【技术观察】美国加州橙县低影响雨水处理改造项目分析
设计/技术
来源：水基因(微信号:WaterDNA)
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工程总览
2017年4月，位于美国加州橙县环境资源局的低影响开发（LID）改造项目正式竣工。该项目施工总投入愈400万美元，其中290万美元由加州州政府的Proposition 84 stormwater grant提供，170万美元由橙县洪涝控制中心支持。作为区域性示范项目，该项目集中展示了适合当地水文地质条件的各类LID雨水处理和水文管理工程实践， 其中包括生态沟，渗水铺面，人工湿地，雨水回用等一系列设施。另外，该项目也为后期的长期维护，项目绩效评估，公众环境教育以及科研提供了十分宝贵的示范和交流平台。
项目介绍视频链接：
https://v.qq.com/x/page/q0534hbc1fr.html
作者介绍
赵晨昊
哈尔滨工业大学环境工程本科毕业，美国北卡罗来纳大学教堂山分校环境工程硕士，北卡州实习工程师（Engineer Intern）认证，参与设计教堂山市多处排水工程。
邵诣臻 (Stella Shao)
现任加州橙县环境资源局环境科学家，在雨水地表水管理方面有五年经验，主要职责包括内陆和沿海水域项目管理、雨水水质管理、低影响开发（LID）、环境检测及最大每日污染总量控制（TMDL）等。
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赵晨昊（左）
邵诣臻（右）
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设计参数
该项目占地9.4公顷，地面坡度约为2%，现场设施主要包括办公楼宇，停车场以及轻工业设施。现场分为三个区域（见图一）。建筑一为办公楼，用作项目维护、测量、集水等工作；建筑二为仓库/办公楼两用，作为集水区以及室内停车场提供给特殊车辆停放；建筑三为仓库/办公楼两用。
改造前，现场大部分为不渗水层，径流系数高达0.9，雨水径流中的重金属、油性物、悬浮沉淀物以及细菌含量较高。另外，由于道路设置不合理，车辆需要借公共街道行驶来相互通行，造成了不必要的温室气体排放。在降雨天气下，积水以及冲蚀问题也较为常见。（图三）
针对当地的长期观测数据，最终项目团队决定，设计降雨强度为0.85英寸/天，（当地降雨强度在85%的时间下都能小于该设计强度），雨水径流将100%经过处理，并能在设计降雨强度下滞留85%的径流用于回收利用。
图一：项目现场环境概览
校园的三个区域根据地面特性被分为17个排水区域（图二）。各种处理单位(统称为best management practice,BMP)，都被运用到了项目设计中。其中包括了三种渗水铺面、生物滞留池、地下储水池、生态沟、过滤绿化植被容器以及模块化湿地等。设计径流路线的过程中，设计者也考虑到尽可能使水流经更多的BMP。
最终，先前的地面绿化设置被下沉式的生物滞留池取代；可渗透混凝土、多孔性沥青以及可渗透铺装方式取代先前的不可渗透地面。屋顶的径流通过储水器收集，或是通过植被容器过滤。对于雨水的回收利用，地面地下的两个储水池在设计雨量时能够收集80000加仑雨水，可用于灌溉等活动。此外，地下水补给、灌溉用水减少以及温室气体的减少都是在设计中有被考虑的问题，项目亦设有智能灌溉装置。通过美国农业部WINTR-55水力模型计算，项目建成后将有效减少了85%的地面径流量，而剩余的15%则会通过过滤和生物修复的方式在排出校园前得到处理。通过国际雨水BMP数据库数据显示，这些BMP设置对于大多数雨水带来的污染物含量能够达到平均95%的处理率。最终使得项目的总污染物处理率高达95%（85%截流+15%径流污染物被95%处理）。
图二：计算地面径流量划分的17个排水区域
项目评估
为保证项目质量，了解项目绩效，并对项目进行长期监测，橙县环境资源局于2014年制定了《质量保障项目计划（QAPP）》，其中包括了项目评估计划（Project Assessment and Evaluation Plan, PAEP）以及监测计划（Monitoring Plan, MP)。自2009年来，橙县陆续对场地项目前后的水质水文进行了多次实地测试以及数据模拟，也对各类BMP的处理效果进行长期监测以确保维护周期和方式的合理。所检测得的数据最终将会上报到加州环境数据交流网络（CEDEN）。（图一所示的区域一与区域二之间设有永久监测站，设有ISCO 4230 Bubbler流量计检测雨水流量，ISCO 6712 FR自动取样器以分析地下水水质。）
水文：由于LID的应用，场地地表的径流显著减少（图三），雨水滞留基本达标，回收的雨水也已成功用于灌溉。关于项目实施前后实际的径流量数据对比，来自加州大学尔湾分校的学者及研究生目前正在利用美国环保局开发的SWMM雨水处理模型来探索，并有了初步的成果。
水质：表一内容为LID项目实施前后水质数据对比，从表中可以看出，除了砷和总大肠菌两项指标外，其他污染物浓度都得到了30%到95%的减少。
表一：水质检测数据概览
经验教训
此次项目为橙县第一个综合性LID工程。相较于其他传统施工项目，其施工和维护过程中都面临了不少挑战，其中较为突出的问题包括：
施工：
（1）由于现存地下管网影响，施工过程中不免对原有设计进行修改；
（2）承包建筑公司的管理操作障碍，施工过程中多次破坏地下管道；
（3）地面铺设以及坡度设置多次出现问题等；
（4）雨季的影响。最后，使得工期较之预期的180天（不包括节假日和雨天）几乎整整翻了一倍。
操作和维护：
（1） 绿化和BMP维护迟迟找不到合适的承包单位；
（2）施工的延期使得维护承包单位的工作延误；
（3）由于LID BMP的维护仍然是个较新的领域，对于BMP的维护频次，处理效率都需要项目团队的长期检测；
（4）由于渗水铺面施工复杂，渗透率在多处难以达标且后续堵塞问题仍存在；
（5）部分BMP的监测设施由于设计中未考虑，使得后续监测困难重重；
（6）如何合理灌溉以保证植物的存活同时防止过度灌溉等等。
相关科研内容
此次项目团队也与诸多院校机构建立了合作交流，并多次作为成果在各项活动中进行展示。后续与院校合作的研究内容包括了生物过滤单元设置，通过相关实验对雨水中指示性细菌进行检测，分析其处理效率。还有多项检测项目，等待审批获得资金。
总结
此LID项目从实地勘测、设计到施工维护都为LID在当地的进一步实施带来了宝贵的学习经验。其检测数据计划也将继续为LID BMP数据库提供支持，以进一步完善LID BMP的监测方式及数据分享。其于相关科研团队的研究工作也将推进国家在雨水处理问题方面的探索，包括了病原体和粪便污染指示菌去除，此项研究对于地区雨水指标改善有着深远的意义。同时，如何合理规划和协调设计，施工，维护及监测团队之间的合作，互相学习和交流，以保证LID的处理效果真正达到其规划初衷，也是个值得长期摸索的问题。
图三：场地前后对比
