厦门市海绵城市项目的设计分析

　　摘    要：　“海绵城市”系统主要包括透水铺装地面、雨水管道、溢流雨水口、环保雨水口、下凹式绿地、雨水花园、渗透塘等。以海新路与疏港通道立交工程为例，围绕“海绵城市”这一理念，结合立交排水系统和绿地微地形等，介绍厦门市“海绵城市”的概况和特点。对该项目设计过程中的技术难题进行分析并提出针对性解决方案。

　　关键词 :     海绵城市;工程设计;建设方案;

　　厦门是一座美丽的海滨城市，其优美生态环境与其水体环境紧密相关，但是随着城市建设的发展，城市硬化面积不断扩大，使得厦门市面临着内涝频发、径流污染、雨水资源大量流失、生态环境破坏等诸多雨水问题，其中又以城市水问题最为突出。2015年厦门成为国家首批海绵试点城市之一，建设“海绵城市”就是系统的解决城市水安全、水资源、水环境问题，减少城市洪涝灾害，缓解城市水资源短缺问题，改善城市水质量和水环境，调节小气候、恢复生物多样性，使城市成人与自然和谐生态环境。所以在城市建设中构建完善雨洪管理系统，建设“海绵城市”势在必行。

　　1、 工程概况

　　本次设计在海新路与疏港通道立交工程的基础上，围绕海绵城市这一理念，结合立交排水系统和绿地微地形，进行分区构建海绵体系及对应指标计算，综合运用透水人行道、雨水花园、下沉绿地、渗透塘、植草沟、卵石排水沟等低影响开发设施，对原疏港通道旧路路基进行生态修复，使立交范围内年径流总量控制率达到一定目标，同时有效控制面源污染，达到一定海绵建设目标。

　　由于本工程有分离式路基，互通高架桥等，海绵城市设计与常规市政道路工程海绵城市设计差别较大，在设计过程不可避免遇到一些技术难题，经过总结主要包括以下几点：(1)根据现场及地形情况，海新路竖向纵坡较陡，最大纵坡达到了5.9%，且沿线存在较多高边坡，红线受限，人行道宽度为2.5m，无法设下凹绿地等海绵设施；(2)本工程设计范围内主要以立交桥为主，如何设置海绵设施，使立交范围内年径流总量控制率以及径流污染控制率达到一定海绵建设目标。

　　2、 工程设计

　　2.1、 项目建设目标

　　1）低影响开发雨水系统（LID）控制目标：根据厦门地区上位规划，本次设计目标要求为：实现年径流总量控制率达到70%，参考试点区附近水文站统计的降雨量比例图（见图1），对应设计降雨量为26.8mm。

　　图1 厦门市年径流总量控制率对应的设计降雨量关系图

　　2）年径流污染控制率：径流污染控制是低影响开发的控制目标之一，污染物指标可采用悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）等，城市径流污染重，悬浮物（SS）往往与其他污染物指标具有一定的相关性，因此一般可采用SS作为径流污染控制指标。根据厦门海绵城市相关规定实施目标要求：年径流污染（SS）削减率控制目标为45%。

　　2.2、 设计规模技术路线

　　道路工程在保证路基稳定、交通安全的前提下，合理设置海绵措施，以响应低影响开发建设理念。结合规划及现场实际情况，对有条件的将人行道、非机动车道、绿化带按照海绵要求进行设计。具体技术路线及布置如下。

　　1）对海新路车行道雨水而言，其主要排水排放途径为：沥青路面→市政雨水口→市政管网系统。

　　2）对人行道而言，其主要排水途径为：人行道、非机动车道透水铺装→土壤入渗；超量雨水地表径流→市政雨水口→市政管网系统。

　　3）对中央分隔带而言，其主要排水途径为：绿化带雨水→土壤入渗；超量雨水地表径流→沥青路面。

　　4）对互通地面层绿化带而言，其主要排水途径为：绿化带雨水→土壤入渗；超量雨水地表径流→溢流口→市政管网系统。

　　5）对分离式路基而言，其主要排水途径为：沥青路面→道路边沟→市政管网系统疏港通道左线路基：沥青路面→下沉绿地→土壤入渗；超量雨水地表径流→市政雨水口→市政管网系统。

　　6）对高架桥而言，其主要排水途径为。沥青路面→落水管→卵石效能槽→卵石沟→LID设施→土壤入渗；超量雨水地表径流→溢流口→市政管网系统。

　　7）对地下通道而言，其主要排水途径为：E、H通道：沥青路面→道路边沟→LID设施→土壤入渗；超量雨水地表径流→溢流口→市政管网系统。

　　低影响开发设施应通过溢流排放系统与城市排水管渠系统相结合，保证上下游排水系统的顺畅。同时对于有行泄通道功能的道路，其纵坡与横坡的设置应有利于涝水的行通。并应在竖向上与下游水体或滞蓄设施有效衔接。

　　2.3 、低影响开发设计参数

　　1）低影响开发设施以径流总量和径流污染为控制目标进行设计时，渗透设施具有的调蓄容积一般应满足“单位面积控制容积”的指标要求。理论调蓄容积计算公式。

　　式中。

　　V———设计调蓄容积（m3);

　　H———设计降雨量（mm），年径流总量控制率为70%时对应降雨量26.8mm;

　　Ψ———综合雨量径流系数；

　　F———汇水面积（ha）。

　　2）实际调蓄容积计算公式

　　V———实际调蓄容积（m3);

　　k———折减系数（考虑），下凹绿地、雨水花园与渗透塘取0.75;

　　H———实际有效水深，（m);

　　F———下沉式绿地有效蓄水面积，（m2）。

　　3）渗透量计算如下所示。

　　Ws———渗透设施渗透量（m3);

　　β———综合安全系数，取0.5;

　　K———土壤渗透系数（m/s);

　　J———水力坡降，一般取1;

　　AS———有效渗透面积，（m2);

　　tS———渗透时间（s），当用于调蓄时应≤12h，渗透池（塘）、渗透井取≤24h。

　　2.4、 建设方案

　　设计疏港通道道路等级为城市快速路（结合一级公路），标准横断面采用计算行车速度80km/h，主线采用分离式路基以便克服地形高差，单幅分离式路基宽度12.75m，疏港通道除分离式路基外，还设置了分幅桥梁上跨海新路，单幅桥梁宽度13m；设计海新路道路等级为城市快速路（结合一级公路），断面为整体式路基30m；本次设计人行道采用较成熟的透水性材料，绿化带设置下沉式绿地，机动车道雨水径流通过路缘石开口排入，机动车车道无下沉式绿地采用截污式雨水口收集雨水；高架桥雨水通过立柱旁设的落水管接入地面，在落水管及其周边50cm范围内铺装鹅卵石，雨水经鹅卵石消能后经卵石沟排入至雨水花园或渗透塘。

　　图2 雨水组织分析图

　　本项目海绵城市工程采用“人行道透水铺装+下沉绿地+雨水花园+渗透塘”的技术措施，将道路红线范围内雨水径流汇集至下沉绿地、雨水花园、渗透塘，经滞蓄调节，当超过调蓄容积时，通过绿地中的溢流雨水口将雨水排入市政雨水管道或排洪渠。

　　1）雨水花园：本项目中央绿地内设置雨水花园，雨水经卵石沟汇流至雨水花园中，进行下渗及蓄水。雨水花园内设置溢流式雨水口，作为超过雨水花园调蓄容积的雨水的排水通道。雨水花园沟底高程比雨水花园岸线低0.25m，溢流雨水口高程比雨水花园岸线低0.10m，并将溢流雨水口与雨水管管进行连接，使超出下凹式绿地调蓄容积的雨水进入雨水系统。其结构见图3所示。

　　图3 雨水花园大样图

　　2）渗透塘：本项目地下通道附近中央绿地内设置渗透塘，雨水经卵石沟及管道汇流至前置塘，经前置塘沉泥及消能后，经溢流堰溢流至渗透塘，进行下渗及蓄水。渗透塘内设置溢流式雨水口，作为超过渗透塘调蓄容积的雨水的排水通道。渗透塘沟底距渗透塘岸线1.10m，有效水深1.0m，溢流雨水口高程比雨水花园岸线低0.10m，并将溢流雨水口与雨水管管进行连接，使超出下凹式绿地调蓄容积的雨水进入雨水系统。渗透塘构造见图4所示。

　　图4 渗透塘大样图

　　3）下凹绿化带：疏港通道分离式路基放坡绿地设计成下凹式绿地，下凹式绿地地面层低于机动车道边25cm。超高段车行道雨水通过进入先经分段设置的开口路缘石汇集流过卵石铺装，再经砾石缓冲槽后进入下凹式绿地，沟底高程纵坡与主线一致。车行道一侧采用采用切割法反开挖结构层，墙体现浇C20砼。

　　4）卵石沟：桥面雨水通过高架桥立柱旁设置的落水管接入地面，在落水管及其周边50cm范围内铺装鹅卵石，降低雨水的冲刷作用，雨水经消能后流至周边卵石沟，卵石沟宽度为0.6m，高度0.5m。其结构层为：5cm河卵石+3cm水泥砂浆+15cm无砂透水混凝土。

　　5）路缘石开口间距计算及偏沟式雨水口设置。

　　A．路缘石开口流量计算

　　路缘石采取倒梯形开口形式，开口宽度0.5m，依据矩形薄壁堰流水力模型计算公式。

　　式中：Q———堰流流量（m3/s);

　　m0———薄壁堰流量系数，取0.393;

　　B———梯形薄壁堰宽（m);

　　H———堰上水头（m），本次设计取0.05m。

　　经计算得出，单个宽度0.5m的矩形路缘石开口过流能力为9.78L/s，考虑90%堵塞系数及道路纵坡影响系数，单个路缘石开口泄流量为8.80 L/s。

　　B．路缘石开口间距计算

　　暴雨强度公式。

　　路面汇流时间取0.5min，路面综合径流系数取0.9，暴雨重现期P=3年。道路最宽宽度18m，路缘石开口间距10m，计算得到设计流量8.62L/s。本次设计路缘石开口间距取10m。

　　6）溢流井：在绿化带的每个排水单元末端设置一座溢流井，将来不及入渗的雨水溢流排入市政雨水管道系统。溢流口为成品，单个规格为L×B×H=750×450×180mm，溢流口最大过流流量为30L/s。溢流口周边应采用卵石铺砌，顶面应覆盖至井座，防止水土流失。溢流口周边卵石敷设宽度为15cm。

　　3 、工程解决方案

　　针对本工程设计过程中的难点，设计人员与项目负责人进行了多次技术方案探讨，并确定了相对可行、经济的方案，主要包括以下几点：(1)本项目海新路海绵设计方案考虑以环保型雨水口或息壤侧沟进行海新路海绵城市设计。因环保型雨水口具有实施简单、造价低，初期雨水污染得到过滤，提高径流污染控制等优点，本次设计最终采用设置环保型雨水口海绵城市设施；(2)通过在桥梁下设置雨水花园以及渗透塘，然后把桥梁上雨水引入雨水花园或者渗透塘中，从而达到控制径流总量控制率以及径流污染控制率的目的。

　　4 、结语

　　本工程设置海绵城市设施后，综合径流系数由0.55减小至0.52；年径流总量控制率达到76%；海绵城市设施对雨水SS去除率达到47%。由以上数据可知，通过海绵城市的建设，根据需求适当增加调蓄水体，增加建设道路的透水性，将道路红线范围内雨水进行处置，促进了雨水的积存、渗透和净化，有效控制雨水径流污染，客观上提升了雨水管渠及超标雨水径流排放系统的服务能力。

　　参考文献

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