陜西水利博物館水土保持與環(huán)境治理工程設(shè)計(jì)淺析

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(陜西省水工程勘察規(guī)劃研究院，陜西 西安 710003)

近年來，全球氣溫繼續(xù)增暖，季風(fēng)氣候、地理環(huán)境導(dǎo)致水患日益嚴(yán)重。隨著城市建設(shè)開發(fā)力度的不斷加大，降雨入滲降低，地面徑流增加，雨水資源沒有得到有效合理利用。但同時(shí)，雨水利用率低，現(xiàn)有的排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，往往無法滿足強(qiáng)降雨造成的排水需求，從而引發(fā)洪澇災(zāi)害。黨的十九大把堅(jiān)持人與自然和諧共生納入新時(shí)代堅(jiān)持和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義的基本方略，把水利擺在九大基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之首。人與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展在我國(guó)今后的建設(shè)道路上起到至關(guān)重要的作用。

陜西水利博物館是陜西水文化建設(shè)的標(biāo)志性工程，同時(shí)也是陜西首座集水文化收藏、展示、研究、水科普教育及園林景觀藝術(shù)于一體的水利專業(yè)博物館。借助博物館這一有利平臺(tái)，通過建設(shè)雨水回收循環(huán)利用示范工程，從而推廣“海綿城市”建設(shè)理念，宣傳城市水土流失以及水土保持的重要性，推動(dòng)水生態(tài)文明建設(shè)。

1 概述

陜西水利博物館坐落于咸陽市涇陽縣王橋鎮(zhèn)，距鄭國(guó)渠遺址7 km，距西安市60 km。主展館分為古代水利、近代水利(李儀祉專區(qū))、現(xiàn)代水利、水利科普等四個(gè)展區(qū)，展示了陜西悠久的治水歷史和光輝燦爛的治水文化。

本工程依托場(chǎng)館整體生態(tài)景觀布局。通過對(duì)天然降雨收集(截排水溝)、凈化(生物沉淀池)、利用(景觀噴泉、水池、荷花池)，從而達(dá)到雨水重復(fù)循環(huán)利用效果。循環(huán)系統(tǒng)每個(gè)環(huán)節(jié)，均設(shè)有斷面展示區(qū)域，讓人們近距離了解認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的工作原理，從而達(dá)到宣傳教育珍惜水、節(jié)約水、保護(hù)水的目的。

鄭國(guó)渠的第6代工程-涇惠渠總干渠自西向東穿過博物館，將場(chǎng)館分割為南北兩個(gè)區(qū)域。依據(jù)這一特點(diǎn)，規(guī)劃布置南北兩個(gè)獨(dú)立治理區(qū)域。每個(gè)區(qū)域包括雨水收集系統(tǒng)，雨水循環(huán)利用系統(tǒng)，補(bǔ)水系統(tǒng)，放空系統(tǒng)四部分。

北區(qū)通過新建截水溝，結(jié)合場(chǎng)館四周已建排水溝，收集降雨，最終匯流于生物過濾池。收集到的雨水經(jīng)過沉淀及過濾凈化，通過水泵提升至景觀水池及百米浮雕墻水池，再通過重力自流回主館四周水池，完成三處水體循環(huán)流動(dòng)。景觀池內(nèi)最低處設(shè)放空管，更換水體時(shí)，將余水經(jīng)水溝抽排至涇惠渠。

南區(qū)水文化大道及東西兩側(cè)綠化區(qū)域?yàn)榧畢^(qū)，雨水最終匯集于南側(cè)的斷面展現(xiàn)區(qū)域。雨水經(jīng)卵石過濾之后匯流至荷花池(生物過濾)，處理之后的雨水提升至南區(qū)噴泉池處。水景觀與生物過濾水體之間的互動(dòng)、展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)水體的循環(huán)使用。噴泉池設(shè)放空管，排至西側(cè)水溝。

2 設(shè)計(jì)方案分析

2.1 雨水徑流計(jì)算

根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB50400-2016)，雨水設(shè)計(jì)徑流總量按下式計(jì)算：

W=10ψhyF

(1)

統(tǒng)計(jì)涇陽縣年均降雨量553.3 mm，一年一遇日降雨量為29.2 mm。大塊石鋪砌路面徑流系數(shù)取0.65，綠地徑流系數(shù)取0.10，按地面種類加權(quán)平均計(jì)算綜合徑流系數(shù)。

表1 徑流總量計(jì)算結(jié)果

采用推理公式計(jì)算雨水設(shè)計(jì)流量，公式如下：

Qs=qψF

(2)

設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，按以下公式計(jì)算：

(3)

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，應(yīng)根據(jù)匯水地區(qū)性質(zhì)、地形特點(diǎn)和氣候特征等因素確定，重要干道、重要地區(qū)，應(yīng)采用3～5 a，本次設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(P)采用3 a一遇。

2.2 方案分析

北區(qū)收集利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(集水溝、生物過濾池、蓄水池、景觀池)：

北區(qū)雨水收集設(shè)計(jì)：于場(chǎng)館北側(cè)山坡坡頂圍墻處和踏步兩側(cè)修建集水溝，并將主館北側(cè)原東西向排水溝改建為φ160PVC管道進(jìn)行雨水收集。最終匯集于文化廣場(chǎng)西北處的下凹式生物過濾池。雨水經(jīng)沉淀后流進(jìn)PP模塊之中，處理后的雨水提升至北區(qū)噴泉處(圖1)。

圖1 北區(qū)雨水收集設(shè)計(jì)

循環(huán)水量確定：三個(gè)水池容量大小不一，為達(dá)到自流效果，連通渠道貼地面布置，無水頭壓力?？紤]視覺效果及實(shí)際運(yùn)用條件，最寬處過水?dāng)嗝嬖O(shè)計(jì)尺寸2.0×0.2 m(寬×高)。經(jīng)過水力計(jì)算，過流量0.121 m3/s。以此確定循環(huán)流量?？紤]溢流面水舌厚度為0.04 m，則溢流寬度為10.0 m。水池總寬為25.0 m。則在溢流量上布置挑臺(tái)，壓縮過流斷面。噴泉池抽入百米浮雕池和主館池流量分別為0.044 m3/s，0.077 m3/s。滿足循環(huán)條件。

潛水泵設(shè)計(jì)：潛水泵將水從景觀池抽至百米浮雕水池，及主館四周水池。設(shè)計(jì)流量為0.121 m3/s，上水面高程102.23 m，下水面高程99.40 m，凈揚(yáng)程2.83 m。依據(jù)流量、揚(yáng)程，選擇WL2 290～670潛水泵1臺(tái)。

生物過濾池設(shè)計(jì)：集雨管雨水匯至新建生物過濾池。粗濾后進(jìn)入PP模塊中進(jìn)一步過濾、儲(chǔ)存。三年一遇日降雨量為29.2 mm，日最大徑流總量為698.1 m3。新建圓形下凹式生物過濾池尺寸D為10.0 m，深度為1.5 m，面積為100 m2，蓄水量按100 m3考慮。在生物過濾池中經(jīng)過簡(jiǎn)單的沉淀，排入PP模塊組合而成的雨水儲(chǔ)水池中，多余降雨沿排水溝排走(圖2)。

圖2 生物過濾池

南區(qū)收集利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)(管溝、植草溝、生物過濾、景觀池)：

南區(qū)雨水收集設(shè)計(jì)：沿東西兩側(cè)水文化大道路側(cè)布置集雨管道φ90PVC管。兩側(cè)綠化帶內(nèi)，間隔40.0 m布置橫向植草溝，長(zhǎng)5.0 m，各5條。溝底為φ160PVC管與縱向集雨管相連通。雨水最終匯集于場(chǎng)館南側(cè)的斷面展現(xiàn)區(qū)域，然后至50.00 m3荷花池(生物過濾)，處理之后的雨水提升至南區(qū)噴泉池，用于噴泉景觀播撒(圖3)。

圖3 南區(qū)雨水收集設(shè)計(jì)

3 結(jié)語

本文對(duì)陜西水利博物館水土保持與環(huán)境治理設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)問題進(jìn)行了逐一分析?？偟膩碚f，該項(xiàng)目是建立在“節(jié)水優(yōu)先”的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用“海綿城市”的新理念治理城市水問題的一種新思路。通過對(duì)雨水收集循環(huán)利用并展示，對(duì)推動(dòng)水生態(tài)文明建設(shè)起到促進(jìn)作用。