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        海綿城市建設(shè)工程設(shè)計技術(shù)研究
        ——以佛山科學技術(shù)學院新校區(qū)北院為例

        2020-09-26 01:27:52陳永文
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年17期
        關(guān)鍵詞:徑流系數(shù)匯水蓄水

        陳永文

        (佛山市代建項目管理中心,廣東 佛山 528000)

        1 工程概況

        佛山科學技術(shù)學院新校區(qū)北院位于佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)仙溪湖畔,新校區(qū)環(huán)繞仙溪水庫,被水庫分成了南北2 個片區(qū)。本次海綿城市建設(shè)工程為新校區(qū)北院的南區(qū)部分,具體范圍是在廣云路以北,仙溪水庫以南,水庫西路以東,虹嶺路以西。

        項目建設(shè)主要包括透水鋪裝、生態(tài)停車場、下沉式綠地、雨水花園、蓄水池等海綿設(shè)施。建設(shè)規(guī)模包括透水鋪裝6 624m2、生態(tài)停車場1 082m2、下沉式綠地13 280m2、雨水花園10 411m2、蓄水池600m3。

        2 設(shè)施選擇與工藝流程

        根據(jù)項目片區(qū)及自身面臨的突出問題和需求,并基于自然凈化的雨水利用設(shè)計理念,優(yōu)先選擇以綠化吸收為主、回收為輔的海綿設(shè)施,如雨水花園等。根據(jù)匯水情況,通過集中與分散相結(jié)合的布置方式對雨水進行匯集。針對不透水鋪裝面積大等問題,選擇透水鋪裝進行設(shè)計。由于場地縱向坡度大,雨水流速快,可設(shè)置橫向截水溝對屋面和道路匯集的雨水進行截流,有效地將雨水引入綠地中的調(diào)蓄設(shè)施。根據(jù)項目情況修建雨水收集回用設(shè)施,如蓄水模塊,可用于景觀水池補給和綠地澆灌,以減少自來水用量。針對不同的下墊面條件,分別采取相應(yīng)的輔助措施,對徑流雨水進行導流、傳輸與控制。本文著力構(gòu)建如圖1 所示的“源頭減排”“管渠傳輸”“排澇除險”多層級、高耦合雨水綜合控制利用系統(tǒng)。

        圖1 雨水綜合控制利用系統(tǒng)

        3 匯水分區(qū)及工程布局

        3.1 豎向設(shè)計與匯水分區(qū)

        海綿排水分區(qū)是地塊海綿化建設(shè)中徑流量計算和管控的獨立單元。各排水分區(qū)根據(jù)區(qū)域綠化率、鋪裝條件等進行海綿化建設(shè),分區(qū)內(nèi)部滿足徑流總量控制率、徑流污染削減率、雨水資源回用率等海綿指標,總體實現(xiàn)海綿建設(shè)目標。

        圖2 是海綿排水分區(qū)圖。通過對地塊設(shè)計高程及管網(wǎng)系統(tǒng)的分析,可將地塊劃分為6 個海綿排水分區(qū)。

        圖2 海綿排水分區(qū)圖

        3.2 匯水分區(qū)設(shè)計

        根據(jù)各匯水分區(qū)計算所得出的徑流控制量和下墊面徑流情況,合理進行海綿設(shè)施布置,海綿設(shè)施總平面布置圖如圖3所示。校區(qū)屋頂、硬化路面、透水鋪裝等下墊面徑流通過周邊植草溝、雨水花園及礫石系統(tǒng)等海綿設(shè)施進行滲、滯、蓄、凈,并將海綿設(shè)施通過溢流口與雨水管網(wǎng)銜接,部分溢流雨水通過小區(qū)管網(wǎng)末端設(shè)置的蓄水池進行調(diào)蓄回用,超出容納能力的雨水則進入市政雨水管網(wǎng)。

        4 徑流量及雨水資源利用率分析

        4.1 設(shè)計徑流控制量計算參數(shù)

        根據(jù)佛山市科學技術(shù)學院仙溪校區(qū)南區(qū)用地類型和規(guī)模,參照《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》【1】中各種下墊面雨量徑流系數(shù)參考值,并結(jié)合項目自身特征,采用加權(quán)平均法,計算校區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)。

        綜合雨量徑流系數(shù)計算公式為:

        式中,φ 為綜合雨量徑流系數(shù);F 為匯水面積,hm2;φi為 i區(qū)域綜合雨量徑流系數(shù);Fi為i 區(qū)域匯水面積,hm2。

        圖3 海綿設(shè)施總平面布置圖

        設(shè)計徑流控制量計算公式為:

        式中,V 為年徑流控制量,m3;H 為設(shè)計降雨量,mm;φ 為綜合雨量徑流系數(shù);F 為匯水面積,hm2。

        4.2 徑流控制量分析

        1 號子匯水分區(qū)用地面積3.31hm2,采用的雨水設(shè)施主要為植草溝、雨水花園(生物滯留設(shè)施)、下沉綠地、透水鋪裝。其中,植草溝上部分臨時蓄水高度5mm,下沉綠地上部臨時蓄水高度200mm,種植介質(zhì)土厚500mm,雨水花園上部臨時蓄水高度200mm,種植介質(zhì)土厚500mm,底部礫石厚200mm。由于種植土進行了換填,滲透性較好,結(jié)構(gòu)層空隙蓄水能力可較好發(fā)揮,故實際徑流控制量應(yīng)考慮除表層蓄水能力外的土壤、礫石孔隙蓄水能力。考慮到施工或維護造成的誤差,容積將存在一定的折減,系數(shù)宜取0.8~1.0。經(jīng)計算1 號匯水分區(qū)總徑流控制量為485m3(見表1),對應(yīng)降雨量28.51mm,對應(yīng)控制率72%,滿足徑流控制量要求。

        根據(jù)本項目用地條件和雨水設(shè)施布局,按照1 號子匯水分區(qū)設(shè)施凈流控制量計算方法,詳細計算1~4 號、6 號(5 號區(qū)域位于二期建設(shè)范圍)子匯水分區(qū)內(nèi)雨水設(shè)施徑流控制量(見表2)。

        表1 1 號子匯水分區(qū)雨水設(shè)施徑流控制量計算表

        表2 各子匯水分區(qū)海綿設(shè)施規(guī)模計算表

        經(jīng)計算,除了2 號、4 號以及6 號匯水分區(qū),其余匯水分區(qū)基本可通過分區(qū)內(nèi)的綠色雨水設(shè)施實現(xiàn)雨水源頭消納,在2號和4 號子匯水分區(qū)內(nèi)2 個雨水管網(wǎng)末端設(shè)置調(diào)蓄池,對分區(qū)內(nèi)雨水進行集蓄利用,實現(xiàn)區(qū)域達標;另外,6 號匯水分區(qū)由于地形劣勢,需通過截水溝將雨水轉(zhuǎn)屬至4 號匯水分區(qū)進行消納,以實現(xiàn)項目整體徑流控制量達標。由于展示區(qū)大部分位于3、4 號自匯水分區(qū),因此,3 號自匯水分區(qū)管網(wǎng)末端亦設(shè)置調(diào)蓄池。

        綜上所述,本項目海綿設(shè)施布置滿足雨水徑流控制量的目標。

        4.3 雨水資源利用率試算與達標評估

        根據(jù) GB/T 51345—2018《海綿城市建設(shè)評價標準》【2】實現(xiàn)目標所需的雨水資源利用量計算公式為:

        式中,α 為季節(jié)折減系數(shù);ψ 為綜合雨量徑流系數(shù);H 為多年平均降雨量,mm;A 為匯水面積,m2;β 為雨水收集率,%。

        其計算結(jié)果見表3。

        表3 雨水資源利用量計算表

        根據(jù)項目環(huán)評報告的相關(guān)資料顯示,佛山科學技術(shù)學院南區(qū)年供水總量9.698×105m3,通過布設(shè)海綿設(shè)施,年可利用雨水量為 1.204×105m3,雨水資源利用率達12.41%,滿足本項目雨水資源利用率為3%的設(shè)計指標。

        5 結(jié)語

        海綿城市建設(shè)對于改善區(qū)域水環(huán)境、提升水資源利用率具有重要意義。本文以佛山科學技術(shù)學院新校區(qū)北院實際工程為例,系統(tǒng)分析了海綿城市建設(shè)中設(shè)施布設(shè)的過程和要點,并通過徑流量及雨水資源利用率分析,驗證了設(shè)計成果的合理性。研究成果可供類似工程設(shè)計計算參考。

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