發(fā)布時間：2022-03-11所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要 城市道路是城市空間的重要組成部分，也是徑流及其污染物產(chǎn)生的主要場所之一，城市道路海綿城市建設(shè)應(yīng)采用凈、滲、蓄、緩排的系統(tǒng)模式。以廈門海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)內(nèi)某城市道路為研究對象，結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)解析城市道路海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體工程措施設(shè)
摘要 城市道路是城市空間的重要組成部分，也是徑流及其污染物產(chǎn)生的主要場所之一，城市道路海綿城市建設(shè)應(yīng)采用凈、滲、蓄、緩排的系統(tǒng)模式。以廈門海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)內(nèi)某城市道路為研究對象，結(jié)合海綿城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)解析城市道路海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體工程措施設(shè)計(jì)，校核了海綿城市建設(shè)指標(biāo)完成情況，并提出了海綿城市工程設(shè)施維護(hù)及管理的相應(yīng)要求。
關(guān)鍵詞 城市道路 海綿城市 年徑流總量控制率 生物滯留設(shè)施
0 前言
城市道路是城市空間的重要組成部分，在 城 市建設(shè)中占有很重要的地位。隨著城市化進(jìn)程不斷加快，城市道路面積不斷增加，道路硬化用地面積占城市建 設(shè) 用 地 面 積 的15%～20%。目前 在 城 市 道 路建設(shè)中，以滿足城市道路功能為前提，在雨水控制和利用思路上主要體現(xiàn)了“排”，忽略了對生態(tài)保護(hù)的影響[1]，例如，大量的硬化地面減弱了雨水的滲透，雨季降水量大時容易形成洪峰，導(dǎo)致城市部分區(qū)域積水;同時，城市道路不透水面的大量存在，也助長了城市熱島效應(yīng)[2];此外，城市道路是徑流雨水及其污染物 產(chǎn) 生 的 主 要 場 所 之 一[3，4]。因此，對 城 市 道路徑流雨水的控制尤為重要。
以廈門海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)內(nèi)某城市道路為研究對象，圍繞城市道路海綿城市建設(shè)理念，明確城市道路海綿城市設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，重點(diǎn)解析海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體工程措施設(shè)計(jì)，校核了海綿城市建設(shè)指標(biāo)完成情況，并提出了海綿城市工程設(shè)施維護(hù)及管理的相應(yīng)要求，探討城市道路海綿城市方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期為城市道路海綿城市設(shè)計(jì)提供參考。
1 工程概況
1.1 項(xiàng)目概況
該城市道路位于廈門海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)中西部，總體呈南北走向，本次設(shè)計(jì)長度650m。道路原狀機(jī)動車道寬7.5m，人行道寬3.5m，綠化退線寬8～10m，周邊地塊主要為廠區(qū)、綠化用地，改造前現(xiàn)狀見圖1。
本次設(shè)計(jì)主要圍繞海綿城市這一理念，改變傳統(tǒng)的雨水收集排放系統(tǒng)，即路面雨水→雨水口→雨水口連接管→檢查井→市政管網(wǎng)的“快排”系統(tǒng)，綜合運(yùn)用透水鋪裝、路緣石開口、植草溝、生物滯留等工程措施，將路面的雨水通過低影響開發(fā)設(shè)施使其在雨水徑流量控制、面源污染控制和排水防澇方面取得效果。
1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
(1)雨水年徑流總量控制率。通過海綿城 市 方案設(shè)計(jì)，使本條城市道路年凈流總量控制率達(dá)到70%，即滿足26.8mm 雨水不外排的建設(shè)要求。
(2)雨水年徑流污染控制率。綜合考慮廈 門 市初期雨水污 染 實(shí) 際 和 城 鎮(zhèn) 排 水 受 納 水 體 水 環(huán) 境 容量，參考國內(nèi)外城鎮(zhèn)初期雨水截流量，雨水利用設(shè)施的徑流污染控制以盡可能降低水環(huán)境污染為目標(biāo)，同時考慮初期雨水處理設(shè)施規(guī)模。本次設(shè)計(jì)初期雨水截流量按照10mm 的降雨徑流量計(jì)算。
(3)排 水 防 澇 標(biāo) 準(zhǔn)。采 取 綜 合 措 施，有 效 應(yīng) 對50年一遇暴雨。
2 海綿城市系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 整體方案
雨水管道均布置于道路中心線下，本 次 設(shè) 計(jì) 保留現(xiàn)狀雨水主管及檢查井，檢查井井蓋標(biāo)高與設(shè)計(jì)路面標(biāo)高保持一致。道路紅線寬度20m=2m(人行道)+2m(生物滯留綠地)+2.5m(非機(jī)動車道)+3.5m(機(jī)動 車 道)+3.5 m(機(jī)動 車 道)+2.5 m(非機(jī) 動 車 道)+2 m(生物 滯 留 綠 地)+2 m(人行道)，本方案雨水綜合利用主要是人行道及非機(jī)動車道采用透水鋪裝，道路兩側(cè)設(shè)置下凹式生物滯留設(shè)施，改造斷面見圖2。
2.2 生物滯留設(shè)施設(shè)計(jì)
將側(cè)分綠化帶加寬至2.5m，并做成下凹綠地，路緣石開口，收集、滯留機(jī)動車道的匯水。結(jié)合本次設(shè)計(jì)道路的實(shí)際情況，推薦采用生物滯留設(shè)施，復(fù)雜型生物滯留設(shè)施可通過化學(xué)過程、物理過程、生物過程有效去除徑流初期的污染物。
生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)剖面自上至下為持水區(qū)/沉砂池/擋水堰/雨水溢流井、種植土壤層、砂濾層、卵石層，詳見圖3所示。生物滯留設(shè)施中材料參數(shù)見表1。
結(jié)合景觀道路沿線兩側(cè)種植錢根喬 木 的 需 要，本次設(shè)計(jì)生物滯留溝種植土壤層厚度采用120cm。下凹式生物滯留設(shè)施主要負(fù)責(zé)收集和處理沿線相鄰車行道及人行道的徑流雨水。下凹式生物滯留設(shè)施收集的雨水 優(yōu) 先 通 過 下 滲 進(jìn) 行 水 質(zhì) 和 水 量 的 處 理(下滲雨水通過卵石層內(nèi)的穿孔管收集);超出下滲能力的雨水在持水區(qū)持續(xù)蓄積，超量雨水將通過溢流口(溢流口高出持水區(qū)底部20cm 或25cm)直接溢流至雨水管道系統(tǒng)。
生物滯留設(shè)施植物的耐淹時間過長將會影響綠地植物的正常生長，因此在滲透設(shè)施容積深度確定以后，需要用綠地的淹水時間進(jìn)行校核。經(jīng)計(jì)算，生物滯留設(shè)施空 池 標(biāo) 準(zhǔn) 蓄 水 量 排 空 時 間t0 =11.1h，滿足設(shè)計(jì)的最大雨水排空時間為24h。
2.3 非機(jī)動車道、人行道透水設(shè)計(jì)
為提高地面透水能力及考慮到環(huán) 保，采 用 透 水性硬化地面做法，是提高地面透水能力的有效途徑之一[5，6]。本項(xiàng)目非機(jī)動車道、人行道均采用透水磚材料，以便雨水入滲回補(bǔ)地下水，人行道采用環(huán)保透水性地磚鋪面，由上至下主要結(jié)構(gòu)分別為：8cm 聯(lián)鎖透水磚、3cm 中粗砂找平層、一層400g/m2 土工布、15cmC15無砂透水混凝土、12cm 級配碎石，如圖4所示。
透水鋪裝地面削減污染物的去除效果明顯[7]，相關(guān)研究表明對 COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、SS均有良好的去除效果，能達(dá)到地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
非機(jī)動車道、人行道均坡 向 綠 化 退 線。道 路 兩側(cè)綠化退線范圍均較大，通過道路兩側(cè)的植草溝將路面雨水收集至退線內(nèi)雨水花園滯留下滲。
2.4 附屬設(shè)施設(shè)計(jì)
2.4.1 路沿石豁口
生態(tài)滯留溝入流系統(tǒng)是生態(tài)滯留溝的一個重要組成部分，其結(jié)構(gòu)可影響到生態(tài)溝的凈化效果、維護(hù)和使用壽命。
結(jié)合立箅式雨水口進(jìn)水量綜合考慮，確 定 路 緣石豁口的開口長度確定為每間隔15m 設(shè)置1.5m的路緣石豁口。道路起點(diǎn)至道路樁號 K0+208段，由于設(shè)計(jì)道路坡度為1.78%，路緣石開口收集雨水難度比較大，本 次 設(shè) 計(jì) 道 路 坡 度 大 于1.5%段采 用環(huán)保雨水口收集路面雨水。設(shè)計(jì)路緣石為花崗 巖，C15混凝土后背，規(guī) 格 為15cm×80cm×130cm，本次設(shè)計(jì)路緣石開口為每15m 設(shè)置一處開口對路面徑 流 進(jìn) 行 引 入，路 緣 石 開 口 尺 寸 為 80cm × 7.5cm，并設(shè)置鑄鐵格柵防止異物進(jìn)入綠地。
2.4.2 溢流雨水口[9]
生物滯留設(shè)施間隔20～30m 設(shè)置一處溢流雨水口，當(dāng)雨水超過海綿城市收納能力時，通過溢流設(shè)施排入市政管 網(wǎng)。溢流雨水口采用模塊混凝土結(jié)構(gòu)，規(guī)格為680mm×1300mm，溢流口最大過流流量為30L/s。
2.4.3 沉泥槽
路緣石后側(cè)設(shè)置80cm×20cm×12.5cm 沉泥槽(PVC沉淀 槽)，沉泥槽采用鋼筋混凝土底座，底座規(guī)格130cm×30cm×20cm。
2.4.4 擋水堰
擋水堰采用卵石堆砌，頂寬為20cm，底寬40cm，高度20cm，基礎(chǔ)50cm 細(xì)石混凝土 墊 層。擋 水 堰設(shè)置于雨水溢流口下游，避免下游就近路緣石開口雨水造成短流，擋水堰根據(jù)雨水溢流口設(shè)置間隔約 為30m。城市道路雨水收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳見圖5所示。
3 指標(biāo)校核
3.1 雨水年徑流總量控制率校核
定義水量控制比率=(滲透量+空池最大蓄水量)/進(jìn)水量，可知水量控制比率越高，說明溢流外排的徑流雨水量越少，當(dāng)水量控制比率值≥1時，說明設(shè)施能夠完全控制設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的雨水量而不外排。另外，下凹式生物滯留設(shè)施空池標(biāo)準(zhǔn)蓄水量為水池在流入雨水溢流口所需要雨水量，超出空池標(biāo)準(zhǔn)蓄水高度的雨水通過雨水溢流口流入雨水管道系統(tǒng)。取機(jī)動車道徑 流 系 數(shù) 取0.9，則雙 側(cè)2.5生物 滯 留溝對雨水徑流量控制能力見表2。
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由表2可知，按照海綿城市要求年徑流總量控制70%設(shè)計(jì)降 雨 量 條 件 下 的 生 物 滯 留 溝 都 不 發(fā) 生溢流，能滿足海綿城市的徑流總量控制目標(biāo)。
3.2 初期雨水污染的控制校核
設(shè)計(jì)按照 每 延 米 生 物 滯 留 溝 處 理 其 側(cè) 面 車 行道、人行道相應(yīng)每延米的初期雨水量計(jì)算。另外，定義空池最大蓄水量為水池在不考慮下滲和溢流口外溢情況下的最大蓄水量。當(dāng)空池最大蓄水量≥初期雨水徑流控制量時，說明設(shè)施能夠完全控制設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的初期雨水?dāng)y帶的污染物量。在降雨后期或者降雨停止后，設(shè)施內(nèi)滯留的污染物將通過設(shè)施內(nèi)的植物吸附分解，或土壤及填料的過濾等方式得以有效地去除。生物滯留溝對初期雨水污染控制能力見表3。由表3可 知，本次設(shè)計(jì)中的雙側(cè)生物滯留溝能夠完全控制設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的初期雨水污染。
3.3 滲透設(shè)施設(shè)計(jì)校核
生物滯留設(shè)施植物的耐淹時間過長將會影響綠地植物的正常生長，因此在滲透設(shè)施容積深度確定以后，需要用綠地的淹水時間進(jìn)行校核。
3.4 排水防澇能力校核
本設(shè)計(jì)中采用的海綿城市工程措施不改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的雨水管道系統(tǒng)(雨水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)為3年一遇)，雨水通過開口路緣石進(jìn)入綠地，并在綠地沿線設(shè)置沉淀槽/沉砂池、溢流雨水口等排水構(gòu)筑物，溢流雨水口與市政雨水排水系統(tǒng)相連，路面降水經(jīng)過綠地滲透后利用雨水系統(tǒng)進(jìn)行排放。
4 維護(hù)及管理
4.1 基本要求
(1)應(yīng)建立健全低影響開發(fā)設(shè)施的維護(hù)管理制度和操作規(guī)程，配備專職管理人員和相應(yīng)檢測手段，并對管理人員和操作人員加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)。
(2)低影響開發(fā)雨水設(shè)施的維護(hù)管理部門應(yīng)做好雨季來臨前和雨季期間設(shè)施的檢修和維護(hù)管理，保障設(shè)施運(yùn)行正常、安全運(yùn)行。
(3)低影響開發(fā)設(shè)施的維護(hù)管理部門宜對設(shè)施的效果進(jìn)行檢測和評估，確保設(shè)施的功能得以正常發(fā)揮。
4.2 生物滯留設(shè)施維護(hù)
應(yīng)及時補(bǔ)種修剪植物、清除雜草;進(jìn)水口不能有效收集匯水面徑流雨水時，應(yīng)加大進(jìn)水口規(guī)模或進(jìn)行局部下凹等;進(jìn)水口、溢流口因沖刷造成水土流失時，應(yīng)設(shè)置 碎 石 緩 沖 或 采 取 其 他 防 沖 刷 措 施;進(jìn) 水口、溢流口堵塞或積淤導(dǎo)致過水不暢時，應(yīng)及時情理垃圾與沉積物;調(diào)蓄空間因沉積物導(dǎo)致調(diào)蓄能力不足時，應(yīng)及時情理沉積物;邊坡出現(xiàn)坍塌時，應(yīng)進(jìn)行加固;由于坡度導(dǎo)致調(diào)蓄空間調(diào)蓄能力不足時，應(yīng)增加檔水堰或抬高檔水堰、溢流口高層;當(dāng)調(diào)蓄空間雨水和排空時間超過36h時，應(yīng)及時置換樹皮覆蓋層或表層種植土;儲水水質(zhì)不符合設(shè)計(jì)要求時應(yīng)換填填料;由于坡度大導(dǎo)致溝內(nèi)水流流速超過設(shè)計(jì)流速時，應(yīng)增設(shè)檔水堰或抬高檔水堰高層。具體維 護(hù) 頻率見表4。
5 結(jié)語
隨著海綿城市理念的迅速推廣，城 市 道 路 海 綿城市設(shè)計(jì)也從觀念和理念上逐步向工程落地方面發(fā)展。結(jié)合廈門海綿城市建設(shè)實(shí)踐，探討了目前 城 市道路海 綿 城 市 設(shè) 計(jì) 的 主 要 工 程 措 施，廈 門 在 以 后的研究中應(yīng)增加相應(yīng)監(jiān)測設(shè)備，為定量評價城市道路海綿城市建設(shè)效果提供更為直觀的數(shù)據(jù)�？� 之，隨著工程實(shí)踐和基礎(chǔ)研究的進(jìn)一步開展，再配合上一定的技術(shù)革新措施，城市道路海綿城市設(shè)計(jì)勢必走向一個新的高度。——論文作者：王 寧
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