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北京建筑大学在城市雨水系统领域突破多项关键技术

来源:科技日报 供稿:刘阳 审核:高蕾 发布时间:2017-07-01
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北京建筑大学李俊奇教授

 城市雨水系统与水环境研究团队发展历程及标志性成果

 

  李俊奇 博士,教授,博士生导师,北京建筑大学环能学院院长,城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室主任,城市雨水系统与水环境学术创新团队负责人,国际水协(IWA)注册会员,国际雨水利用协会会员,《给水排水》杂志编委,住建部海绵城市建设专家委员会委员。近年来,主持科研项目40余项,发表学术论文120余篇,获省部级奖5项,合作专著(教材)6部,获发明专利15项,参编国家规范6部。主持设计实施雨水与水环境示范项目50余项,将多项技术成果在示范中应用,经济和社会效益显著。

  在国家相关部门和北京市的大力支持下,实验室研究条件大为改善。重点实验室现有实验室面积4000余平方米,固定人员62人,其中研究人员55人,技术人员7人。目前仪器设备共计2400余台件,总值4000余万元。建设期将建成以下五大实验平台:降雨模拟实验系统平台、水质监测与分析精密仪器实验平台、数值模拟与大型计算基础实验平台、浅层地下水渗蓄与污染控制实验平台、废水生物处理与污泥减量实验平台。实验室也将继续实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制,立足北京,面对全国,立足当前,面向未来,聚焦城市雨水与水环境领域国家重大需求、特别是首都乃至京津冀区域发展需求,开展创新性研究,提升创新能力,加大社会服务,推动学科建设发展,以高水平科学研究支撑高质量人才培养。

  在全球范围内,雨洪泛滥是较为普遍存在的环境问题之一。近年来我国国内城市暴雨引发雨洪、内涝及径流污染现象频发。其中,城市道路积水是城市内涝及雨水径流污染主要源汇场所之一。目前,我国大多数城市仍采用以传统“快排”为主要目标的“道路不透水汇水面—雨水口—市政管线—河湖水系”直排式排水方式,易造成道路排洪压力过大、路面径流污染严重、雨水资源流失及生态环境破坏等问题。为满足现代城市建设对生态环境的要求,在海绵城市建设中,亟须探索适宜低影响开发(Low Impact Development)的城市道路相关设计技术。

  北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室率先在国内开展城市绿色雨水系统、低影响开发、雨洪综合管理、绿色建筑水系统设计等方面的研究与实践。实验室围绕我国城市水环境污染控制和综合治理中的突出共性问题,以城市雨水系统为切入点,以可持续水循环为引领,以建立健康的城市水环境为目标,以揭示城市水环境、水量水质保障各环节的科学机理为支撑,在城市雨洪控制与利用、水质净化与环境风险评价、水资源再生利用与节水、水资源优化配置与管理领域,通过环境工程、市政工程和环境科学学科之间的相互交叉和渗透,重点开展跨学科创新性应用基础研究。

  经过近20年的不懈努力和开拓创新,实验室在城市雨水系统与水环境领域科研与工程实践方面积累了一系列理论及工程应用成果。建设期间,实验室承担课题共计150余项、科研服务经费超过1亿元,获得教育部自然科学一等奖、住建部华夏建设科学技术一等奖、北京市科技进步二等奖在内各类科研奖励11项。2015年,实验室被北京市政府授予“首都环境保护先进集体”荣誉称号。

  在雨水控制利用研究方向,实验室主编了我国首部城市雨水控制利用国家技术指南——《海绵城市建设技术指南》,并参编多部城市排水相关国家规范。2015年至今,团队协助济南、白城、嘉兴、大连、宁波等多地成功申报海绵城市建设试点城市。目前,团队负责济南、池州、大连、西咸新区等试点城市的海绵城市建设技术总体咨询服务工作。同时,承担了部分海绵城市监测平台设计、工程项目设计等100余项;实验室研发的大量城市雨水控制关键技术在项目中得到技术转化和产业化应用;实验室研发的多项海绵城市关键技术作为“水体污染控制与治理”国家科技重大专项的主要成果,参加了国家“十二五”科技成就展中“城市水污染控制”为主题的版块,得到各大新闻媒体广泛关注和报道。

  在低影响开发的城市道路方面,实验室近年来开展了水专项“城市道路与开放空间低影响开发雨水系统与示范项目(2010ZX07320-002)”研究。项目涉及给排水科学与工程、环境科学、环境工程、市政工程等多个专业。通过自主创新,形成了多项自主知识产权的创新性成果及发明专利。研发过程中,项目负责人李俊奇教授带领项目团队开展了关键技术攻关,针对城市化过程中面临的内涝灾害风险加剧、径流污染日益严重、雨水资源流失等突出水环境问题,围绕城市道路和开放空间对基于低影响开发模式的城市雨水系统进行研究,构建了城市道路与开放空间低影响开发成套技术措施。同时编制和修订了系列雨水低影响开发标准规范,诠释了海绵城市内涵,建立了海绵城市建设的核心系统及其衔接关系,系统的指导了国家海绵城市建设。依托项目研究,已发表学术论文39篇、授权发明专利13余项、完成编制《城市道路及相关设施低影响开发技术导则》。

  项目在技术领域的创新点体现在,构建了“源头减量—过程渗滤滞留减排—末端生态净化回用”的雨水三级处理技术体系;提出了以年径流总量控制率为目标的雨水处理和利用设施的设计方法;研发了城市道路高效安全渗透减排路面铺装技术、城市道路复合介质生物滞留减排技术、城市道路高效截污过流净化技术、城市绿地多功能调蓄—滞留减排—水质保障技术、雨水管道用旋流沉沙技术、融雪剂自动渗滤弃流与抗冻融透水铺装集成技术、基于雨水冲击和变化水位的绿地植物种植、养护与快速修复技术等低影响开发成套技术措施;提出了城市道路低影响开发的设计方法和流程,完成了城市道路及其相关设施低影响开发雨水系统示范工程的施工图设计。

  项目在新产品、新材料、新设备开发及产业化领域的创新点体现在,研制了新型人工分子筛和生态混凝土材料、基于吸附材料制备生态混凝土及用于水质净化的方法,研发了径流雨污水N、P营养盐回收生物生态循环利用技术和多介质雨水渗滤回补地下水系统,并构建了植生透水生态混凝土破岸稳定净化技术系统、地表漫流生物处理系统和处理方法,其产品在北京、河北、江苏、湖南等地区得到应用推广;研发的组合型多介质渗滤净化树池,不仅可有效控制初期雨水污染,而且能够利用内部过滤介质进一步去除雨水径流中的溶解性污染物,施工、维护管理简单,便于模块化生产,适用范围广,已在深圳光明新区示范项目中应用160余套;研发的温拌开级配沥青抗滑磨耗层(OGFC)和再生(OGFC)新型材料、塑料网格砂基透水砖铺装系统在深圳市自行车道工程和河南省省道改建工程得中到应用;项目还研发了选择截污雨水口、再生料透水铺装等典型低影响开发雨水控制利用技术和产品,并进行产业化,为低影响开发城市雨水系统在城市道路与开放空间专业领域推广应用,带动城市道路与绿色基础设施、材料业、化工业、景观园林等相关行业的发展提供支持,相关研究成果获得2016年北京市科技进步二等奖(主要完成人:袁冬海、李俊奇、车伍等)。

  项目在海绵城市管理标准规范建设领域的创新点体现在,实验室编制和修订了系列雨水低影响开发标准规范,梳理出了海绵城市内涵和海绵城市建设的核心系统及其衔接关系。实验室低影响开发雨水系统研究成果已应用于以下国家标准规范:《城市道路设计规范》(CJJ37-90)、《公园设计规范》(51192-2016)、《城市绿地设计规范》(GB50420-2007)、《城市道路及相关设施低影响开发技术导则》《城市开放空间低影响开发规划设计指南》《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》(试行)等。同时,系列装备产品列入《海绵城市建设先进适用技术与产品目录》。

  此外,项目还设计研发了城市低影响开发雨水系统综合数据库、河流域雨水管网模型、城市低影响开发雨水系统规划设计工具。基于深圳市茅洲河流域雨水系统相关地图数据、表格数据和影像数据构建的深圳市茅洲河流域雨水系统综合数据库,能够为城市低影响开发雨水系统的管理和模型集成化研究提供数据支持。基于GIS技术,将SWMM水文分析模型、低影响开发模拟模型及低影响开发规划设计程序进行集成,开发低影响开发雨水系统水文分析工具,可准确模拟各种低影响开发措施的运行效果、辅助低影响开发的规划、设计与优化等工作、模拟降雨过程中雨水在地表上的产、汇流过程,污染物的累积、冲刷和在雨水管道中的水力、水质变化,从而掌握城市雨水系统的运行规律与特征。

  近年来,实验室通过研发源头渗滤减排与截污净化的低影响开发成套技术,确保海绵城市规划设计方案能够切实控制城市雨洪风险,治理城市内涝、减少城市河流面源污染等问题有巨大的促进作用;实验室编制和修订了系列雨水低影响开发标准规范,为海绵城市的规划设计提供科学依据与支撑,提高海绵城市建设的科学性与标准化;实验室基于本项目研发低影响开发成套技术、编制、修订的系列雨水低影响开发标准规范,有力的支撑国家海绵城市建设,并获得了相关部门、地方政府和居民的好评。(刘阳)

 

来源:科技日报 (2017年06月29日06版)