稼先東路市政工程雨水綜合利用及效益分析

張純權(quán)，應(yīng)恩宇

(江西省水土保持科學(xué)研究院，南昌 330029)

1 工程概況

稼先東路市政工程位于深圳龍崗區(qū)坂田北片區(qū)。道路呈東西走向，西起坂雪崗大道，起點(diǎn)坐標(biāo)為E22°39’10.68"，N114°3'43.63"；東至坂瀾大道，終點(diǎn)坐標(biāo)為E22°38'59.31"，N114°4'11.80"。道路全長(zhǎng)約0.91km，沿線與城市規(guī)劃道路寶象路、稼學(xué)路、雪象路等市政道路相交，雙向六車(chē)道，規(guī)劃紅線寬度為50m，設(shè)計(jì)車(chē)速50km/h，規(guī)劃定位為城市主干道。項(xiàng)目總用地面積為46943.85m2，用地紅線面積為42486.92m2，永久占地面積為4456.93m2。

2 工程區(qū)雨水量測(cè)算

2.1 綜合徑流系數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，項(xiàng)目建設(shè)區(qū)非鋪砌的土路面面積為31798m2，綠地面積為4476m2，混凝土路面面積為5561m2，硬屋面面積為651.9m2，深圳市標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件——《低影響開(kāi)發(fā)雨水綜合利用技術(shù)規(guī)范》(SZDB/Z 145-2015)所提供的徑流系數(shù)查算表見(jiàn)表1。

表1 徑流系數(shù)查算表

綜合徑流系數(shù)按下式計(jì)算：

(1)

式中：K綜合為綜合徑流系數(shù)；Ki為下墊面所對(duì)應(yīng)的雨量徑流系數(shù)；Fi為下墊面占地面積(m2)。將本工程建設(shè)區(qū)原地貌條件下施工前下墊面類(lèi)型占地面積及所對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)代入式(1)便可得到綜合徑流系數(shù)為0.36，詳見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)施工前徑流系數(shù)計(jì)算成果表

續(xù)表2 項(xiàng)目建設(shè)區(qū)施工前徑流系數(shù)計(jì)算成果表

2.2 可收集雨水量

稼先東路市政工程區(qū)內(nèi)可收集雨水量按照下式確定：

W=H·A·Φ·α·ψ

(2)

式中：W為年收集雨水量，m3；H為年降水深度均值，m；A為匯水面積，m2；Φ為綜合徑流系數(shù)，取0.36；α為季節(jié)性雨量折減系數(shù)，工程區(qū)年降水量均值為895.6mm，且夏季6-9月的降雨量在全年總降雨量中占比65%，雨水綜合開(kāi)發(fā)利用應(yīng)以汛期降雨量為利用重點(diǎn)，所以季節(jié)性雨量折減系數(shù)取0.65；ψ為初期雨量棄流系數(shù)，根據(jù)《低影響開(kāi)發(fā)雨水綜合利用技術(shù)規(guī)范》(SZDB/Z 145-2015)，初期雨量棄流系數(shù)取0.85。

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2)得，稼先東路市政工程區(qū)內(nèi)可收集雨水量約為7.3×104m3。

3 工程區(qū)雨水綜合利用設(shè)計(jì)

主體設(shè)計(jì)在項(xiàng)目區(qū)南側(cè)沿綠化帶及雨水管設(shè)計(jì)了一套雨水綜合利用工程，包括永久截排水設(shè)計(jì)，永久攔擋設(shè)計(jì)，永久覆蓋設(shè)計(jì)、沉砂池等，可降低洪峰流量、遲滯洪峰到達(dá)時(shí)間，增強(qiáng)項(xiàng)目區(qū)雨水集蓄能力，發(fā)揮水土保持功能。

3.1 永久截排水設(shè)計(jì)

根據(jù)主體設(shè)計(jì)資料，主體設(shè)計(jì)在邊坡的坡腳和有區(qū)外匯水的道路段設(shè)置混凝土排水溝，采用混凝土筑矩形結(jié)構(gòu)，C35混凝土墊層，斷面尺寸0.4m×0.5m(寬×深)，排水溝全長(zhǎng)566m，其中蓋板邊溝432m，排水邊溝(明溝)143m。控制坡面匯流面積大約2210m2。按照水土保持方案編制有關(guān)規(guī)定，本方案對(duì)主體設(shè)計(jì)排水溝進(jìn)行過(guò)流能力校核，項(xiàng)目地處城市建設(shè)城區(qū)，故施工期產(chǎn)、匯流采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2016年版)》雨水流量公式(式3)和設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度公式(式4)進(jìn)行計(jì)算，采用重現(xiàn)期3a一遇進(jìn)行校核。

Q=Φ·q·F

(3)

式中：Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s·hm2；F為匯水面積，hm2，根據(jù)施工期設(shè)計(jì)排水溝的走向，本項(xiàng)目單個(gè)排水出口排水溝收集的最大匯流面積為4.21hm2；其余參數(shù)含義同前。

本工程設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度采用深圳市新一代暴雨強(qiáng)度公式[1]進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為：

(4)

式中：T為重現(xiàn)期；t為降雨歷時(shí)，min，且t=t1+mt2為地面集雨時(shí)間，min，地面集雨時(shí)間視距離長(zhǎng)短、地形坡度和地面鋪蓋情況而定，一般取5-15min，深圳地區(qū)常規(guī)的取值則為8-12min，本工程取10min；t2為管內(nèi)流行時(shí)間，min，施工過(guò)程中不考慮管內(nèi)流行時(shí)間；m為延緩系數(shù)。

本工程永久截排水主體設(shè)計(jì)排水溝設(shè)計(jì)洪峰流量計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3，過(guò)流能力校核詳見(jiàn)表4。

表3 主體設(shè)計(jì)永久排水溝洪峰流量計(jì)算表

表4 永久排水溝過(guò)水流量校核表

經(jīng)校核，主體設(shè)計(jì)中混凝土排水溝設(shè)計(jì)斷面過(guò)流能力可滿足要求。

3.2 永久沉砂設(shè)計(jì)

按照工程區(qū)雨水綜合利用設(shè)計(jì)要求，永久沉砂設(shè)施容量應(yīng)滿足下列要求：雨季開(kāi)挖擾動(dòng)時(shí)，每公頃沉砂池容量≥100m3；旱季開(kāi)挖擾動(dòng)時(shí)，每公頃沉砂池容量≥50m3；未開(kāi)挖擾動(dòng)或完成水土保持措施時(shí)，每公頃沉砂池容量≥15m3；項(xiàng)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蝕模數(shù)法估算[2]，采用水土流失量估算時(shí)，沉砂設(shè)施泥砂量為水土流失量估算值的1/2；采用侵蝕模數(shù)法估算公式如下：

(5)

式中：WS為進(jìn)入沉砂池的總泥砂量，t；λ為輸移比，a/ t/km2·a，取0.45a/ t/km2·a；MS為場(chǎng)地平均土壤侵蝕模數(shù)，t/km2·a；F為各沉砂池的控制集雨面積，km2；γC為泥砂的容重，t/m3，一般取1.2t/m3。

永久沉砂池沉砂容積估算公式：

(6)

式中：η為沉砂效率，%，以80%計(jì)；N為每年的清淤次數(shù)，按8次計(jì)；VS為沉砂池有效沉砂容積，m3；其余參數(shù)含義同前。

本項(xiàng)目施工期匯水分4個(gè)排水出口排出區(qū)外，因此分4個(gè)泥砂量估算單元。以下為沉砂設(shè)施容量計(jì)算過(guò)程。水土流失單元1水土流失面積為4.21hm2，平均侵蝕模數(shù)按15000t/km2·a計(jì)算，根據(jù)沿排水溝每100m布設(shè)1個(gè)沉砂池，水土流失單元1匯流區(qū)域內(nèi)沉砂池的布設(shè)數(shù)量為15個(gè)，單個(gè)沉砂池控制集雨面積為0.0028km2，計(jì)算得進(jìn)入沉砂池的總泥砂量為10.50t，單個(gè)沉砂池有效沉砂容積1.05m3。方案設(shè)計(jì)的永久沉砂池容量分變?yōu)?.25m3及9.0m3，均符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 永久攔擋設(shè)計(jì)

擬建沿施工范圍線主體設(shè)計(jì)采用彩鋼板進(jìn)行施工圍擋，圍擋高1.85m，總長(zhǎng)度2165m，圍擋底部設(shè)置土袋攔擋，可有效攔截場(chǎng)地周邊匯水并防止區(qū)內(nèi)匯水流出。道路分段進(jìn)行施工，可重復(fù)利用。工程施工期間為防止管線施工永久堆土產(chǎn)生水土流失，方案設(shè)計(jì)對(duì)管線開(kāi)挖兩側(cè)永久堆土采取永久編織土袋攔擋措施；本工程共計(jì)布設(shè)土袋攔擋867m3，編織土袋可根據(jù)管線分段施工重復(fù)利用，土袋用土為管線開(kāi)挖永久堆置的回填用土。

3.4 永久覆蓋設(shè)計(jì)

對(duì)項(xiàng)目區(qū)內(nèi)未及時(shí)硬化或綠化的永久堆土、裸露地表和邊坡、施工建筑材料(沙料等)、管道工程施工開(kāi)挖堆土等在降雨或大風(fēng)天來(lái)臨前用土工布永久覆蓋，既可避免雨水直接沖刷產(chǎn)生水土流失，又能防止揚(yáng)塵對(duì)周邊環(huán)境造成的污染。預(yù)計(jì)使用土工布面積14493m2。

4 效益分析

工程區(qū)雨水綜合利用工程雨水集蓄池所產(chǎn)生的集水量可以代替自來(lái)水用于基地項(xiàng)目綠化及工程以養(yǎng)護(hù)方面。工程區(qū)綠地面積15.87hm2，養(yǎng)護(hù)過(guò)程1次耗水量約為450t，養(yǎng)護(hù)時(shí)間間隔5-8d，所以，夏秋季養(yǎng)護(hù)期間共耗水16070t。按照影子水價(jià)并考慮水資源價(jià)值[3]計(jì)算，2019年工程區(qū)水資源影子價(jià)格6.50元/t，則1年可節(jié)約自來(lái)水費(fèi)用約為10.45萬(wàn)元。此外，還應(yīng)考慮蓄積雨水池設(shè)置、雨水入滲綜合利用后排水系統(tǒng)設(shè)施費(fèi)用、管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)、污水處理費(fèi)、管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)等方面的節(jié)省。

工程區(qū)透水性地面的鋪設(shè)結(jié)合綠地的雨水下滲，能使地下水源得到有效回灌、補(bǔ)充和涵養(yǎng)，抵消環(huán)島效應(yīng)，改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益。

5 結(jié) 論

通過(guò)文章分析表明，雨水綜合利用設(shè)計(jì)在采用新理念、新方法和新技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)修建雨水集蓄池、沉砂池、透水瀝青路面、加鋪植草磚等措施，以就地收集并利用工程區(qū)天然雨洪資源，促使工程區(qū)雨水資源“零排放”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益顯著。在綠色建筑理念的引領(lǐng)下，雨水綜合利用設(shè)計(jì)日益成為建筑工程水土保持的重要舉措之一，在充分利用區(qū)域雨洪資源的同時(shí)，還能促使工程區(qū)水土保持目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。