【技術(shù)觀察】美國(guó)加州橙縣低影響雨水處理改造項(xiàng)目分析
設(shè)計(jì)/技術(shù)
來源：水基因(微信號(hào):WaterDNA)
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工程總覽
2017年4月，位于美國(guó)加州橙縣環(huán)境資源局的低影響開發(fā)（LID）改造項(xiàng)目正式竣工。該項(xiàng)目施工總投入愈400萬美元，其中290萬美元由加州州政府的Proposition 84 stormwater grant提供，170萬美元由橙縣洪澇控制中心支持。作為區(qū)域性示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目集中展示了適合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件的各類LID雨水處理和水文管理工程實(shí)踐， 其中包括生態(tài)溝，滲水鋪面，人工濕地，雨水回用等一系列設(shè)施。另外，該項(xiàng)目也為后期的長(zhǎng)期維護(hù)，項(xiàng)目績(jī)效評(píng)估，公眾環(huán)境教育以及科研提供了十分寶貴的示范和交流平臺(tái)。
項(xiàng)目介紹視頻鏈接：
https://v.qq.com/x/page/q0534hbc1fr.html
作者介紹
趙晨昊
哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程本科畢業(yè)，美國(guó)北卡羅來納大學(xué)教堂山分校環(huán)境工程碩士，北卡州實(shí)習(xí)工程師（Engineer Intern）認(rèn)證，參與設(shè)計(jì)教堂山市多處排水工程。
邵詣?wù)?(Stella Shao)
現(xiàn)任加州橙縣環(huán)境資源局環(huán)境科學(xué)家，在雨水地表水管理方面有五年經(jīng)驗(yàn)，主要職責(zé)包括內(nèi)陸和沿海水域項(xiàng)目管理、雨水水質(zhì)管理、低影響開發(fā)（LID）、環(huán)境檢測(cè)及最大每日污染總量控制（TMDL）等。
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趙晨昊（左）
邵詣?wù)椋ㄓ遥?/span>
我是干貨來襲的強(qiáng)勢(shì)分割線......
設(shè)計(jì)參數(shù)
該項(xiàng)目占地9.4公頃，地面坡度約為2%，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施主要包括辦公樓宇，停車場(chǎng)以及輕工業(yè)設(shè)施。現(xiàn)場(chǎng)分為三個(gè)區(qū)域（見圖一）。建筑一為辦公樓，用作項(xiàng)目維護(hù)、測(cè)量、集水等工作；建筑二為倉(cāng)庫(kù)/辦公樓兩用，作為集水區(qū)以及室內(nèi)停車場(chǎng)提供給特殊車輛停放；建筑三為倉(cāng)庫(kù)/辦公樓兩用。
改造前，現(xiàn)場(chǎng)大部分為不滲水層，徑流系數(shù)高達(dá)0.9，雨水徑流中的重金屬、油性物、懸浮沉淀物以及細(xì)菌含量較高。另外，由于道路設(shè)置不合理，車輛需要借公共街道行駛來相互通行，造成了不必要的溫室氣體排放。在降雨天氣下，積水以及沖蝕問題也較為常見。（圖三）
針對(duì)當(dāng)?shù)氐拈L(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，最終項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定，設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度為0.85英寸/天，（當(dāng)?shù)亟涤陱?qiáng)度在85%的時(shí)間下都能小于該設(shè)計(jì)強(qiáng)度），雨水徑流將100%經(jīng)過處理，并能在設(shè)計(jì)降雨強(qiáng)度下滯留85%的徑流用于回收利用。
圖一：項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境概覽
校園的三個(gè)區(qū)域根據(jù)地面特性被分為17個(gè)排水區(qū)域（圖二）。各種處理單位(統(tǒng)稱為best management practice,BMP)，都被運(yùn)用到了項(xiàng)目設(shè)計(jì)中。其中包括了三種滲水鋪面、生物滯留池、地下儲(chǔ)水池、生態(tài)溝、過濾綠化植被容器以及模塊化濕地等。設(shè)計(jì)徑流路線的過程中，設(shè)計(jì)者也考慮到盡可能使水流經(jīng)更多的BMP。
最終，先前的地面綠化設(shè)置被下沉式的生物滯留池取代；可滲透混凝土、多孔性瀝青以及可滲透鋪裝方式取代先前的不可滲透地面。屋頂?shù)膹搅魍ㄟ^儲(chǔ)水器收集，或是通過植被容器過濾。對(duì)于雨水的回收利用，地面地下的兩個(gè)儲(chǔ)水池在設(shè)計(jì)雨量時(shí)能夠收集80000加侖雨水，可用于灌溉等活動(dòng)。此外，地下水補(bǔ)給、灌溉用水減少以及溫室氣體的減少都是在設(shè)計(jì)中有被考慮的問題，項(xiàng)目亦設(shè)有智能灌溉裝置。通過美國(guó)農(nóng)業(yè)部WINTR-55水力模型計(jì)算，項(xiàng)目建成后將有效減少了85%的地面徑流量，而剩余的15%則會(huì)通過過濾和生物修復(fù)的方式在排出校園前得到處理。通過國(guó)際雨水BMP數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)顯示，這些BMP設(shè)置對(duì)于大多數(shù)雨水帶來的污染物含量能夠達(dá)到平均95%的處理率。最終使得項(xiàng)目的總污染物處理率高達(dá)95%（85%截流+15%徑流污染物被95%處理）。
圖二：計(jì)算地面徑流量劃分的17個(gè)排水區(qū)域
項(xiàng)目評(píng)估
為保證項(xiàng)目質(zhì)量，了解項(xiàng)目績(jī)效，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，橙縣環(huán)境資源局于2014年制定了《質(zhì)量保障項(xiàng)目計(jì)劃（QAPP）》，其中包括了項(xiàng)目評(píng)估計(jì)劃（Project Assessment and Evaluation Plan, PAEP）以及監(jiān)測(cè)計(jì)劃（Monitoring Plan, MP)。自2009年來，橙縣陸續(xù)對(duì)場(chǎng)地項(xiàng)目前后的水質(zhì)水文進(jìn)行了多次實(shí)地測(cè)試以及數(shù)據(jù)模擬，也對(duì)各類BMP的處理效果進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)以確保維護(hù)周期和方式的合理。所檢測(cè)得的數(shù)據(jù)最終將會(huì)上報(bào)到加州環(huán)境數(shù)據(jù)交流網(wǎng)絡(luò)（CEDEN）。（圖一所示的區(qū)域一與區(qū)域二之間設(shè)有永久監(jiān)測(cè)站，設(shè)有ISCO 4230 Bubbler流量計(jì)檢測(cè)雨水流量，ISCO 6712 FR自動(dòng)取樣器以分析地下水水質(zhì)。）
水文：由于LID的應(yīng)用，場(chǎng)地地表的徑流顯著減少（圖三），雨水滯留基本達(dá)標(biāo)，回收的雨水也已成功用于灌溉。關(guān)于項(xiàng)目實(shí)施前后實(shí)際的徑流量數(shù)據(jù)對(duì)比，來自加州大學(xué)爾灣分校的學(xué)者及研究生目前正在利用美國(guó)環(huán)保局開發(fā)的SWMM雨水處理模型來探索，并有了初步的成果。
水質(zhì)：表一內(nèi)容為L(zhǎng)ID項(xiàng)目實(shí)施前后水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)比，從表中可以看出，除了砷和總大腸菌兩項(xiàng)指標(biāo)外，其他污染物濃度都得到了30%到95%的減少。
表一：水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)概覽
經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
此次項(xiàng)目為橙縣第一個(gè)綜合性LID工程。相較于其他傳統(tǒng)施工項(xiàng)目，其施工和維護(hù)過程中都面臨了不少挑戰(zhàn)，其中較為突出的問題包括：
施工：
（1）由于現(xiàn)存地下管網(wǎng)影響，施工過程中不免對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)行修改；
（2）承包建筑公司的管理操作障礙，施工過程中多次破壞地下管道；
（3）地面鋪設(shè)以及坡度設(shè)置多次出現(xiàn)問題等；
（4）雨季的影響。最后，使得工期較之預(yù)期的180天（不包括節(jié)假日和雨天）幾乎整整翻了一倍。
操作和維護(hù)：
（1） 綠化和BMP維護(hù)遲遲找不到合適的承包單位；
（2）施工的延期使得維護(hù)承包單位的工作延誤；
（3）由于LID BMP的維護(hù)仍然是個(gè)較新的領(lǐng)域，對(duì)于BMP的維護(hù)頻次，處理效率都需要項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期檢測(cè)；
（4）由于滲水鋪面施工復(fù)雜，滲透率在多處難以達(dá)標(biāo)且后續(xù)堵塞問題仍存在；
（5）部分BMP的監(jiān)測(cè)設(shè)施由于設(shè)計(jì)中未考慮，使得后續(xù)監(jiān)測(cè)困難重重；
（6）如何合理灌溉以保證植物的存活同時(shí)防止過度灌溉等等。
相關(guān)科研內(nèi)容
此次項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也與諸多院校機(jī)構(gòu)建立了合作交流，并多次作為成果在各項(xiàng)活動(dòng)中進(jìn)行展示。后續(xù)與院校合作的研究?jī)?nèi)容包括了生物過濾單元設(shè)置，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)雨水中指示性細(xì)菌進(jìn)行檢測(cè)，分析其處理效率。還有多項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目，等待審批獲得資金。
總結(jié)
此LID項(xiàng)目從實(shí)地勘測(cè)、設(shè)計(jì)到施工維護(hù)都為L(zhǎng)ID在當(dāng)?shù)氐倪M(jìn)一步實(shí)施帶來了寶貴的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。其檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)劃也將繼續(xù)為L(zhǎng)ID BMP數(shù)據(jù)庫(kù)提供支持，以進(jìn)一步完善LID BMP的監(jiān)測(cè)方式及數(shù)據(jù)分享。其于相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)的研究工作也將推進(jìn)國(guó)家在雨水處理問題方面的探索，包括了病原體和糞便污染指示菌去除，此項(xiàng)研究對(duì)于地區(qū)雨水指標(biāo)改善有著深遠(yuǎn)的意義。同時(shí)，如何合理規(guī)劃和協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，施工，維護(hù)及監(jiān)測(cè)團(tuán)隊(duì)之間的合作，互相學(xué)習(xí)和交流，以保證LID的處理效果真正達(dá)到其規(guī)劃初衷，也是個(gè)值得長(zhǎng)期摸索的問題。
圖三：場(chǎng)地前后對(duì)比
