稼先东路市政工程雨水综合利用及效益分析

张纯权，应恩宇

(江西省水土保持科学研究院，南昌 330029)

1 工程概况

稼先东路市政工程位于深圳龙岗区坂田北片区。道路呈东西走向，西起坂雪岗大道，起点坐标为E22°39’10.68"，N114°3'43.63"；东至坂澜大道，终点坐标为E22°38'59.31"，N114°4'11.80"。道路全长约0.91km，沿线与城市规划道路宝象路、稼学路、雪象路等市政道路相交，双向六车道，规划红线宽度为50m，设计车速50km/h，规划定位为城市主干道。项目总用地面积为46943.85m2，用地红线面积为42486.92m2，永久占地面积为4456.93m2。

2 工程区雨水量测算

2.1 综合径流系数

根据现场踏勘调查，项目建设区非铺砌的土路面面积为31798m2，绿地面积为4476m2，混凝土路面面积为5561m2，硬屋面面积为651.9m2，深圳市标准化指导性技术文件——《低影响开发雨水综合利用技术规范》(SZDB/Z 145-2015)所提供的径流系数查算表见表1。

表1 径流系数查算表

综合径流系数按下式计算：

(1)

式中：K综合为综合径流系数；Ki为下垫面所对应的雨量径流系数；Fi为下垫面占地面积(m2)。将本工程建设区原地貌条件下施工前下垫面类型占地面积及所对应的径流系数代入式(1)便可得到综合径流系数为0.36，详见表2。

表2 项目建设区施工前径流系数计算成果表

续表2 项目建设区施工前径流系数计算成果表

2.2 可收集雨水量

稼先东路市政工程区内可收集雨水量按照下式确定：

W=H·A·Φ·α·ψ

(2)

式中：W为年收集雨水量，m3；H为年降水深度均值，m；A为汇水面积，m2；Φ为综合径流系数，取0.36；α为季节性雨量折减系数，工程区年降水量均值为895.6mm，且夏季6-9月的降雨量在全年总降雨量中占比65%，雨水综合开发利用应以汛期降雨量为利用重点，所以季节性雨量折减系数取0.65；ψ为初期雨量弃流系数，根据《低影响开发雨水综合利用技术规范》(SZDB/Z 145-2015)，初期雨量弃流系数取0.85。

将相关数据代入式(2)得，稼先东路市政工程区内可收集雨水量约为7.3×104m3。

3 工程区雨水综合利用设计

主体设计在项目区南侧沿绿化带及雨水管设计了一套雨水综合利用工程，包括永久截排水设计，永久拦挡设计，永久覆盖设计、沉砂池等，可降低洪峰流量、迟滞洪峰到达时间，增强项目区雨水集蓄能力，发挥水土保持功能。

3.1 永久截排水设计

根据主体设计资料，主体设计在边坡的坡脚和有区外汇水的道路段设置混凝土排水沟，采用混凝土筑矩形结构，C35混凝土垫层，断面尺寸0.4m×0.5m(宽×深)，排水沟全长566m，其中盖板边沟432m，排水边沟(明沟)143m。控制坡面汇流面积大约2210m2。按照水土保持方案编制有关规定，本方案对主体设计排水沟进行过流能力校核，项目地处城市建设城区，故施工期产、汇流采用《室外排水设计规范(2016年版)》雨水流量公式(式3)和设计暴雨强度公式(式4)进行计算，采用重现期3a一遇进行校核。

Q=Φ·q·F

(3)

式中：Q为雨水设计流量，L/s；q为设计暴雨强度，L/s·hm2；F为汇水面积，hm2，根据施工期设计排水沟的走向，本项目单个排水出口排水沟收集的最大汇流面积为4.21hm2；其余参数含义同前。

本工程设计暴雨强度采用深圳市新一代暴雨强度公式[1]进行计算，其计算公式为：

(4)

式中：T为重现期；t为降雨历时，min，且t=t1+mt2为地面集雨时间，min，地面集雨时间视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般取5-15min，深圳地区常规的取值则为8-12min，本工程取10min；t2为管内流行时间，min，施工过程中不考虑管内流行时间；m为延缓系数。

本工程永久截排水主体设计排水沟设计洪峰流量计算结果详见表3，过流能力校核详见表4。

表3 主体设计永久排水沟洪峰流量计算表

表4 永久排水沟过水流量校核表

经校核，主体设计中混凝土排水沟设计断面过流能力可满足要求。

3.2 永久沉砂设计

按照工程区雨水综合利用设计要求，永久沉砂设施容量应满足下列要求：雨季开挖扰动时，每公顷沉砂池容量≥100m3；旱季开挖扰动时，每公顷沉砂池容量≥50m3；未开挖扰动或完成水土保持措施时，每公顷沉砂池容量≥15m3；项目排水出口排水泥沙含量≤2kg/m3；泥砂量估算可采用水土流失量或侵蚀模数法估算[2]，采用水土流失量估算时，沉砂设施泥砂量为水土流失量估算值的1/2；采用侵蚀模数法估算公式如下：

(5)

式中：WS为进入沉砂池的总泥砂量，t；λ为输移比，a/ t/km2·a，取0.45a/ t/km2·a；MS为场地平均土壤侵蚀模数，t/km2·a；F为各沉砂池的控制集雨面积，km2；γC为泥砂的容重，t/m3，一般取1.2t/m3。

永久沉砂池沉砂容积估算公式：

(6)

式中：η为沉砂效率，%，以80%计；N为每年的清淤次数，按8次计；VS为沉砂池有效沉砂容积，m3；其余参数含义同前。

本项目施工期汇水分4个排水出口排出区外，因此分4个泥砂量估算单元。以下为沉砂设施容量计算过程。水土流失单元1水土流失面积为4.21hm2，平均侵蚀模数按15000t/km2·a计算，根据沿排水沟每100m布设1个沉砂池，水土流失单元1汇流区域内沉砂池的布设数量为15个，单个沉砂池控制集雨面积为0.0028km2，计算得进入沉砂池的总泥砂量为10.50t，单个沉砂池有效沉砂容积1.05m3。方案设计的永久沉砂池容量分变为2.25m3及9.0m3，均符合设计要求。

3.3 永久拦挡设计

拟建沿施工范围线主体设计采用彩钢板进行施工围挡，围挡高1.85m，总长度2165m，围挡底部设置土袋拦挡，可有效拦截场地周边汇水并防止区内汇水流出。道路分段进行施工，可重复利用。工程施工期间为防止管线施工永久堆土产生水土流失，方案设计对管线开挖两侧永久堆土采取永久编织土袋拦挡措施；本工程共计布设土袋拦挡867m3，编织土袋可根据管线分段施工重复利用，土袋用土为管线开挖永久堆置的回填用土。

3.4 永久覆盖设计

对项目区内未及时硬化或绿化的永久堆土、裸露地表和边坡、施工建筑材料(沙料等)、管道工程施工开挖堆土等在降雨或大风天来临前用土工布永久覆盖，既可避免雨水直接冲刷产生水土流失，又能防止扬尘对周边环境造成的污染。预计使用土工布面积14493m2。

4 效益分析

工程区雨水综合利用工程雨水集蓄池所产生的集水量可以代替自来水用于基地项目绿化及工程以养护方面。工程区绿地面积15.87hm2，养护过程1次耗水量约为450t，养护时间间隔5-8d，所以，夏秋季养护期间共耗水16070t。按照影子水价并考虑水资源价值[3]计算，2019年工程区水资源影子价格6.50元/t，则1年可节约自来水费用约为10.45万元。此外，还应考虑蓄积雨水池设置、雨水入渗综合利用后排水系统设施费用、管网建设费、污水处理费、管网运行费等方面的节省。

工程区透水性地面的铺设结合绿地的雨水下渗，能使地下水源得到有效回灌、补充和涵养，抵消环岛效应，改善生态环境，发挥社会效益和生态环境效益。

5 结 论

通过文章分析表明，雨水综合利用设计在采用新理念、新方法和新技术的基础上，通过修建雨水集蓄池、沉砂池、透水沥青路面、加铺植草砖等措施，以就地收集并利用工程区天然雨洪资源，促使工程区雨水资源“零排放”目标的实现，经济效益、社会效益和生态效益显著。在绿色建筑理念的引领下，雨水综合利用设计日益成为建筑工程水土保持的重要举措之一，在充分利用区域雨洪资源的同时，还能促使工程区水土保持目标的实现。