基于海绵城市的小区花园雨水系统设计

陈冬琴

（长江职业学院，湖北 武汉 430074）

“海绵城市”的设计应因地区而异，在缺水地区侧重于雨水的蓄存再利用，在雨量较充沛的地区侧重于排涝防洪。城市小区花园实现海绵化，是指通过设计后具有海绵体的功能，在水循环时具有“弹性”，大气降雨时可以吸、蓄、渗、净，实现城市防洪排涝，且具有对水净化的能力，净化时以自然途径生物净化优先，人工干预措施为辅；需要用水时可以释放，实现水资源重复利用。因此，在海绵城市建设过程中，需要设计一个完整的雨水系统统筹自然降水、地表水和地下水，协调水循环重复利用中给排水的各环节。

1 项目概况

图1 小区花园雨水系统流程

小区花园“海绵城市”建设项目占地大约1000km2（包括透水性园区道路），此项目完成后作为重要的休闲景观场所。此区域处于小区的低洼区域，在旁边河流处于洪水位时，为河沟的淹没区。园区内设计有一下沉式绿地水景（雨水湿地），是小区的中心景观水体，湿地上有一湿塘作为园区浇灌等自用水的储水设施，湿塘内有大量的水生植物、生物，对水体具有一定的净化能力，在进行整个雨水系统设计时已经考虑了水体富营养化、溶解氧含量等水质问题（如图1所示）。

2 设计方案

2.1 园区道路

园区道路是雨水径流产生和排放的重要场所，道路不仅接收排放自身范围的雨水径流，还接收地势较高地带的小区道路两旁草地汇集的雨水，部分下渗补给地下水，另一部分通过路边植草沟，进入园区雨水管道，汇入蓄水池。园区道路透水铺装设计步骤如下：

图2 透水砖铺装结构示意图

2.1.1 园区路面铺装。园区道路采用透水铺装结构，必须有下渗减排的功能，道路层结构如图2所示。面层渗透砖必须有高强度，稳定性好、耐磨、具有一定的抗荷载能力，满足人行道及轻型车辆交通要求；渗透系数大，透水能力强，雨水能及时通过路面砖及路面砖之间的空隙渗入地下补给地下水，使路面减少积水。

2.1.2 园区道路基层铺装。基层厚度的确定，根据公式：

H—透水基层的厚度 I—平均降雨强度

k—土基的饱和渗透系数 T—降雨历时，min

n—蓄水层的孔隙率

经计算道路透水找平层厚度为20～30mm、基层厚度为100～150mm，必须是透水铺装形式，铺装强度大，渗透性强的碎石或大孔隙混凝土。选材一定要具有较大的孔隙率，保证雨水及时下渗，具有一定的削减峰值流量和雨水净化作用，同时还应有较高的强度，提高路面抗压能力，当要求透水基层的透水能力较大时，基层可以设置排水管或排水板。当透水铺装设置在地下室顶板上时，为了保证其渗透效果，顶板的覆土厚度必须大于600mm，且应该设置排水管。为了确保其透水性能应注意后期的维护，防堵塞，寒冷地区防冻融破坏。

2.2 植草沟

本小区花园设计为干式植草沟，构造如图3—4所示。其主要功能是渗透、收集、转输和排放园内径流雨水；植草沟内种有大量的植物及滋生大量菌群，对雨水具有一定的净化功能，能消减雨水中的悬浮物，降低化学需氧量，还可以脱氮除磷，相当于一个小型的氧化沟。植草沟断面形式采用如图3所示的三角形，为了加强其稳定性，边坡设计为1∶3，沟底纵坡为4%，当沟底纵坡大于此值时应有消能设施，设置为阶梯形或设有台坎。

图3 转输型三角形断面植草沟结构示意图

图4 植草沟示意图

沟底植物阹以下是种植土层200mm，具有良好的参透性，下面层依次为土工布，砾石层，砾石层中设有直径为100mmPE 渗水管，用于转输植草沟中由渗流井流入的雨水。干式植草沟很少滋生蝇虫，适用于建筑小区，一方面收集雨水起到了很好转输作用，另一方面可以美化小区。

植草沟内有附属设施——渗流式雨水井，雨水径流汇入植草沟，在降雨量不大时，先通过沟内施工的渗滤层直接渗入地下补给地下水，消减雨水管道径流峰值。遇恶劣天气，降雨量较大时，植草沟内的防渗层来不及下渗，当水位超过渗流井井盖时，雨水流入井盖下的雨水井，经设置在砾石层的雨水管转输流入蓄水池，可以确保小区不发生洪涝灾害。

干式植草沟与雨水管渠联合使用，用于“海绵城市”小区内道路、广场、停车场等区域的排水系统设施；也可作为生物滞留带；与湿塘等低影响开发设施配合使用，可作为预处理设施；场地竖向允许且不影响安全的情况下也可代替雨水管渠。

2.2.1 植草沟的设计。植草沟的主要设计要点是进行水力计算，确定降雨径流量，划分区域，再确定植草沟的横截面积等。

（1）设计降雨径流量

式中：Q——设计降雨径流量，m3/s；

Φ——汇水面积的综合径流系数；

Q——设计暴雨强度，L/（s·hm2）；

F——汇水面积，hm2；

（2）植草沟转输的雨水径流量公式

式中：Q——雨水径流量，m3/s；

A——植草沟横断面面积，m2；

R——植草沟的水力半径，m；

I——植草沟的纵向坡度；

N——阻力系数。

（3）植草沟的长度计算

式中：L——植草沟的设计长度，m；

V——雨水在植草沟中的流速，v=Q/A，m/s；

T——水力停留时间，min。

植草沟的计算，需进行不断的校核，当流速＞0.8m/s 时，应当进行重复计算，直到设计流速＜0.8m/s。计算结束后，再确定植草沟的其他参数。

植草沟建设成本低，维护简单，易与景观相结合，在已建成城区及开发强度较大的新建城区等易受场地条件制约。

2.3 园区溢流雨水井

图5 园区草地溢流雨水井

因极端天气下，园区过量雨水来不及溢流到边沟，则通过挂蓝式溢流雨水井，溢流汇入园区雨水渠，流入蓄水池。

2.4 湿塘

湿塘是此小区的重要景观水体，且具有雨水调蓄和净化功能。湿塘的补给水源一部分雨水由附近植草沟汇入，另一部分是由蓄水池的溢流设施汇入。湿塘构造如图6所示，湿塘设计面积为35m2，主塘中心区域设计深度为1.8m。由进水口、溢流出水口、前置塘、维护通道、主塘、护坡及驳岸等构成。

为了保证进水口和溢流出水口的稳定防冲刷，设置防冲带，铺上碎石或设置消能坎等消能设施。前置塘和主塘都是湿塘的处理设施，前置塘是湿塘的预处理设施，根据清淤周期和汇入雨水的固体污染物含量确定前置塘沉泥区容积。因此区域设计流速较慢，径流中大颗粒污染物可以沉淀下来，可以起到初次沉淀池的作用。池底铺有混凝土或砌块石便于清淤，前置塘设有清淤通道并有防护设施；湿塘护坡坡度为1∶2～1∶8；驳岸设计为生态软驳岸形式。

主塘设计时应考虑的水位有常水位、洪水位，所对应的容积为永久容积和储存容积，永久容积的水深设计为1.8 m；储存容积一般根据区域的强降雨量、汇流面积等确定。湿塘调节容积根据永久容积与储存容积差值确定，在24～48内排空；湿塘与前置塘间设置有水生植物种植区（雨水湿地），主塘边坡坡度为1∶6，主塘驳岸设计为生态软驳岸。

溢流出水口设计有溢流竖管和溢洪道，排水能力根据下游雨水管渠及超标雨水径流排放系统的排水能力确定。

图6 湿塘结构示意图

湿塘设计的功能是削减径流总量、径流污染和峰值流量，是此小区雨水系统的重要组成部分，可以起到防涝、水污染防治的作用

2.5 蓄水池

雨水蓄水池设计容积为25m3。其功能是储存雨水，同时削减洪峰流量，储存雨水用于景观区域湿塘的补水与换水、景观区域绿化、道路喷洒及冲厕等，实现雨水回用。蓄水池的构造包括：进水管、溢水管、水位计、放空管、池盖上留有检修孔和通风孔采用地下封闭式蓄水池，钢筋混凝土结构。

蓄水池贮水能力强，占地少、雨水管渠易接入、采用地下封闭式蓄水池可以避免阳光直射、防止蚊蝇滋生、但建设成本高，后期维护难度大。

2.6 地下水位监测井

图7 地下水位监测井滤水管构造

地下水位监测井用于地下水位及地下水水质监测。地下水位监测井滤水管构造如图7所示。监测井成孔时直径比井管管径大200mm 以上，成孔深度比井深0.5m，在孔壁与井管间用碎石或砂设置反滤层，填入高度高出含水层0.5～0.7m。用粘土封口，封口层厚度＞1m，成井后必须进行试抽。

监测井井点管由直管和滤水管组成，直管由镀锌钢管制成，具有坚固、耐腐蚀、对地下水水质无污染的优点，井管内径一般为0.1m。滤水管由带梅花眼的镀锌钢管组成，长度为1 m，为防止堵塞，外层缠有钢丝网，滤水段透水性好，含水层的水经过反滤层进入滤水管。

监测井的深度根据监测水位、所处含水层类型、埋深及厚度来确定，超过已知最大地下水埋深以下2m。

为了安全起见，监测井应设明显标识牌，井周围应有防护栏，井口应高出地面0.5～1.0m，井口安装盖，孔口地面应采取防渗措施，水位监测井应安装自动水位监测装置。

3 结语

“海绵城市”小区花园要实现其“渗、滞、蓄、净、用、排”的功能。必须有一个完整的雨水系统，本次设计以园区道路，植草沟、溢流雨水井、蓄水池、湿塘等组成了雨水系统，实现了海绵城市渗透、转输、收集、重新释放利用的多个功能。在设计过程中也设置了地下水位监测井，用于观察地下水位的动态，整个雨水系统的设计在同类工作中具有一定的推广意义。