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论海绵城市概念在城市排水设计中应用

2021/10/19 阅读:

摘要:文章从渗水、蓄水、滞水、净水、用水等方面,对海绵城市的基本要素进行分析,并依托某工程实例,论述了海绵城市概念在城市排水设计中的应用,期望通过文章的论述能够对城市排水设计水平的提升有所帮助。

关键词:海绵城市;道路排水;设计方法

海绵城市是一个全新的概念,它的提出为城市内涝问题的解决及雨水回收再利用提供了理论支撑。在城市道路排水设计中,可对海绵城市的理念和方法加以合理运用,通过透水性路面、绿化带的设置,对自然降雨进行收集和存蓄,从而避免积水影响交通通行,大大提升了城市交通的通行能力。

1海绵城市的基本要素

海绵城市是一种理念较为先进的水资源管理方法,归属于新一代城市雨洪管理概念的范畴。具体是指通过各种技术措施的合理运用,使城市具有海绵的特性,在降雨时,对雨水进行吸、蓄,借助净化处理的方法,在需要时加以利用,解决城市内涝问题,提高水资源利用效率。海绵城市的基本要素包括渗水、蓄水、滞水、净水、用水。

1.1渗水

早期修建的城市道路,基本上采用的都是硬质路面结构,这种路面不具备渗水能力,需要通过排水设施排除自然降雨引起的路面积水。当排水设施出现问题,或是遇到强降雨时,路面便会严重积水。而海绵城市能够使降雨直接渗入到路面以下,可达到补充地下水的效果。利用绿色屋面,能够起到净化雨水的效果,同时,雨水经路面下渗的过程中,会得到过滤,通过回收可以再利用,实现节约用水的目标。具有典型性和代表性的技术措施有透水沥青、透水铺装层等。

1.2蓄水

蓄水是海绵城市的重要功能,即对自然降雨进行存蓄。雨水作为主要的水资源,通过蓄水模块的设置,如蓄水池等,可以存储大量的雨水,并在需要时加以利用,在节水的基础上,提高水资源的利用效率。

1.3滞水

自然降雨时,会产生一定的径流量,海绵城市的滞水,可以使雨水有效滞留,由此可达到减少径流量的目的。如,采用改变地形地貌的方法,使雨水从相应设施流过时,流速变慢、流量变小。常见的滞水设施有雨水花园、雨水塘、植草沟等。

1.4净水

雨水落到地面上会受到一定程度的污染,无法直接利用,必须经过净化处理后,才能对雨水进行再利用。海绵城市中的雨水净化系统由以下几个部分组成:土壤渗透净化、人工湿地净化等。

1.5用水

海绵城市收集、存蓄雨水的最终目的是为了再利用,充分发挥出水资源的再次利用的价值,对于常年缺水地区意义重大。收集的雨水可用于以下场合:绿地灌溉、抽水马桶、洗车、消防、景观用水等等。

2海绵城市概念在城市排水设计中的应用

2.1海绵城市关键技术

2.1.1透水铺装技术

(1)技术特点。透水铺装最为突出的特点是适用范围广、便于铺设,能够对高峰时的水流量起到一定的缓解作用,可补充地下水资源。

(2)设计要求。在透水铺装层进行设计时,必须满足结构稳定性的要求,当建设区域内的路面强度不足时,应当采用半透水铺装层;设计透水铺装层时,要求土壤具有一定的渗透性,否则要加装排水板;建设区域内存在地下工程时,需要增加排水层,且覆土厚度应当超过60cm。

2.1.2蓄水池蓄水池的主要用途是收集雨水,并存储起来,经过净化处理后,加以利用,是城市供水系统的辅助设施。

(1)技术特点。蓄水池具有结构多样性的特点,能够与城市排水系统进行有效衔接,可避免蚊蝇滋生,有利于改善生态环境,对水资源,尤其是地下水,具有保护作用。

(2)设计要求。要将蓄水池建设在高程适当的地方,修建蓄水池的场地必须地势平坦,地层要具有良好的致密性,不漏水;不可将蓄水池建在节理裂隙发育的部位。

2.1.3生物滞留技术生物滞留就是利用各种生物,如植物、微生物等对水资源进行保留,依托道路边坡、绿化带等设施,对雨水进行回收再利用。生物滞留设施的构造情况如图1所示。图1生物滞留设施结构示意图

(1)技术特点。生物滞留能够保护自然生态环境,通过技术与景观的融合,以不同的形态呈现;滞留设施易于控制。

(2)设计要求。在城市当中,雨水汇聚区承载的水量较多,污染相对比较严重,对其中的雨水回收时,必须先初步过滤,去除其中的杂质;利用相关植被,对雨水进行沉淀。具体设计时,要采取有效的措施对路基加以保护。

2.1.4植草沟

(1)技术特点。植草沟一般都是设置在道路不透水区域旁,常被作为生物滞留储水措施,能够与雨水管线配合,植物覆盖沟槽,更容易与周围环境形成整体,前期投资少,后期维护费用低,不会受到场地的限制。

(2)设计要求。设计植草沟时,边坡的坡度应当控制在1:3以内,且纵坡不得超过4%;最大流速要控制在80cm/s以内。

2.2设计实例为便于研究,以某城市XX区内的道路工程实例为依托,对海绵城市概念在城市排水设计中的应用进行论述。

2.2.1工程概况

XX城区内共有78条道路,总长度约为109.25km。道路由机动车道、人行道等组成,其中机动车道的路面结构形式为沥青混凝土面层、水稳碎石基层;部分支路的路面为水泥混凝土材质;人行道全部采用普通混凝土砖。本次利用海绵城市理念和技术,对该区内的道路进行改造升级,共分两个阶段进行,第一阶段改造31条道路,第二阶段改造47条。下面重点对道路排水设计中海绵技术的运用进行分析。

2.2.2道路现有问题

本次研究区域内的道路工程全部都是以交通量为设计依据,可满足车辆的通行要求。道路设计中,未对生态环境保护加以充分考虑,导致该方面存在问题。现有道路的路面结构以沥青砼、水泥砼为主,混凝土本身并不具备透水能力,自然降雨时,雨水会积聚在路面上,需要利用设置在道路上的排水设施排除雨水。当地7-8月常常会出现强降雨天气,导致路面大量积水,引起区域内涝,车辆在积水的路面上行驶,安全事故发生几率增大。该城区在规划时,要求市政道路采用统一的铺装层,铺装材料为混凝土砖,不具备透水性,道路整体设计较为简单,并未融入生态理念,绿化带与机动车道分体,横纵坡设计不到位,容易引起积水现象。

2.2.3排水方案设计

本次城区道路改造工程中,引入海绵城市理念,本着工程造价最低、环境影响程度最小的原则,以横纵坡度控制为前提,以改善道路渗透水能力为立足点,以消除路面积水现象为目标,实现道路全方位升级。设计时将机动车道、非机动车道、人行道、绿化带形成有机的整体,共同处理路面积水。人行道原有的混凝土砖全部更换为透水性铺装层,机动车和非机动车道,改用透水沥青砼和透水水泥砼路面,将绿化带设置在道路中央位置,借助绿化带中的植物,降低雨水流量。将生态滞留带设置在机动车与非机动车道之间,雨水经过绿化带进入排水沟。具体的设计方法及要点如下:

(1)机动车道的设计方法。机动车道是道路的重要组成部分,它的宽度超过非机动车道和人行道的总和,本次对机动车道进行改造升级设计时,为减少后续工程量,使原机动车道的宽度保持不变,将绿化带设置在机动车道两侧。设计过程中,需要对土壤的入渗状况加以分析,据此为设计提供参考。采用霍尔顿模型,以当地的自然降雨情况为基础,对入渗率变化加以分析。当自然降雨的渗入速率在10.2-76.2的区间范围内变化时,衰减常数取4.14,经计算排干雨水的时间大约为72h。以雨水的入渗分析结果作为参考依据,对地面径流情况加以计算,在道路适宜的位置处设置路缘石开口,设计立式雨水篦子。在降雨的初期阶段,雨水落入路面后,会经雨水篦子进入到绿化带内,当土壤达到饱和状态时,溢出的雨水会流入雨水管,并排出路面,避免积水。对机动车道的结构采用三层设计,上层设计为透水沥青砼,中层和下层均为不透水层,降雨后,雨水透过沥青砼下渗后,从设置在中下层中的排水盲沟流入分隔带内积蓄。

(2)人行道的设计方法。本次对人行道的设计引入海绵城市理念,选用透水性材料,替代原有的混凝土砖。在地下设置排水管道和蓄水池,使雨水通过人行道能够下渗,实现调节路面积水量的目标。为使人行道更加美观,选用全透明的透水性铺装层,依据道宽加装储水模块,具体如图2所示。图2人行道排水设计示意图

(3)绿化带的设计方法。经改造升级后的道路路面,全部铺设透水性材料,由此能够确保路面积水顺利从雨水口排至绿化带内。为发挥出绿化带积蓄和过滤雨水的作用,可在设计时,铺设一层厚度适宜的栽培土,与透水管配合可达到过滤雨水的效果。导流系统可结合实际设计,强降雨引起路面大量积水时,通过导流系统能够蓄积雨水。设计绿化带内的植物景观时,要充分考虑水循环问题,可将降雨量和蒸发量作为主要参考依据,设计与之相应的具有渗透性功能的绿化带,并保证宽度适宜。为增强绿化带的渗水和蓄水效果,可以选用透水性能较好的材料,如新型透水砖等,并在道路两侧种植耐旱植物,在辅助排水的前提下,美化道路。

(4)路缘石与边沟的设计方法。在设计道路路缘石时,可将道路面积作为主要依据,选择比地面略高的路缘石,并采用打孔的方式,解决水流缓慢的问题。雨水口位置处的路缘石,必须加装拦污篦子,防止杂物过多造成排水口堵塞,影响雨水排出。设计边沟时,可以采用上文中的植草沟,在确保道路美观性的基础上,净化雨水。按照道路所在地的地势条件,对植草沟的长度和宽度进行合理设定,当植草沟设置在低洼区域时,可适当增大边高。

3结束语

综上所述,海绵城市在解决路面积水问题方面具有显著的效果。为此,可在城市道路排水设计中,引入海绵城市的理念和方法,结合实际情况,对机动车道、人行道以及绿化带进行合理设计。未来一段时期,要加大相关技术的研究力度,通过优化和改进,使技术更加完善,更好地为城市排水工程服务。

参考文献:

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[5]肖龙,方露萍,李雷婷.中国海绵城市建设理论研究进展[J].华中建筑,2021(1):17-20.

作者:邓婷 单位:华设设计集团股份有限公司

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