海绵城市绿色基础设施的生命周期评价——深圳市光明区案例研究

• 作 者: 闫笑
• 机 构: 哈尔滨工业大学
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年期
• 关键词: 海绵城市

近年来，在人口快速增长、城市化进程加速及全球气候变暖的影响下，非点源污染、城市内涝灾害、水资源短缺和热岛效应等已成为非常突出的环境问题，研究并实行合理的雨洪管理系统对于城市的可持续发展来说必不可少。海绵城市的建设对于我国城市的发展来说至关重要。最近三年海绵城市项目在许多试点城市得到快速应用和验收，但相关研究大多停留在其对于水质水量的改善效果及经济效益方面。应用生命周期评价（Life Cycle Assessment,LCA）方法于海绵城市项目可以评估其环境方面优劣以及生命周期中不同阶段的环境影响。目前国内相关研究主要集中于污水处理工艺、单一绿色基础设施的设计情景等，对于实际案例中多种绿色基础设施组合的海绵城市LCA研究较少。本研究利用LCA得到绿色基础设施及灰色基础设施的环境影响定量分析，为决策者选择雨洪管理系统的构建方式提供支持。
　　本研究以深圳市光明区公共服务平台园区的海绵城市示范工程为具体案例，选择其中的透水铺装、绿色屋顶及下沉式绿地三种典型绿色基础设施作为研究对象，开展LCA研究。利用SWMM（Storm Water Management Model）模型对三种绿色基础设施构成的现实情景和作为参照的灰色基础设施假设情景进行雨洪过程模拟，模拟径流系数值是后续LCA计算的关键输入数据。另外，结合研究区现状、文献及规划资料，构建不同设施系统在建造、运营及废弃各阶段的物料能耗清单。完成清单核算后，应用Gabi软件构建全生命周期模型，分别对绿色基础设施和灰色基础设施产生的环境影响进行全面的对比分析。本研究的具体研究结论包括：
　　(1)运营30年期间，绿色基础设施的总体环境负荷排放量相较于灰色基础设施减少了24%，二者的环境排放量中占比最多的类别均为化石资源消耗。
　　(2)在量化分析中，将环境影响指标分为生态系统影响、人体健康影响以及资源消耗三类。在生态系统影响方面，绿色基础设施对生态环境产生的总影响远小于灰色基础设施，其中，绿色基础设施的气候变化影响值仅为灰色基础设施的4.29%；在人类健康影响方面，绿色基础设施对人体产生的毒性同样小于灰色基础设施；在资源消耗方面，绿色基础设施的总体消耗量高于灰色基础设施，其中，绿色基础设施的土地占用约为灰色基础设施的58倍。
　　(3)从三种绿色基础设施的环境影响标准化总量来看，单位面积的透水铺装产生的环境影响量最大，分别是绿色屋顶和下沉式绿地的1.8倍和7.6倍。透水铺装及绿色屋顶均为建造阶段负荷贡献最多，而下沉式绿地的运输阶段负荷贡献占比最多。三者的运营阶段均对水体富营养化具有明显的改善效果，绿色屋顶及下沉式绿地的绿色植物有利于缓解气候变化。
　　(4)对径流系数的敏感性分析表明，在较低的径流系数情况下进行海绵城市设施建设使得绿色基础设施对于淡水富营养化及海水富营养化的改善效应增强，并对环境产生的人体非致癌物毒性降低。
　　本研究对比了全过程生命周期绿色基础设施和灰色基础设施不同类别的环境影响指标，可以直观地看出在环境方面绿色基础设施相较于灰色基础设施的优劣所在；分别对三种绿色基础设施做了生命周期各阶段贡献比例分析，定量分析了建造、运输、运营以及废除阶段对不同环境指标的负荷贡献，对于海绵城市工程项目的环境影响控制具有指导价值。