石玫,黃河
(1重慶市永川區(qū)佰禾農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司,重慶 402160;2重慶市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司,重慶 400020)
廣陽島片區(qū)位于重慶市主城東部,地處銅鑼山和明月山之間,面積約168 km2。廣陽島位于廣陽島片區(qū)的中心,坐落于明月山、銅鑼山之間,是長江上游第一大島,重慶主城區(qū)面積最大的江心綠島。該工程以海綿城市建設(shè)為目標(biāo)導(dǎo)向,充分利用海綿緩沖區(qū)內(nèi)的山、水、林、田、湖等流域型海綿設(shè)施調(diào)蓄區(qū)域雨洪、控制污染,利用規(guī)劃用地范圍內(nèi)的非建設(shè)用地和城市綠地,科學(xué)布置陂塘濕地、雨水塘、下凹式綠地等海綿基礎(chǔ)設(shè)施,達(dá)到年徑流總量控制率為76%、年徑流污染去除率(以TSS計(jì))≥60%、島內(nèi)雨水資源化利用率25%的目標(biāo)。
采用GIS對廣陽島的地形地貌進(jìn)行模擬,梳理水系現(xiàn)狀及豎向地形,如圖1所示。
圖1 豎向地形分析圖
廣陽島內(nèi)豎向高差大,山地特色明顯,雨水匯流速度快。根據(jù)島內(nèi)豎向高程及管網(wǎng)情況,把廣陽島(消落帶以上)劃分為14個匯水分區(qū)。各個分區(qū)的匯水面積如表1所示。
表1 匯水分區(qū)表
島內(nèi)山體土壤類型豐富,但缺乏有機(jī)質(zhì),營養(yǎng)成分不足,偏酸性。常見土壤類型包括:紫色土+沙壤(7.44%)、紫色土(土壤厚度10~20cm)(33.45%)、紫色礫石風(fēng)化土(土壤厚度0~10cm)(6.42%)、風(fēng)化紫色頁巖(25.21%)、泥沙土(27.49%)5種類型,如圖2所示。該場地內(nèi)無各種危險污染物,有利于海綿設(shè)施的建設(shè)。
圖2 廣陽島土層分布情況
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路如圖3所示。島內(nèi)通過同源頭海綿設(shè)施結(jié)合,使源頭設(shè)施(生態(tài)草溝、雨水花園、下沉綠地)引導(dǎo)、滯納徑流,緩慢進(jìn)入受納水體(小微濕地、生態(tài)湖塘),實(shí)現(xiàn)海綿設(shè)施統(tǒng)籌調(diào)蓄徑流,延遲洪峰,削減排洪壓力;通過生物生態(tài)阻隔技術(shù)蓄存雨水,凈化待用。
圖3 海綿體系技術(shù)路線圖
3.1.1 生態(tài)旱溪[1]
生態(tài)旱溪是指底部為卵石、碎石的地表溝渠。不下雨時,旱溪就像干枯的河床一樣,易與周邊場地景觀結(jié)合。當(dāng)降雨較大時,從雨落管、道路偏溝匯集的雨水在進(jìn)入其他海綿設(shè)施之前,流經(jīng)旱溪時變成涓涓細(xì)流,并使得雨水徑流中一些較大的懸浮物被攔截下來。這對于防止水土流失、改善其他海綿設(shè)施的性能都很有幫助。
旱溪設(shè)計(jì)要點(diǎn):①斷面多為拋物線形,以卵石鋪設(shè)的干涸溪床為主體,寬度應(yīng)大于其深度,依據(jù)現(xiàn)狀條件確定,比例宜控制在2:1。粗糙石塊鋪設(shè)在底部,小卵石鋪設(shè)在邊緣;②設(shè)置蜿蜒的溪床路徑,上游入水口、轉(zhuǎn)彎處增加溪床寬度,鋪設(shè)粗糙卵石;下游出水口增加床底寬度,鋪設(shè)細(xì)卵石;③下墊面可鋪設(shè)透水土工布,上面用砂或礫石覆蓋;④溪床中央種植草本植被,兩側(cè)可增加喬木、灌木,植物選擇參考雨水花園(圖4)。
圖4 旱溪構(gòu)造圖
3.1.2 雨水塘
雨水塘有時可結(jié)合綠地、開放空間等場地條件設(shè)計(jì)為多功能調(diào)蓄水體,即平時發(fā)揮正常的景觀及休閑、娛樂功能,暴雨發(fā)生時發(fā)揮調(diào)蓄功能,實(shí)現(xiàn)土地資源的多功能利用[2-3]。雨水塘一般由進(jìn)水口、前置塘、主塘、溢流出水口、護(hù)坡及駁岸、維護(hù)通道等構(gòu)成(圖5)。
圖5 雨水塘意向圖
3.1.3 小微濕地
小微濕地指周期性積水、面積在1ha以下、具有一定生態(tài)功能的小型濕地,包括河流(寬度一般在5m以下)、泡沼、溪流、泉、潭等天然濕地,也包括坑塘、養(yǎng)殖塘、水田、城市景觀水面和凈化濕地等人工濕地[4]。它的功能主要包括水質(zhì)凈化、蓄滯徑流、維持生物多樣性、景觀游憩等。
小微濕地建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持如下原則:因地制宜,合理布局;生態(tài)優(yōu)先,科學(xué)恢復(fù);突出功能,經(jīng)濟(jì)美觀。主要包括形態(tài)設(shè)計(jì)、基質(zhì)設(shè)計(jì)、岸帶設(shè)計(jì)、水量設(shè)計(jì)、植物選擇與配置等流程。
3.2.1 設(shè)施容積計(jì)算
采用容積法[5]進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積計(jì)算,并使匯水區(qū)域的雨水進(jìn)入相應(yīng)的低影響開發(fā)設(shè)施,滿足項(xiàng)目的雨水年徑流總量控制率不低于76%、年徑流污染削減率(以TSS計(jì))不低于65%的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
容積法計(jì)算公式如式(1):
式中:V——設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積(m3);H——設(shè)計(jì)降雨量(mm);φ——綜合雨量徑流系數(shù);F——匯水面積(hm2)。
3.2.2 年徑流污染物去除率(SS)計(jì)算
由于坡度較大,山地城市初期沖刷效應(yīng)比平原城市更為顯著,降雨徑流污染物質(zhì)的流失率高于平原城市,能夠在短時間內(nèi)攜帶大量的污染物質(zhì),使得初期徑流具有更強(qiáng)的污染性,可能會造成污染物濃度在短時間內(nèi)急劇上升,導(dǎo)致流域水質(zhì)迅速惡化。
年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率[6]。
通過加權(quán)法計(jì)算出低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率為79%。
年徑流污染物去除率=79x76.3%=60.3%,滿足年徑流污染控制率60%的指標(biāo)要求。
3.2.3 設(shè)施布置
根據(jù)各個溪溝的分布情況,充分利用現(xiàn)狀坑塘,對徑流進(jìn)行調(diào)蓄及凈化。將十八溪溝作為末端海綿設(shè)施,接納地塊雨水,對雨水徑流進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)蓄和凈化。溪溝設(shè)計(jì)與海綿設(shè)施相結(jié)合,利用山地地形高差設(shè)置多重海綿設(shè)施。因地制宜選擇10種設(shè)施,各設(shè)施的規(guī)模如表2所示,其設(shè)施具體布置如圖6所示。
表2 海綿設(shè)施統(tǒng)計(jì)表
圖6 海綿設(shè)施布置圖
使用ICM模擬典型年(2009年)降雨及徑流量情況,對海綿設(shè)施能力進(jìn)行驗(yàn)證。典型年降雨量939mm,總用水量244.5萬m3。按湖塘水系不同調(diào)蓄容積進(jìn)行模擬,結(jié)果顯示:調(diào)蓄容積增加1.94萬m3,總調(diào)蓄量為10萬m3,年溢流場次4次,外排水量118.9萬m3,雨水資源化利用量62.3萬m3,補(bǔ)水量182.3萬m3,年徑流總量控制率76.3%,雨水利用占比27.2%。模擬結(jié)果表明,該海綿設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)定要求(圖7)。
圖7 模擬結(jié)果
本文基于海綿城市設(shè)計(jì)理念,對廣陽島的海綿設(shè)施設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析,并采用相關(guān)公式進(jìn)行了理論計(jì)算。工程充分利用原有地形,采用了生態(tài)湖塘、小微濕地等海綿措施,最后通過ICM模型驗(yàn)證了相關(guān)工程措施可以達(dá)到年徑流總量控制率76%、年徑流污染去除率(以TSS計(jì))≥60%、島內(nèi)雨水資源化利用率25%的目標(biāo),改善了廣陽島的水環(huán)境,保障了水安全,修復(fù)了水生態(tài),有利于涵養(yǎng)水資源。