結語
通過對人工生物浮島技術在徐州市應用的探索,不難發現,在建設人工生物浮島的過程中還存在不少技術問題。需要在浮島材料、植物選擇、栽植方法和后期維護等方面進行更多的探索與研究,以尋求更好的解決方案。
人工生物浮島作為新興的生態水處理方法,在處理水污染、美化城市環境、修復生態等方面有著其他水處理方法無法替代的優勢,希望更多的人關注人工生物浮島的建設與運用,讓它在凈化城市水環境,美化城市景觀,構建和諧美好的家園中發揮重要作用。
研究過程中得到徐德蘭老師和張建昆老師、趙僑、梅麗、於敏敏、別廣和、蔡駿、梅古陽等同學的指導和幫助,謹致謝忱。
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Application of Artificial Floating Island in Xuzhou City Liu Lei,Yang Ruiqing
(School of Enviromental Engineering,Xuzhou Institute of Technology,Xuzhou 221018,China)
清華大學建筑設計研究院有限公司副院長、副總建筑師。中國工程咨詢協會副會長、教育部教育建筑專家委員會委員、香港建筑師學會會員。主要代表作品:徐州博物館、大連理工大學創新園大廈、清華大學醫學院、先正達北京生物工程實驗室、清華大學圖書館北館等。
王宇婧
清華大學建筑設計研究院有限公司綜合三所建筑師。清華大學建筑學學士、城鄉規劃學碩士。
為什么要建設綠色中小學校園
目前,隨著低碳節能觀念和技術的成熟,綠色節能成為建設領域的共識和必然路徑。中小學校校園的綠色設計成為關注的熱點之一,在綠色設計方向提升其目標和動力既是可持續發展的要求,也是學校建立自身特點和提升教學效果的途徑之一。
可持續發展的發展觀已成為人類的普遍共識,作為世界上人口最多的國家之一,教育未來世界主人的中小學校,是踐行這一理論的重要陣地。“綠色校園”建設的重要性體現在校園的全過程建設中,也體現在校園作為環境對學生人格的塑造中。
根據教育部2014年全國教育事業發展統計公報中的數據,我國現有小學20.14萬所,初中學校5.26萬所,高中階段學校2.57萬所。全國中小學校在校生人數1.8億人,校舍面積總數達162606萬m2。盡管其每個規模不大,但總數眾多。目前的中小學校園普遍存在校園環境建設單一、建筑能耗管理缺失的問題。鄭觀應曾說:“學校者,造就人才之地,治天下之大本也。”學校建設對于社會發展的意義不言而喻。推進總數龐大的中小學綠色校園建設,將有力推進整個社會的綠色發展、循環發展、低碳發展。
據美國Heschong Mahone Group的研究成果表明,學校教室的自然采光設計直接影響著學習效率和成績。其他條件相同時,在自然采光條件最好教室中的學生比在自然采光條件最差教室中的學生在一年的數學測試中進步20%,在閱讀測試中進步26%。另一研究則表明,當通風方式得到改善時,學生的缺勤率減少達60%。可見,建設綠色的中小學校園,改善學校建筑采光通風等環境對營造健康的學習、工作環境和提高教學質量意義重大。
中小學校園是學生學習成長的環境,人改變環境,環境也影響人的行為,中小學綠色校園是學生可持續教育的直接載體。我國古代就有鐘靈毓秀一說――只有凝聚了天地間的靈氣,才能孕育出優秀的人物。被稱為“俄羅斯教育心理學的奠基人”的烏申斯基也說過:“美麗的城郊、馥郁的山谷,凹凸的原野,薔薇色的春天和金黃色的秋天,難道不是我們的老師嗎?”環境對人產生的潛移默化的作用是不可忽視的。因此,中小學綠色校園本身即是可持續發展理念的載體。建設綠色校園有利于充分發揮環境育人的功能,讓學生從小樹立綠色、環保、低碳的理念,養成良好的節能環保的生活習慣,對推廣綠色理念、節能意識發揮著深遠的社會影響。
同時,中小學綠色校園本身也可成為一種有效的教育資源,將校園內的一些綠色措施與可持續教育結合起來,讓學生在真實環境中進行體驗,主動探索研究,可以激發其對環境的熱愛,同時培養學生調查研究的能力。
中小學校園綠色設計
“綠色校園”是指“在其全壽命周期內最大限度地節約資源(節能、節水、節材、節地)、保護環境和減少污染,為師生提供健康、適用、高效的教學和生活環境,對學生具有環境教育功能,與自然環境和諧共生的校園。”如何建設綠色中小學校園,在校園設計時需要從哪些方面著手,綠色校園建設有哪些原則和方法?下面將從綠色校園環境、建筑節能以及建筑舒適性三個方面來具體闡述。
綠色校園環境
(1)校園總體布局
在進行校園規劃總體布局設計時,應基于校園所在地的氣候環境,結合建筑功能,形成校園總體布局策略。在此基礎上通過校園物理環境仿真模擬技術,如日照模擬、風環境模擬、照明系統模擬以及立面采光遮陽模擬等的應用,將校園總圖布局方案進行不斷修正,最終形成符合綠色校園要求的能夠營造良好校園物理環境的布局,如圖1為北方某小學風環境分析圖。
(2)生態綠化系統
如果說教學樓、體育館、禮堂等是中小學校園中的“圖形”,那生態綠化系統就是承載這些建筑的“基底”。一個有機豐富的生態綠化系統對于中小學校園環境的塑造不可或缺,有時還能彌補建筑布局的不足。在進行生態綠化系統的構建時,可靈活借鑒景觀生態學的理念。其主要目標是將校園環境中的自然、建筑與人類活動三方面統一為一個相互促進、相互影響的有機整體。
在具體設計過程中,應先從宏觀區位出發,使校園的景觀格局與其所在大區域的地形、地貌、植被以及水體等要素協調。中觀層面,可借鑒景觀生態學中的“斑塊一廊道一基質”模式,基質是整個校園綠化系統,斑塊是規劃設計中的景觀節點,而廊道則是將各節點與整個校園聯系起來的道路、河流等。微觀層面,在植被的選擇上應充分考慮學校所在地域氣候特征,選用合適的樹種。在具體“斑塊”設計時應考慮到多樣性,并利用不同種類動植物在時間、空間和營養生態等方面的差異來合理配置。同時,還可循環利用綠地凋落以及綠肥等形成整個系統的自肥循環機制,這樣也可減少綠地維護工作,進而降低運營費用。
(3)“海綿”校園
隨著我國經濟的發展和城鎮化水平的提高,許多城市在快速建設的過程中也面臨著嚴重的內澇問題,并伴隨著徑流污染、水資源匱乏等發展困境。在這樣的背景下,國家提出了“海綿城市”的概念――“海綿城市就像一塊海綿那樣,能把雨水留住,讓水循環利用起來,把初期雨水徑流的污染削減掉。”
學校校園作為城市中的小社會,也應引入海綿城市理念,著力構建能彈性適應環境變化與自然災害的“海綿校園”。具體來說,要結合校園內水系、道路、廣場、綠地等空間載體,建設低影響開發的雨水控制與利用系統。如加深蓄水池深度、降低水溫;改造道路、廣場,增加透水性地面比(透水路面磚每平方米可儲存雨水量達8~12L),提高校園蒸發能力;改變傳統集中綠地建設模式,將小規模的下凹式綠地滲透到校園中;將收集到的雨水循環利用到衛生間排水和綠地灌溉水等,如圖2為德國某學校采用下凹式綠地等形成海綿校園。
建筑節能
在建筑的全生命周期中,只有不到30%的能耗來源于建造過程,而大部分源于建筑使用過程中。能源的使用效率不僅僅是節約問題,更影響到溫室氣體排放甚至氣候變化。中小學校園建設中需要將節能充分考慮到建設和運營的各階段中,具體可圍繞如下九個核心方面開展:建筑材料選擇、新能源利用、建筑護、供暖(北方供暖地區)制冷系統、通風系統、遮陽系統、照明系統、設備調控、學校管理。每個方面需要遵循的原則列舉如下。
(1)建筑材料選擇:保溫材料具有熱阻大、可以延緩熱量傳入和傳出維持室內溫度穩定的優點,在實際工程中應選用保溫性能好、難燃的保溫材料。例如混凝土材料,既有優異的防火和保溫性能,也可減少建造和運營成本,在使用過程中碳排放量遠小于鋼結構建筑。
(2)新能源利用:應優先考慮利用可再生能源,然后再考慮利用傳統的化石能源。以太陽能為例,可考慮采用太陽能熱水器為學生宿舍和食堂提供熱水、使用太陽能光伏發電(圖3)為校園路燈供電、利用地源熱泵進行供暖等。中小學校建筑的用能高峰與太陽能的供給時間基本一致,因此利用效率較高。學校還可利用活動場地敷設中小型風力發電設施。此外,還應充分考慮附近聯合用能的可能性,如利用臨近生產企業的余熱進行供暖等。
(3)建筑護:應提高建筑圍護的熱工性能(保溫性、密閉性),減少建筑本身的熱量損失,降低供暖、制冷負荷。同時還應當注重建筑保溫和隔熱材料的異同,針對不同地區氣候和熱工分區,采用低傳熱系數或高熱穩定性的材料。
(4)供暖(北方供暖地區)制冷系統:應選用合理的能源供應方式。供暖系統需實現以樓宇、樓層或房間可調,房間散熱器應安裝溫控閥,熱耗應可計量。
(5)通風系統:建筑應安裝機械通風系統,保證供暖(或供冷)季節在窗戶關閉的情況下有足夠新風量,春秋過渡季節則以能夠開窗自然通風為宜。
(6)遮陽系統:適當采用外遮陽設施,既可以防止室內過熱和眩光,又可將自然光導入室內,提高室內照度。
(7)照明系統:以充分利用自然光為前提,燈具的布置與窗戶方向平行,按照與窗戶的距離分組獨立開關。在開關和調控上也可選擇體感調控、下課自動關燈、上課需手動開燈、與外遮陽系統聯動控制(外遮陽打開時自動關燈)等方式。
(8)設備調控:采用能效級別較高的設備(如冷凝鍋爐、能效等級二級以上的制冷機、T5燈管和LED照明設施等)。合理配置診斷用能設備,建立有效的用能設備控制系統(如非授課時段供暖設備的低溫運行、可根據作息時間控制的照明燈具開關系統等),提高能源的利用效率,最大限度地節約終端能源和一次能源。
(9)學校管理:建設過程只是節能的開始,如何在使用過程中貫徹節能理念則是重要問題。因此,應提高節能減排在學校管理中的重要性,提高相關技術人員的針對性政策和技術培訓,完善管理制度,將節約能源的各項措施作為學生的第二課堂。
建筑室內舒適性
中小學校學生正處于生長發育的重要階段,而他們學習生活中的大部分時間在教室等室內空間中度過,因此提高建筑室內舒適性對中小學生的健康成長具有重要意義。中小學校的室內舒適度主要包括空氣質量、聲響效果、采光照明及防止眩光等幾方面。下面將從這幾個方面列舉改善室內舒適性的具體措施。
(1)光環境
良好的照明是理想課堂環境的必要條件。國家標準中對于各空間的光照強度指標都有相應規定,設計應遵從這些指標。無論從心理學角度還是從能效角度來說,教室都應盡可能地做到自然采光,特殊方式有天窗、導光板等。金屬百葉簾外遮陽也是一種高效利用自然采光的方式,上部可以將自然光引入房間深處并反射至天花板,下部還保持遮陽,當教師采用投影儀時還可遮擋過強的陽光。此外,室內采用淺色有利于漫反射的涂料進一步改善室內采光效果(圖4)。當需要人工照明來補足照度時,應采用有鏡面反射格柵燈罩、電子鎮流器。
(2)聲環境
一個舒適、良好的聲環境不僅能使學生清晰識別和理解講課內容,還可減輕教師上課時的教學負擔。改善教室聲環境,首先應保證采用的墻體、門、窗等滿足國家規定的隔聲標準。同時,教室內還需要控制混響時間,避免不利反射聲,提高語言清晰度。許多教室通過增加吸聲吊頂可以把混響時間降低到合適的水平,局部墻面加裝吸聲的做法也可大幅減少墻體之間的反射聲。在控制噪聲方面,教室地面采用耐磨的橡塑合成材料地面可有效減少學生在地面上拖動桌椅時所發出的噪聲。此外,還應減少教室內機械設備產生的噪音,如風機盤管、分體空調以及風扇等。
(3)空氣質量
室內空氣質量直接影響學生的學習效率,奧地利某研究項目對室內空氣質量與學生注意力關系進行了分析(圖5)。為保證良好的空氣質量,德國在供暖地區的普通教室安裝機械通風設備。在無法安裝通風設備的學校,安裝帶有綠、黃、紅三色顯示的空氣質量探測器(圖6),實時了解空氣質量狀況并根據情況開窗通風,其做法值得我們借鑒。
負壓通風設備也可保證教室內必要的換氣次數,并且成本較低。但負壓通風只適用于于人員不是很密集、冬天不是很冷并且采用單走廊模式的教學樓。帶熱回收的送排風機組也是可提高室內舒適度的設備,建筑布局為一側教室,一側走廊的教學樓較適合采用這種技術。
(4)熱舒適性
保證熱舒適性分為冬季供暖與夏季制冷。
在選擇供暖系統時,應優先采用能效高的制熱系統,如燃氣鍋爐、熱泵或利用熱電聯產的市政供暖系統等。在一些條件不滿足的學校,應改造燃煤鍋爐,使其配有先進的控制和過濾除塵裝置。
在散熱器的選擇上,應針對學校寒暑假、周末和夜晚使用率低的情況采用可以實現分室溫度調節的散熱器。散熱器供暖系統還應能對學校教室迅速、強烈的使用變化做出迅速響應,因此推薦采用水容量較少,并能快速加熱和冷卻的散熱器,不建議采用輻射供暖裝置(如地暖等),或僅用其滿足基本負荷。
在考慮制冷技術前應先設法將冷負荷降到最低,這方面的措施有:1)在建筑南向安裝金屬百葉遮陽裝置或較為簡單且經濟實用的固定遮陽裝置;2)安裝吊扇;3)在涼爽的夜晚利用被動式通風或機械式通風對建筑的主體結構進行降溫;4)通過綠化、井水、水池改善建筑微環境;5)外墻和屋面的外表面顏色盡量選擇淺色。
若采取了上述被動措施后依然有供冷需求,則建議在改造時采取分體式空調,先進高效的分體式空調能效比較高,相對于陳舊設備可節電50%。
關鍵詞:雨水徑流;控制;生態城市
中圖分類號: S891 文獻標識碼: A
前言
進入 21 世紀后,世界城市生態問題呈現出愈演愈烈的態勢。基于工業文明
的傳統城市發展模式已舉步維艱、難以為繼,生態問題和環境壓力促使人們必
須考慮在城市化進程中應該選擇怎樣的發展路線圖,實施怎樣的緩解生態壓力的基本策略,生態城市概念應運而生。發達國家的實踐表明,充分利用雨水生態化技術對城市雨水徑流進行滲透、調蓄以及凈化,是解決城市化帶來城區水文、水質條件惡化問題的一個重要途徑,也是減少城區面源污染的重要措施。在土地資源緊張的城市,基于雨水徑流控制措施空間合理利用的雨水生態來構建城市生態環境具有污染物處理能力強、維護管理成本低等諸多優點。此外,將城市屋面、綠地等下墊面的較清潔雨水簡單處理后存儲,并用于澆灌、道路沖洗等市政工程用水,能節約大量優質自來水,不僅有利于生態城市的構建,也符合當前節約型社會的理念。
一、雨水徑流控制對生態城市發展的重要性
對于一般城區而言,雨水徑流污染是城市非點源污染的重要組成部分之一,其通過天然降雨及形成的雨水徑流的淋洗、沖刷作用,使空氣、地面、表層土壤中的懸浮或沉積的污染物質,被雨水徑流攜入各類地表水體。影響城市雨水徑流污染的主要因素有地表堆積物、大氣污染狀況及雨水徑流量。城市地表堆積了大量的污染物質,包括顆粒物質、重金屬、營養物質、耗氧物質、細菌及其它污染物,這些地表堆積物就是城市非點源污染的最初來源。地表堆積物通過降雨徑流進入受納水體,造成水體富營養化及其他形式的污染,進而破壞水生動植物的生存環境,導致水體水環境質量惡化。而城市地表積累的污染物數量與積累時間呈正比,因此,雨前晴天數對徑流中的污染物濃度影響較大。大氣污染狀況雨水中的污染物濃度有一定的貢獻,但與地表徑流沖刷相比,該項影響不是很大,可忽略不計。徑流量與降雨強度、降雨量、降雨歷時以及城市地表的不透水程度有關。降雨強度是影響雨水徑流對地表污染物質沖刷程度的決定性因素,降雨量大小則表征徑流中污染物的稀釋水平,城市地表的不透水程度決定污染物稀釋水量的大小,降雨歷時既為地表徑流對污染物的沖刷時間,也是降雨期間污染物向受納水體輸送的時間。雨水徑流污染是城市面源污染的重要組成部分,調查分析城市典型下墊面的雨水徑流污染狀況是了解城市面源污染狀況的關鍵環節,為控制城市徑流污染,緩解面源污染提供了必要前提。
隨著我國城鎮化水平的不斷提高,城區人口數量、活動強度和非滲透性區域面積比例隨之增加,由此引發的城區水文、水質條件惡化,城市內澇、面源污染和水資源短缺等問題日益凸顯,亟需尋找技術經濟合理的解決方案。歐美等發達國家的理論研究和實踐經驗表明,充分利用城市雨水徑流的生態化利用技術,綜合利用城市發展所產生的非滲透區域的雨水是緩解土地開發帶來的上述問題的重要途徑之一。城市雨水徑流的生態化利用不但是能緩解水資源的短缺,更能提高城市綠化率與生態環境,是構建生態城市必不可少的環節。
二、基于生態城市下的雨水徑流處理原則
2014年 11月,住房與城鄉建設部了《海綿城市建設技術指南――低影響開發雨水系統構建》。指南中提出,在城市建設中應該把雨水留下,建設成自然留存、自然滲透、自然凈化的海綿城市。建立“滲,蓄,滯,用,排”五位一體的新型城市雨水處理系統,把80%左右的雨水留住,以便涵養水源,改善城市生態效益。
(1)因地制宜 不同的區域的雨水徑流污染狀況不盡相同,應根據各個區域的特點優先選用適合的技術方法,包括所在地的自然環境條件、水環境方案、經濟技術水平等。
(2)有針對性地選擇 不同的技術措施對不同污染物的處理效果相差很大,應根據各主要污染物有針對性的選擇技術措施。
(3)優先選用 優先選用的措施可以是投資少、效果好且易于運行管理的技術方法。
三、基于生態城市下的雨水徑流控制措施
(一)雨水源頭
1 屋頂綠化
屋頂綠化是以綠色灌木植物為主要覆蓋物,配以植物生存所需要的營養土層、蓄水層以及屋面所需要的植物根系阻攔層、排水層、防水層等共同組成,它可以有效改善城市生態環E、調節小氣候、凈化空氣、降低室溫,同時還是消減雨水洪峰徑流量,豐富城市景觀、構建生態城市的一項重要舉措。
綠化屋面宜用于平頂屋面,以及小坡度的坡屋面。屋面的植物種植土增加了建筑屋頂負荷、同時需要進行防水等特殊處理因此會增加建筑物的建設費用。城市區域的建筑屋面約占到城市總面積的 30%,屋頂綠化能夠增加城市綠地面積,減小城市熱島效應,因此條件允許時應該優先采用屋頂綠化。
2 低勢綠地
低勢綠地是一種低于周圍地面高程的、雨水滲透能力良好的綠地,不但可以匯集自身面積上的降雨,還可以消納周圍非滲透性鋪面產生的雨水徑流。應用低勢綠地一方面可以削減洪峰流量、減輕洪澇災害,增加地下水的入滲補給;另一方面綠地所匯集的徑流經滲透、沉淀、截留作用,其中污染物得到部分去除,可減輕城鎮非滲透性鋪面的面源污染,因而低勢綠地具有滯留利用雨水與控制面源污染的雙重作用,是一種具有優良凈化能力的綠地生態系統。
低勢綠地具有投資少、蓄滲效果好、可凈化徑流雨水、不易堵塞等優點。低勢綠地宜設置在建筑密度低且綠地空間較大的城鎮區域,譬如居住區、大型公共綠地;其局限是在地下水埋深小、土壤粘重的地區應用,容易發生積水,影響綠地的景觀生態效果。在相關地區應用低勢綠地,需考慮改良土壤、使用下排水設施。
3 生物滯留設施
生物滯留設施是一種雨水砂濾和滲透技術,整合了兩種技術的功能,在城市開發區域的低洼區域設置種有灌木、花草乃至樹木的濾床,利用自然系統中生態作用對非滲透性鋪面徑流進行自然凈化、消納。這類設施主要通過土壤和植物的過濾作用、以及介質中微生物的作用凈化雨水,同時通過將雨水暫時滯留而后逐漸滲入土壤以減少徑流量,增加對地下水的補給與雨水資源的利用。生物滯留設施因其水量負荷較高、便于分散設置、維護管理簡單,是當前發達國家城鎮雨水徑流源頭分散控制中最受關注的設施。在城鎮綠地中設置生物滯留設施,不僅可以增加綠地內部雨水的滯留利用,也有可能利用綠地空間改善綠地周邊非滲透性鋪面的徑流控制。
生物滯留設施一般建在匯水區域內地勢較低的區域,由耐淹植物、蓄水層、樹皮覆蓋層、種植填料層、礫石層組成,在設計、管理恰當的情況下可望獲得良好的景觀效果;通過裝置中天然/人工土壤、植物、微生物的滲濾、截留、吸附,以及微生物的作用凈化匯水區域上游非滲透性鋪面的徑流雨水;通過存儲、滯留作用削減洪峰水量,可以同時達到凈化水質、削減徑流量、涵養地下水等目的。發達國家的研究表明生物滯留設施是一種高效的雨水徑流污染控制措施,與下凹式綠地等相比,其運行負荷高、占用土地少,一般為匯水區域不透水面積的5~10%,生物滯留設施可建造在建筑、人口密度較高的城鎮綠地空間,通過分散匯集處理方式,利用小尺度的分散綠地消納、利用城鎮綠地中道路、停車場、服務設施周邊的非滲透性地塊的徑流。
4 植被淺溝
植被淺溝是指在地表明溝(渠)中覆蓋自然植被的一種工程性措施,該技術主要功能是在明溝(渠)重力排水的過程中,利用植物截留、土壤過濾等作用消減徑流污染負荷。植被淺溝可以用作收集、輸送雨水的生態措施,能夠增強雨水下滲,降低流速,有利于污染的沉淀去除,并且淺溝內的植被能夠吸附、降解污染物,同時節約管道建設費用。淺溝可用于道路排水以及建筑小區內的排水,在條件允許的情況下,應優先選用淺溝排水,只有在不適合采用淺溝時才應用管道排水系統。
5 透水鋪裝
透水鋪裝是用透水混凝土、透水磚等具有透水性能的鋪裝材料或采用草坪磚、碎石卵石鋪面等透水的施工與鋪裝形式覆蓋地表,從而大大提高地面的透水性能。透水鋪裝適用于人行道、停車場以及交通較少的道路。這些鋪裝完全能夠取代傳統的不透水鋪裝,其成本卻不一定高。透水鋪裝能夠有效促進雨水入滲,補給地下水,減少地面集水幾率;徑流量的消減還降低了雨水徑流對硬化鋪裝的沖刷,污染物流失量得到控制。此外,嵌草磚里種植的植物,能更有效的凈化徑流雨水、調節大氣溫度和濕度、延緩徑流速度及美化環境。
(二)雨水匯流
1 雨水截污掛籃與截污雨水井
雨水口為污染物進入管網的入口,污染物進入管道后會由于沉淀而沉積在管道內,有時會堵塞管道,長時間積累的污染物會發生腐化分解,在雨水的沖洗下排入水體。在雨水口設置截污掛籃可以截留雨水中的懸浮物(垃圾、樹葉等),同時旱季進入雨水口的垃圾等能夠被掛藍收集,通過清掃易于清除,從而避免了管道內積累垃圾等對雨水的污染。
此外,對于特定排水區域,如未實現最終的污染物控制目標,可在雨水干管設置具有沉淀(過濾)作用的環保雨水井。雨水井內設置沉淀區域、或過濾設施,可去除較為細小的懸浮污染物質。雨水井左側為沉淀、隔油區域,中間設置透水擋墻,右側能夠進一步取出更為細小的污染物質。道路、停車場加油站等區域的雨水沉淀井需要設置隔油區,住宅區、公園等無油類污染的區域則只需要設置沉淀區。
2 滲透渠(管)
滲透渠(管)是在傳統雨水排水渠(管)的基礎上通過在渠(管)體上打孔或采用多孔管材,并在渠(管)回填礫石等高孔隙填充物,改造為滲透渠或滲透管(穿孔管)。雨水徑流進入滲透渠(管)后,首先向四周土層滲透,待徑流量變大或圖層含水率達到飽和時,徑流才向下游排放。通過滲透和表層土壤過濾可去除雨水徑流中的固體小顆粒污染物質,對營養物(氮、磷)、重金屬及病原菌都有一定的處理效果,還可削減部分或全部徑流量,如能對地下水進行一定的補給。
滲透(溝)渠適用于沿道路、建筑物、景觀水體四周設置,其適用條件有以下幾點:①滲透溝底應離季節性最高地下水位至少 0.6 米。②設施應設計在離水源地至少 120 米的地方,離化糞池系統 30 米遠,且離建筑物地基至少 6 米。③滲透溝設置在離硬化面積至少 3 米的地方。
3 雨水滲透池(塘)
滲透塘/池是指利用地面低洼地、水塘或地下水池,收集、暫時貯存進入的雨水,并在24 小時里將其滲入地下的雨水滲透設施,通過土壤的過濾以及填料層生長的微生物作用去除水體中污染物質,雨水滲透池/塘對雨水徑流中污染物及徑流削減都有較好效果的措施,能有效地去除細小顆粒物、營養物、重金屬、病原菌以及碳氫化合物等雨水徑流中的污染物,同時也能補給地下水,保護開發地區的自然水循環,并降低下游地區的洪澇危險,并且減少對接受水體的熱量影響。雨水滲透塘/池適用于對小區域的雨水徑流進行水質、水量控制的離線式(off-line)匯流控制設施,不宜將其設置在污染嚴重的區域,宜設置在公園、小區等污染不嚴重的地區。
4 雨水過濾設施
雨水過濾池是使雨水通過砂、沸石、粉煤灰等濾料或土工布、微孔管等多孔介質的作用,截流水中的懸浮物質,從而消減雨水徑流污染物的構筑物。雨水過濾池對污染物的去除效果好,如對SS的去除率較高,并能去除一定量的營養物質,對金屬、細菌去除效果也比較高。同時雨水過濾設施還可以間接消減雨水洪峰流量,減小雨水徑流量過大時,對下游排水設施的水力負荷。雨水過濾池宜應用于土地利用率高,高度發展的城區,可減少該區域的不透水面積率,如商業區、工業區和高速公路等場所。它也可應用于土地價值高或者由于土壤、地下水位比較高不宜采用其它設施的小城鎮區域。
(三)雨水末端
1 雨水塘
雨水塘一般設置于雨水進入受納水體前,雨水徑流中的懸浮污染物可通過通過沉淀作用而去除。雨水塘可分為兩類,一類為濕式塘,長期具有水域;另一類是只有在雨季才具有水域的干式塘。濕塘通過物理沉降、吸附、自然的化學絮凝、微生物的降解以及水生植物和藻類的吸收,達到去除城市暴雨徑流中所挾帶的污染物的目的。此外濕塘還可減少一定的徑流量,降低下游洪澇風險,是潛在的野生動物棲息地,具有一定的景觀價值和娛樂功能。干塘主要起控制雨水徑流流速的作用,對暴雨徑流的懸浮物有一定去除能力,對其他污染物的去除能力一般。
雨水塘一般是在線式(on-line)和管網終端雨水徑流污染物控制措施。濕塘由于對污染物有較好的去除效果,一般可應用于住宅區、商業區和工業區等區域,也可以設置在控制雨水徑流量的地區。干塘一般設在控制雨水徑流量的區域。
2雨水濕地
雨水濕地是一種由人工建造和監督控制的與天然沼澤地類似的雨水生態處理系統,由人工將石、砂、土壤、煤渣等一種或幾種介質按一定比例構成基質,并有選擇性地植入植物而構成。目前,國內外表面流濕地和潛流濕地在污水處理領域已得到成功應用。然而,由于潛流濕地用于暴雨徑流處理容易堵塞以及對徑流高峰流量的調蓄能力差,國外一般使用表面流濕地處理雨水徑流。雨水濕地主要由基質和植物組成,通過沉淀、過濾、吸附和微生物轉化等多種方式聯合作用消減徑流污染物。同時還能達到削減洪峰流量,調蓄利用雨水資源的目的。
雨水濕地作為一種高效的雨水徑流污染控制措施,具有污染物去除效果好,操作管理簡單,維護運行費用低,可豐富城市生態多樣性等優點。由于濕地本身是城鎮綠地中的一個組成部分,特別是在豐水地區,暴雨濕地在城鎮綠地雨水利用技術方面具有一定競爭力,在水量調蓄方面較其它技術具有優勢。然而,濕地在城鎮綠地中使用也存在一些局限,如占地面積大,在小塊綠地區域內可能面積不夠或破壞總體景觀而不宜使用;而且,雨水濕地還容易出現干旱季節景觀效果不佳等問題。此外,在土壤滲透性好、地下水位低的區域,為維持一定的水位,人工濕地需要做防滲處理,造價較高。
四、結束語
本文從雨水徑流方面來進行研究,通過雨水徑流的控制措施來構建生態城市,具有成本低、效果好、節約水資源等優點,生態城市是一個復雜的系統,本文僅從雨水徑流層面闡述其原理與具體措施,存在一定的局限性,在后續研究中會繼續加強,以促進我國生態文明城市的發展。
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聯豐興業(集團)有限公司主席
旗下設有:金旭環保u品(深圳)有限公司
同高紡織化纖(深圳)有限公司
聯豐纖維u品(始興)有限公司等
香港無紡布協會創會理事長、永遠榮譽會長
香港觀塘工商業聯合會會長
香港海內外華商聯合會會長
香港中華總商會九龍東區聯絡部副主任
中國產業用紡織品行業協會第一至第四屆
副會長
廣東無紡布協會副會長
深圳紡織行業協會副會長
亞洲無紡布協會理事
廣東省工商聯常務理事
廣東省外商工會常務理事
萌芽?從一塊海綿肩墊開始
余敏先生祖籍福建,雙親皆為印尼歸國華僑,父親於1955年回國就讀大學,後一直在漳州市第一中學任教,母親回國大學畢業後也在漳州市工作。舉家赴港之前,曾在家鄉福建居住過一段時間。眾所周知,福建人聰明能鄭見多識廣,敢拼敢闖,擁有大海般的胸襟和氣概,在這種風土人情之下,余敏先生深受熏陶,日後逐漸顯現出來。
1980年,余敏先生全家移居香港。八十年代的香港,服裝行業發展正處於鼎盛時期,許多專做服裝輔料的小工廠如雨後春筍般出現,這也為他們一家人在地他鄉開啟新的生活提供了便利。“上世紀八十年代,使用海綿肩墊成為服裝行業的一種時尚潮流,而緊跟世界工業發展步伐的香港,源源不斷地接到了許多海外訂單。”當時,年輕的余敏先生在一家海綿肩墊廠找到了工作,頭腦靈活的他,短短的時間內就摸清了整個海綿肩墊的生產工藝,勤於學習的他還將許多其它的工作主動承擔了起來。
“因為是家庭作坊式的小工廠,許多事你都能接觸到,只要你愿意去學。”那時,余敏先生不計報酬,什麼事都愿意去做,下單、跟單、選料、管理生產、送貨、收款等,事無巨細,每一樣都管理得妥妥當當,以至於只要有他在,老都可以安心外出去打麻將。不過,這段時間,也是余敏先生成長最快的階段,時值1982至1984年,他一邊在夜校讀書,一邊在工廠打工,讀書打工兩不誤。
1984年,在工廠里挑大諾撓嗝糲壬萌生了開海綿肩墊加工廠的想法,得到了家人的大力支持,由父親出資]冊,即有了今天領銜業界的聯豐興業公司。成立之初,整個家庭作坊式的小加工廠由余敏及家人一起開辦,一路上吃過不少的苦頭。由於資金有限,請人專門u造一套模具費用昂貴,這時,他想到以往在內地時跟師傅所學的泥雕技藝,“做泥雕與做模具有同工曲之妙,我就先把某一產品以其泥雕形式做樣板,再按此倒成石膏模,交給鑄造廠就可以做出一套合金模具。”學以致用,不但令到余敏先生自己十分高興,亦為工廠的發展省下一大筆資金。
隨著慢慢發展,由於余敏先生在行業里輕車熟路,訂單從少到多,從幾千到幾萬,再到幾十萬……工廠因發展之需也一再擴大……
飛躍?從香港到深圳跨越式成長
1984年,《中英聯合聲明》確定了的具體日期,拉近了香港與祖國之間的距離。而改革開放後,各種優惠政策吸引到了大量港商北上;隨著不斷的發展,內地的各項基礎設施日益完善,與此同時,香港本地的人工、租金大幅上漲……一系列的原因,促使余敏先生最終決定將工廠搬往內地,於1986年在深圳石巖投資設廠,先後成立了聯豐海棉廠、聯豐纖維u品廠。聯豐海棉廠和聯豐纖維u品廠即同高紡織化纖(深圳)有限公司的前身。
扎根深圳期間,無疑為聯豐興業的發展插上了騰飛的翅膀。
“當年,我們以服務外資企業為主,從深圳生產的產品運回香港,發展的勢頭依然很快。”來深的第二年,余敏先生就增加了第二棟廠房,K且開始生產無紡布的相關產品。“無紡布,又稱非織造布、不織布,是從紡織行業里面分出來的一個產業,無紡布沒有經過傳統的紡紗與織布工藝,產量巨大,應用范圍廣。”依憑這些優點,僅在余敏先生的工廠里,無紡布就被做成多種多樣的等各類產品。而無紡布的應用廣泛,也迅速贏得了消費者的喜愛,公司得到空前的發展。
經過多年的打拼,於1994年,同高紡織化纖(深圳)有限公司成立,2001年金旭環保u品(深圳)有限公司成立。同高公司和金旭公司是無紡布行業的知名企業,年產能在6000噸以上。同高公司和金旭公司共椎6萬平方米,各類建筑達15棟,所有房產全部擁有合法的紅本產權,是深圳市“重合同守信用企業”、外商投資“雙優企業”、“納稅大戶”、“海關信得過企業”、“外商投資先進技術企業”。
2006年,為了適應經濟全球化和區域經濟一體化,余敏先生積極投資泛珠三角的廣東省韶關市始興縣,建立聯豐纖維u品(始興)有限公司,興建一個面積達150畝高規格、高品位和優美環境的和諧新小區――聯豐科技工業園,是當地“生態型、科技型、創稅型”工業園區。公司投資總額已超過億元,為當地經濟發展起了積極的帶動作用。
2009年,為了實施專業化經營管理,專門從事兒童頭部保護墊、身體保護墊、兒童汽車安全椅功能布墊及內衣配件生產的u品部從同高紡織化纖(深圳)有限公司中獨立出來,單獨成立了深圳融成兒童用品有限公司,K取得了巨大的成功。
2013年,余敏先生領導的金旭環保u品(深圳)有限公司斥資3000多萬元人民幣從歐洲引進一條全新的水刺生產線,重點開發醫療用品、環保產品、新型纖維材料,進軍國家重點支持的高新科技領域。
同時,為了更大的發展,2013年,余敏先生在聯豐科技工業園內再設一家新公司,即聯豐醫用衛生材料(始興)有限公司,正努力發展成為“高規格、高品位、重科技、重環保、重品牌戰略”的生產基地。
同高紡織化纖(深圳)有限公司、金旭環保u品(深圳)有限公司、深圳融成兒童用品有限公司、聯豐纖維u品(始興)有限公司、聯豐醫用衛生材料(始興)有限公司共同組成了香港聯豐興業集團。經過30年的風雨洗禮,聯豐興業集團業務蒸蒸日上,銷售網絡遍雅分蕖⒚樂蕖⒀侵薜仁瀾綹韉亍
再出發?下一個三十年
每一個行業的發展都有高低起伏,前幾年的經濟發展態勢,對於絕大部分的中小企業絕對是一個巨大的挑戰,死亡還是生存?
2005年以來,人民幣匯率大幅上升,隨之而來的金融海嘯,加上國內宏經濟政策趨緊,生產資源和勞動力成本上升,外銷受阻等,令到大批的u造企業步履維艱。在這種情形之下,余敏先生選擇轉型。
首先,余敏先生將生產設施進行了更新換代,在近幾年不斷地淘汰高耗材、耗能、污染性強的落後機器,不斷引進環保的先進生產設施,很大程度上實現了生產線的自動化,旗下數個年產能多達數千噸的工廠,所需的工人僅才四百多。其次,余敏先生不斷減除低技術、低附加值的初級產品生產,提升核心技術,建立自有品牌。
“三十年來,我們不斷地學習,在學習中成長和提升,現在取得的一點點成績,是我們努力不懈的結果,是我們熱愛無紡布事業的結果。這麼多年來,我們的口號不是什麼豪言壯語,但弘揚的一點就是:一個企業要生存就必須要發展,要發展就必須要不斷地創新、改革。”
無紡布的可塑性很強,可廣泛用於醫療衛生、環保過濾,嬰童擦拭、服裝、家用裝飾、汽車工業、土木工程、以及其它工業方面。無紡布是國家《紡織工業“十二五”發展規劃》重點發展的產業,具有廣闊的發展前景。這使得余敏先生信心滿滿,同時也為他的下一個三十年的發展帶來無限可能。
目前,他的企業目標定位於:提升無紡布的運用性能,開發高增值產品,以滿足各種生產生活之需。為此,他於近日邀請到了無紡布領域的一位資深專家,正在緊鑼密鼓地籌劃自己的技術中心。另外,他亦希望在醫療衛生材料、嬰兒用品等方面開發相關的專利產品,成為國家認可的高新技術企業。不難看出,在下一個三十年中,高新技術是余敏先生的主打方向,這也標I著其企業從以往代工走向了自主品牌的行列。
取斡械饋と刃納緇峁職工作
智者有言:取是本真,問欽苧АH斡械潰張馳有度,方為人生最高境界。余敏先生取危在於自身與整個行業、社會之間的取巍
出於對無紡布行業的一份熱情,早在1993年,他即在香立操辦了一次大型的粵港無紡布同業交流會,推動業界之間的交流合作,貢獻了自己的大部分精力,為日後中國無紡布行業的發展起了帶頭作用;2001年,他聯合數家在業界頗有影響力的香港無紡布企業,率先成立了香港無紡布協會K出任創會會長。該會成立以後,與廣東、臺灣、日本、韓國、歐美等地的業界協會建立起廣泛的聯M,為香港業界與海內外的交流提供了窗口作用,還使歐洲無紡布協會在港順利舉行了大型研討會。
值得一提的是,2014年7月份,余敏先生還當選了新一屆香港觀塘工商聯合會的會長。香港觀塘工商聯合會是一個歷史悠久的商會,歷任會長皆為香港社會德高望重的知名企業家,如原港區全國政協委員蔡德河先生,全國政協常委楊孫西博士,廖漢輝博士、太平紳士,香港交通安全隊總部特遣隊指揮官陳延邦爵士等。1988年,余敏先生加入該會,1991年隨該會訪問美國時,為中國取最惠國待遇而做出努力。
今天,香港觀塘工商聯合會的會長之棒傳遞到余敏先生的手上,他深感責任重大。為了做好會長之職,在會務開展之時,他有兩大目標:一傳承和發揚,二更關心香港事務。“各位前輩為會的發展作出了重大貢獻,希望在本人任期內,既往開來,奉行本會宗旨,切實做好服務工作,扮演好與業界、海內外的合作交流的平臺角色。”
為此,他表示將積極團結工商各界,與內地、海外保持緊密聯M,和世界各地商會締約結盟。他指出,隨著時展的變遷,會務服務對象不再局限於u造業,反而更多的是服務業、專業界,因而需更隨著香港社會的變遷,更加注重與海內外的聯M,更加關心中小企業的成長;其次,要注重青年會員的培養,關心社會,貢獻社會。
“加入香港觀塘工商聯合會,我學習到很多東西,期間也使我明白:無論是一個企業還是一個人,成長過程中需要很多人的支持,我們剛創業時也很艱苦,到了有一點成就的時候就應用之社會。”為行業、社會做點事,成為了余敏先生回饋社會的最佳途徑。
側 記
平日里,勤儉節約、低調沉穩的余敏先生s有一個少為人知的嗜好,那就是收藏。進入他的藏品室,有一種恍如隔世的錯覺,只見整個大廳以明清時期的中堂擺設而設計,中堂正中間擺有樸實、端莊的長方形臺案,臺案之下是規整的方案,兩旁各放兩把椅子,再往下,即是相對擺放的兩行椅子,使得整個大廳看起來十分穩重、莊嚴,宛如走進了一個明清時期的大戶人家。但凡懂行的人來到這里定會拍手稱奇,因這些桌椅皆為當下難得一見的明清時期家具,而且每一件都堪稱精品,令人大飽眼福。原來,余敏先生中學時學泥雕技術,不知不覺受到中國古典藝術的洗禮,進而對古董產生了一種濃厚的興趣,從而有了今天如此之多的藏品。
關鍵詞:隧道 一次澆筑 混凝土 整體道床
1 工程概況
廣州市軌道交通四號線線路北起蘿崗新區,經科學城、奧林匹克體育中心、東圃、琶洲、官洲生物島、大學城、石、東涌、黃閣等地,南至南沙新港止,線路全長約68.96km,其中地下線29.14km、地面線1.5km、高架線38.32km。最小曲線半徑295m,最大超高設計值120mm,最大線路縱坡為29.4‰,允許未被平衡加速度為0.4m/s2,曲線超高順坡在緩和曲線或圓曲線兩端直線段完成,順坡率一般不大于2‰。軌底坡采用1/40,車輛軸重14t;最高行車速度90km/h。
施工的廣州地鐵四號線大學城專線段全部為地下線。
2 混凝土整體道床一次澆筑的關鍵問題
首先,鋼軌支撐架作為一次澆筑整體道床的重要施工工具,公司以往采用的鋼軌支撐架承載軌道的橫梁都比較寬厚,厚度遠大于軌底到道床面的凈空高度,并且傳統鋼軌支撐架承載橫梁為一體結構,在隧道內施工,受隧道限界影響,道床混凝土澆筑完成后,鋼軌支撐架將無法從軌下取出。其次,由于工期緊,隧道未貫通,作業面分散,且下料口間距較長,采用哪種方式將混凝土運送至澆筑面也是施工需要研究解決的關鍵技術;需通過試驗研究采用混凝土養護劑養生的可行性。
3 解決方法
3.1鋼軌支撐架設計加工
軌底距道床面的距離是限制鋼軌支撐架的一個關鍵因素。經統計廣州地鐵四號線的最小距離為40mm,決定在軌下部分采用30mm厚鋼板代替傳統設計的矩形鋼橫梁,雖然理論上鋼軌支撐架設計承載強度和剛度能夠滿足要求,但仍需進行試驗檢測,設計出最合理的結構,確保施工后軌道各部尺寸滿足規范要求。
根據鋼軌支撐架設計圖紙,加工出10套樣品。在鋪軌基地組裝25m軌排,進行現場模擬架軌試驗,檢測鋼軌支撐架強度是否滿足要求,在使用方面是否滿足要求;繪制了最終的加工生產圖,進行批量生產,并在后續施工中得到了進一步的驗證,切實可行。
3.2混凝土運輸方案
在廣州地鐵四號線軌道工程施工中,由于工期緊,必須要在隧道未貫通的情況下,分段施工,那么混凝土的運送也要根據實際情況來定,主要采用軌道車和泵送兩種方法。
3.2.1軌道車運送混凝土方法
整體道床混凝土都是采用商品混凝土,混凝土經汽車運輸至軌排下料口,在下料口安裝有溜槽,混凝土從汽車卸至溜槽內,經過溜槽進入裝進放在平板車上的三個灰斗內,再用軌道車運送至鋪軌龍門吊工作區域內,用三臺龍門吊吊運至作業面澆注。澆筑完畢,鋪軌龍門吊將三個空斗吊回到平板車,軌道車返回,以此反復進行。混凝土澆注采用插入式振搗棒振搗密實。
對于采用軌道車運輸混凝土,與之配套的設備是溜槽。溜槽設置采用多節組拼,在地面軌排井口設置一個漏斗,根據井深采用多節溜槽按照計算的角度連接,角度的選擇主要考慮混凝土通過溜槽自流到平板車上的漏斗內為合理角度。角度一定要合適,角度過大,容易造成混凝土離析,角度過小,溜放速度會很慢,影響施工進度。
采用軌道車運輸混凝土,合理的運距應控制在5KM,混凝土從卸車溜放開始,經軌道車運輸到作業面、鋪軌小吊吊運灰斗澆注,整個過程時間不超過1小時,控制在混凝土的初凝時間內,反之超過初凝期,混凝土不可用。
3.2.2泵送混凝土的方案
在下面這三種情況下,宜選用泵送方式:第一種是隧道未貫通,必須采用泵送方式。第二種是區間距離較短的情況宜采用泵送方式。第三種情況就是下料口距離作業面比較遠,達到七八公里的時候,不宜采用平板車運輸時,可考慮采用泵送的方式。在運輸距離比較遠的情況,在確保安全,軌道車限速的時候,每運輸一次混凝土到達作業面需要半個小時左右,加上氣溫高和運輸過程中的震動,混凝土容易出現凝結的情況。
泵送混凝土是指通過輸送管道澆筑流態混凝土,因而對混凝土的要求非常嚴格――不但要滿足設計規定的強度和耐久性要求,還要求混凝土具有能順利通過管道、摩擦力小、不離析、不阻塞和粘塑性良好等性能,也就是要求混凝土有良好的可泵性。經泵送水檢查確保正常后,采用下列方法之一混凝土泵和輸送管內壁:a.泵送水泥漿;b.泵送1:2水泥砂漿;c.泵送與混凝土內除粗骨料外的其他成分相同配合比的水泥砂漿。對混凝土已澆筑完地段拆下來的輸送管道采用濕托把把管壁內的殘留混凝土清除干凈,在未拆除的管道內塞入海綿球,使用地泵將海綿球吹出,管內剩余混凝土也會同時被清理出來,然后將空壓機接入管道,在管道內置入兩塊海綿球,海綿球之間加水,然后進行反復擦拭管壁兩遍,即可將輸送管道清洗干凈。
采用地泵輸送混凝土的施工方案,將很大程度上緩解隧道內施工組織壓力,可以縮短澆筑混凝土的時間。每個工作面備有至少600m的混凝土輸送管道,地泵1臺,并配有部分90度、135度彎頭管。
3.3道床混凝土養生
由于軌道線路混凝土整體道床施工區段狹長、分散,在水源充足的情況下,應采用灑水養生,這樣比較經濟,也容易操作。經施工實踐,應用纖維網布等覆蓋新澆筑的混凝土,保持混凝土處于濕潤狀態,能夠更好的達到養生目的。
4 混凝土整體道床一次澆筑工藝流程
4.1作業內容
基底清理、鑿毛(盾構不需要),架走行軌、架軌排、鋪設鋼筋網、立模、調軌、澆筑道床混凝土、拆模、養生。
4.2工藝流程
施工準備基標復測架走行軌鋪底部鋼筋架軌排粗調布鋼筋網焊接道床立模精調軌道、隱檢道床混凝土澆筑抹面復檢軌道養生拆模、拆架整修養護。
4.3施工過程必須嚴格按規范標準及設計文件要求施工,同時需注意以下問題:
(1)每次施工前,對常用的道尺、方尺等量測器具進行校核,不標準或未經檢校的量具嚴禁使用。
(2)在施工過程中加強基標的保護,不得破壞。
(3)在綁扎鋼筋前必須把基底進行徹底清理,澆注混凝土前需再次檢查,徹底清理。
(4)混凝土坍落度必須按規范要求檢測,并有記錄,不合格混凝土嚴禁使用。
(5)伸縮縫瀝青木板按嚴格按道床伸縮縫截面尺寸加工,并應垂直線路方向,
固定牢靠,不得歪斜,車站范圍左右線盡量對稱布置,同時在土建有沉降縫的地方道床一定要設置伸縮縫,水溝地方也必須設置伸縮縫木板。
(6)澆注混凝土前,再進行一次精細調軌,特別是變坡點、鋼軌接頭處及曲線地段更要加強,同時對軌道模板、鋼筋各部幾何尺寸復核調整。
5 結語
通過廣州地鐵四號線(大學城專線段)軌道工程整體道床施工實踐,證明所采用的一次澆筑整體道床施工工藝切實可行,實現了工程分區分段流水化作業,有效的確保了施工工期,工程于2005年9月底順利通過竣工驗收。隨著我國城市軌道交通的不斷發展,在軌道整體道床施工過程中,具體采用哪種施工方法,還有待進一步摸索改進,需根據不同工程情況合理確定,但應盡量考慮機械化、信息化施工,減少勞動強度和人為因素的干擾。一次澆筑整體道床施工方法已經成為城市軌道交通整體道床施工的主流方法。
參考文獻:
[1]李惠民.土木工程施工技術[M].北京:中國出版社,2002.
[2]GB50299-1999地下鐵道工程施工及驗收規范.北京:中國計劃出版社,1999.
關鍵詞:引用水 過濾膜 微濾 超濾 反滲透
膜過濾的應用應為當前給水界的一件大事。該技術在20世紀50年代即在海水淡化,高純水等方面應用,以后發展到世界上來。在給水方面膜過濾技術脫離以往的化學處理的界限,轉為物理固液處理領域。應該說由19世紀應用快濾方法,作為現代化標志以來,100年后又一次重大的技術突破。現將過濾膜性能及應用于飲水水廠的作用予以介紹。
1 過濾膜性能
1.1 過濾膜技術定義
膜的過濾是固液分離技術,它是以膜孔把水濾過,將水中雜質截留,而沒有化學變化,處理簡易的技術,但因膜孔非常細小,相應的存在某些技術問題。在給水也有用生物膜處理原水的方法,但它與過濾膜分離技術不同。用作膜分離的叫做membrance,用作生物膜處理的膜叫做film.
1.2 過濾膜的種類和機理
過濾膜以截留原水顆粒的大小分類,膜孔從粗到細分為微濾膜(MF),超濾膜(UF),納諾濾膜(NF)和反滲透膜(RO)。MF膜孔徑0.05um以上,或為1000以上分子量,以去除膠體、高分子有機物為對象。NF膜孔徑為100~1000分子量。它去除的物質在UF與RO之間,以去除三鹵甲烷、異味、色度、農藥、可溶性有機物、Ca、Mg等。RO分離粒徑為數十分子量,以去除食鹽類和無機鹽為對象。RO滲透水的壓力比其滲透壓力要多1~2倍。除以上四種以外,還有離子交換膜和氣體滲透膜。MF、UF、NF和RO以壓力驅動使固液分離。離子交換膜則以電力驅動使鹽類分子分離,促成海水淡化等。氣體滲透膜是最近研究出來通過氣體的新型膜,能使乙醇濃縮和海水淡化。
1.3 制膜材料
大體有纖維類、合成樹脂類和陶瓷類三種。有的膜材質有弱于鹽類和臭氧等氧化劑的材料和受微一物分解的材料。另外,用作海水淡化的RO有除去產生THM的溴的膜和不能去除溴的膜,要根據用途而定。
1.4 膜的型式
水體透過膜流速不大,因此為通過需要的水量,膜裝置的單體面積要大,要在一個小的空間內裝入很多根的膜細管。另外,厚度100um以下的薄膜因承受高壓,還必須有耐壓能力,為此應設法制造各種耐強壓的膜。一般膜的型式有板框式、螺旋式、橋式、管式及中空纖維式五種。板框式的膜應使用多孔質的材料,螺旋式和橋式的膜與板框式的相同。螺旋式的為卷狀,橋式的為在折疊成小的體積中塞入大面積的膜。管式膜也需有多孔質的材料,原水從管的內側通過,滲透水流出管外的為內壓式膜,這種客用得很普遍,也有外壓管式的。中空系統外徑為幾百um,系統內包有多數纖維細管,因為纖維管細小,沒有必要特別用強度高的纖維管,膜本身就足以抵抗給予的壓力,中空纖維系統有原水從中空系統內側通過的內壓式,及從外部加壓的外壓式兩種。
1.5 膜的使用
使用過濾膜裝置不需凝絮化學處理,也不需蒸發分離作用,只需要壓力使水中固液分離,這是過濾膜處理的一大特點。過濾方式有兩種:
(1)流動液體全部垂直地透過膜孔,將液體內雜質截留的全量過濾方式;
(2)流動液體的流動方向與膜面平等,形成液體與膜面成直角的透過膜孔,將液體內雜質截留的橫流過濾方式。全量過濾方式適用于微濾和一部分超濾。橫流過濾,由于液體在膜表面上流動,產生剪斷力,減少在膜表面上因為雜質濃縮堆積的黏垢,適用于易于積垢的超濾、納諾過濾和反滲透過濾。
1.6 過濾膜沖洗
流體通過膜期間,其含有雜質堵塞膜孔,使流體通過膜孔困難。為了恢復濾水效率,可采用以下方法:
(1)反沖洗
與過濾相反方向通過清水,使抑留于膜孔雜質沖走。也有通過空氣沖洗法替代。
(2)海綿球沖洗
只單獨用于內壓式管形膜,它是將海綿球通過管膜內部,使海綿球與管膜內壁摩擦,把抑留物沖走的方法。
(3)空氣泡沖洗
它是用空氣泡攪拌力將附著膜壁的抑留物去除的方法。用空氣泡攪動軟質合成樹脂中空系統的膜內壁,收到沖洗效果。
(4)藥劑沖洗
膜經過長期使用,雜質進入膜孔之中,用一般沖洗方法不能解決,使用化學藥劑清洗。化學藥劑有苛性蘇打、鹽酸、次亞氯酸鈉、檸檬酸及過氧化氫等。
1.7 過濾膜的用途
過濾膜除用作水處理以外,還可用于超純水制造和海水淡化,一般采用反滲透膜(納諾濾膜)。另外用于糞尿處理、城市中水道處理、各種廢水處理等,一般采用超濾膜和微濾膜。在工業上可用于乳制品制造、半導體制造、食品制造、紙張制造及藥品制造等,也一般采用超濾膜和微濾膜。
2 過濾膜對飲用水的應用
2.1 飲用水應用過濾膜設施
在MF、UF、NF及RO之中,除海水淡化應用RO以外,RO尚無使用之處。RO幾乎將鹽類全部除掉,處理后水成了一切鹽類都沒有的純水,甚至比蒸餾水還純,這樣的水當然不能做飲用水使用。如果采用就得要加對人體健康有益的鹽類,要達到這種要求,目前尚無條件做到。NF對鹽類的去除僅次于RO,但去除率也很高,一般作為軟水應用,對作飲用水由于上述原因也不宜采用。從而,用于凈水處理的膜應為MF和UF膜。用這樣的膜主要能將膠體和浮游生物等除去,能將不溶性的鐵和錳除去,及能將菌類除去。但為了避免細菌在清水池內不再重生,不能省掉滅菌處理程序。考慮到UF去除物質的分子量程度,它沒有能力將臭氧物質和三鹵乙烯等有機溶劑除去,這些溶劑會在膜面上形成一層薄膜,這些薄膜今后可能有辦法除掉,可在以后列題研究。在膜的型式上,外壓中空系統或管型等膜適于采用。如果采用外壓式膜,可將通過沉砂池的原水,直接與膜連接處理。直接接到板框式和螺旋式的膜的原水,為了使膜孔不被閉塞,在流入膜以前,應將原水中浮游物質除去。
2.2 飲用水應用過濾膜程序
凈水廠常規處理程序為凝聚、沉淀、過濾,膜分離水廠在原水符合過濾膜處理條件下,處理程序簡單,只需過濾膜裝置處理即可(在原水水質惡化時,尚需增加常規處理或增加微篩網處理)。在能量消耗上,使用過濾膜全量濾過方式,由于通過過濾膜使壓力提高,原水泵尚需在增強壓力上考慮。
2.3 飲用水使用過濾膜處理的優點
(1)不需混凝劑
從過去使用膜的經驗看,飲用水使用的原水(河水、水庫水和富營養的湖泊水),用不加混凝劑的MF膜處理,和用混凝劑的凝聚、沉淀、過濾的常規處理相比,前者與后者所處理后水的水質相當或超過。
(2)自動化操縱簡單,易于無人管理
采用膜分離技術只為供應原水提供必要的操作壓力,并只需要運行一個較長時間才沖洗濾膜,別無其他工序。當前凝聚、沉淀、過濾凈水處理則工序繁多,在投藥上尚不能設定投加率。在這樣情況下操縱膜裝置很容易使其自動化,做到無人管理,而常規處理做到自動化則不容易。
(3)過濾膜水廠占地少
采用過濾膜水廠,膜裝置占地面積小,很容易將同等產水量的常規處理所占廠地面積降低一半。剩余地方可設活性炭處理裝置。由于過濾膜水廠可以無人化,職工居住的建筑物和配套設施都可削減。
(4)維護管理費用小
當前過濾膜使用壽命和價格尚是未知數,全部費用不好計算。但是從用膜處理用電費用和藥劑費用都少來看,比之常規處理維護管理費用高的狀況有很大優點。
(5)易于排水處理
由于用膜處理不需投藥,處理污泥量減少,因此易于處理。是否如此尚正在研究階段,未得出明確結果。
2.4 過濾膜處理存在的問題
(1)膜的使用壽命
膜孔受到水中雜質阻塞,使流體通過膜孔時水頭損失加大,流體流速降低。這時通常可用水沖洗使膜孔恢復原有的滲過能力。在不能達到目的時,應適當用藥劑清洗,使膜孔又能繼續使用。但應考慮膜的使用壽命。因即使按上述辦法處理,膜也會由于積垢過多,用藥劑清洗收效不理想。在這樣情況下,加混凝劑,延長使用壽命,也可減低滲過流速,使膜的壽命延長,但要增大膜的使用面積。
(2)過濾膜水廠施工管理
膜管本身強度相當高,有一定可靠性。但施工中多多少少有部分膜管損傷。當然由于一兩根膜管受損,不會影響膜管滲透水的水質。但一個中等水廠有上萬根膜管,就不是一兩根膜管受損的問題了,因此有必要對膜裝置加強部件管理和施工管理,不能與以往常規處理方式一樣對待。
(3)采用過濾膜新技術補救措施
一般采用新技術會遇到意想不到的狀況,尤其是采用過濾膜分離的場合,它整個變更了過去的常規處理系統,因此會有一定的顧慮。由于對膜技術沒有實用經驗,應當增加補充設施,以備在膜裝置發生異常情況時補救。例如,是否在膜處理以后,再增設生物活性炭設施以除去臭味的措施,以及增設其他設備的考慮。