重慶廣陽島生態(tài)化海綿設(shè)施設(shè)計(jì)探討

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）

1 工程概況

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)。

2 設(shè)計(jì)分析

2.1 場地豎向關(guān)系

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

2.2 場地巖土層分布情況

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

2.3 設(shè)計(jì)思路

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 海綿設(shè)施簡介及設(shè)計(jì)實(shí)施

3.1 海綿設(shè)施簡介

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 設(shè)計(jì)實(shí)施

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

3.3 模型驗(yàn)證

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

4 結(jié)論

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。