南通城市典型水土保持措施的設(shè)計(jì)

張宇亮， 黃 莉， 季 巍

(1.南通市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 南通 226000； 2.南通市水利局， 江蘇 南通 226000)

1 城市水土流失的危害

長(zhǎng)久以來(lái)，人們都以為水土流失發(fā)生在偏遠(yuǎn)的山區(qū)，而忽略了城市的水土流失。由于城市化速度加快，城市建設(shè)速度提高，各種新科技、新技術(shù)的運(yùn)用導(dǎo)致水土流失的加快。流失速度快、流失面廣、流失點(diǎn)多是當(dāng)前城市水土流失的幾個(gè)特點(diǎn)[1]。工程建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的水土流失，若不采取有效的預(yù)防和防治措施，將會(huì)產(chǎn)生一定的危害[2]，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)阻塞周邊市政管網(wǎng)。施工過(guò)程中，各種建設(shè)活動(dòng)擾動(dòng)原地表，土石方開(kāi)挖過(guò)程中容易產(chǎn)生水土流失，項(xiàng)目區(qū)利用周邊市政雨水管網(wǎng)排水，容易阻塞周邊市政管網(wǎng)。

(2)影響當(dāng)?shù)刈匀痪坝^工程。擾動(dòng)原地貌，施工過(guò)程中開(kāi)挖的松散土石方等若直接受降水沖刷或浸泡，易造成水土流失，影響周邊水環(huán)境。

(3)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境帶來(lái)不利影響。在工程施工期間，造成的揚(yáng)塵在遇到暴雨的情況下，可能比較嚴(yán)重的水土流失，對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成破壞。

我國(guó)陸續(xù)頒布了一系列重要的相關(guān)水土保持法規(guī)，從 1982年6月30日頒布的《水土保持工作條例》開(kāi)始，1991年6月29日頒布了《中華人民共和國(guó)水土保持法》，2010年12月25日修訂頒布了《中華人民共和國(guó)水土保持法》，2017年江蘇省修訂頒布了《江蘇省水土保持條例》，為預(yù)防和治理水土流失，保護(hù)和合理利用水土資源，減輕水、旱、風(fēng)沙災(zāi)害，改善生態(tài)環(huán)境，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了依據(jù)[3]。筆者結(jié)合工作的體會(huì)談?wù)勀贤ǔ鞘薪ㄔO(shè)項(xiàng)目水土保持措施的設(shè)計(jì)。

2 南通市水土流失概況和治理典型設(shè)計(jì)

2.1 自然地理及水土流失概況

南通市屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原，地勢(shì)平坦，地下水為第四系松散沉積孔隙水，地層滲透性較好，地下水類型為淺表層包氣帶上層滯水、潛水、層間水。全市地下水有4個(gè)含水層，地表向下分為潛水、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、承壓水含水層，含水量豐富。

南通市屬北亞熱帶濕潤(rùn)性氣候區(qū)，季風(fēng)影響明顯，四季分明 ，氣候溫和，光照充足，雨水充沛，無(wú)霜期長(zhǎng)。多年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫為39℃(1960年8月7日)，極端最低氣溫為-10.9℃(1977年1月31日)。多年平均降水量為1 087.4 mm，年最大降水量1 811.9 mm(1991年)，年最小降水量243.6 mm(1933年)，年蒸發(fā)量在840 mm。本區(qū)降水集中在5-9月，降水量占全年的64.6%。年平均日照時(shí)數(shù)2 100～2 200 h。全年多東南風(fēng)，冬季有西北風(fēng)，夏秋季受臺(tái)風(fēng)影響較大，也是降水的主要季節(jié)。

南通市氣候濕潤(rùn)，雨水充沛，植物種類繁多，植被資源豐富。屬北亞熱帶常綠落葉闊葉林區(qū)。由于人類生產(chǎn)活動(dòng)和自然災(zāi)害的影響，原生植被較少，代之以次生林植被、人工林和農(nóng)田植被。落葉闊葉樹(shù)種有廣玉蘭、女貞樹(shù)、梧桐樹(shù)、柳樹(shù)等，常綠闊葉樹(shù)種有冬青、香樟、石楠等，常綠針葉有杉樹(shù)、側(cè)柏等，落葉針葉有水杉、池杉等。

南通市現(xiàn)有水土流失面積280.29 km2，均為微度侵蝕，占南通市國(guó)土面積(不含長(zhǎng)江及沿海灘涂)的3.19%。水土流失主要集中在高沙土地區(qū)，沿江、沿海沙土區(qū)。根據(jù)《土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—2007)，南通市土壤侵蝕類型的一級(jí)分區(qū)為水力侵蝕類型區(qū)，二級(jí)分區(qū)為南方紅壤丘陵區(qū)中的長(zhǎng)江中下游平原區(qū)。按區(qū)劃分，南通市有54個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于省級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)，47個(gè)街道屬于水土流失易發(fā)區(qū)。

2.2 典型設(shè)計(jì)

2.2.1 植物措施典型設(shè)計(jì)

植物措施所采用的樹(shù)種、草種，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、水土流失防治目標(biāo)及綠化目的進(jìn)行選擇，且既要考慮到水土保持功能又要兼顧綠化美化要求。南通地區(qū)沿江沿海，在海邊進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目時(shí)要考慮到鹽堿地段適宜種植的植物，在布設(shè)植物措施時(shí)，樹(shù)種、草種的選擇應(yīng)遵循以下原則：

(1)為提高綠化成功率，本土的樹(shù)種、草種或者在當(dāng)?shù)鼐G化中已推廣使用的樹(shù)種、草種為首選，盡量選擇景觀性好、根部生殖能力強(qiáng)的樹(shù)草種；

(2)遵循保護(hù)環(huán)境和美化環(huán)境相結(jié)合的原則，常綠樹(shù)草種應(yīng)占一定的比例，在條件許可的情況下，可適當(dāng)引進(jìn)新的優(yōu)良樹(shù)草種，以滿足生物多樣性和美化環(huán)境的要求；

(3)選擇一些對(duì)有毒氣體吸收能力強(qiáng)，對(duì)粉塵吸附能力強(qiáng)的植物。經(jīng)調(diào)查，適合南通市項(xiàng)目區(qū)綠化植物種生物特性見(jiàn)表1。

表1 南通市綠化植物種生物特性表

除在地面進(jìn)行綠化外，綠色屋頂已成為海綿城市建設(shè)中的一種新趨勢(shì)，運(yùn)用到南通地區(qū)水土保持治理措施中。綠色屋頂是指人們根據(jù)建筑屋頂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載和屋頂上的生態(tài)環(huán)境條件，選擇生長(zhǎng)習(xí)性與之相適應(yīng)的植物材料，通過(guò)一定技藝，在建筑物頂部及一切特殊空間建造綠色景觀的一種形式。它的涵蓋面不單單是屋頂種植，還包括露臺(tái)、天臺(tái)、陽(yáng)臺(tái)、墻體、地下車庫(kù)頂部、立交橋等一切不與地面、自然、土壤相連接的各類建筑物和構(gòu)筑物的特殊空間的綠化。這些綠色屋頂不僅提高了觀賞性，同時(shí)也起到了不可小覷的生態(tài)效益，如有效控制雨洪徑流，減少建筑能耗和熱島效應(yīng)等，對(duì)美化城市環(huán)境，改善生態(tài)效應(yīng)有著極其重要的意義。

2.2.2 臨時(shí)排水溝典型設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度i，采用南通市暴雨強(qiáng)度公式：

(1)

式中：i為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，mm/min；P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，重現(xiàn)期一般采用0.5～3 a，計(jì)算P取2 a；t為降雨歷時(shí)，根據(jù)匯水距離、地形坡度和地面種類確定，一般采取5～15 min，本次計(jì)算t取10 min。查表后可知，南通市設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度i為270.02 L/(s.hm2)。

(2)雨水設(shè)計(jì)流量Q，按下列公式計(jì)算：

Q=qΨF

(2)

式中：q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(s·hm2)；Ψ為徑流系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)取0.6；F為匯水面積，hm2，南通市一般生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目單條排水溝最大匯水面積為0.40 hm2。經(jīng)計(jì)算，雨水設(shè)計(jì)流量Q為0.065 m3/s。

(3)排水溝斷面尺寸設(shè)計(jì)

臨時(shí)排水溝斷面為梯形斷面尺寸為深30 cm，底寬30 cm，邊坡1∶0.75，如滿槽過(guò)流最大過(guò)水?dāng)嗝娣eA=0.16 m2，濕周為1.05 m，水力半徑為0.15 m謝才系數(shù)C為42.87；排水流量為0.084 m3/s。

(4)排水溝設(shè)計(jì)結(jié)果

排水流量為0.084 m3/s，大于雨水設(shè)計(jì)流量0.065 m3/s，因此設(shè)計(jì)臨時(shí)排水溝斷面滿足場(chǎng)地排水要求。

2.2.3 沉砂池典型設(shè)計(jì)

在排水溝中部和拐角處設(shè)置臨時(shí)沉砂池，用于沉淀泥沙，設(shè)計(jì)單個(gè)沉砂池的長(zhǎng)×寬×深尺寸為2 m×1 m×1.5 m，容積為3 m3。臨時(shí)沉砂池材料為磚砌，四周壁厚12 cm，底厚6 cm，池口加蓋板，定期清淤。臨時(shí)沉砂池主要用于施工期，與臨時(shí)排水溝相結(jié)合，竣工后拆除。

2.2.4 臨時(shí)苫蓋典型設(shè)計(jì)

由于考慮下雨等不利因素對(duì)施工造成影響，大風(fēng)天氣造成揚(yáng)塵，需對(duì)土壤裸露區(qū)域采用密目網(wǎng)人工鋪蓋，4個(gè)角埋入土中，并用重物壓住，減少水土流失。

2.2.5 植草磚透水鋪裝典型設(shè)計(jì)

南通市積極響應(yīng)海綿城市建設(shè)號(hào)召，停車場(chǎng)、廣場(chǎng)等路面大多采用植草磚透水鋪裝，鋪裝形式見(jiàn)圖1，這種材料的原料為各種廢陶瓷、石英砂等，透水性、保水性非常強(qiáng)，透水速率可以達(dá)到5 mm/s以上，其保水性達(dá)到12 L/m3以上。由于其良好的透水性、保水性，下雨時(shí)雨水會(huì)自動(dòng)滲透到磚底下直到地表，部分水保留在磚里面。雨水不會(huì)像在水泥路面上一樣四處橫流，最后通過(guò)地下水道完全流入江河。天晴時(shí)，滲入磚底下或保留在磚里面的水會(huì)蒸發(fā)到大氣中，起到調(diào)節(jié)空氣濕度、降低大氣溫度、清除城市“熱島效應(yīng)”的作用。

圖1 植草磚鋪裝剖視圖

2.2.6 雨水回用系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)

在南通市海綿城市建設(shè)過(guò)程中注重雨水的“蓄”和“用”，結(jié)合地形地勢(shì)和場(chǎng)地現(xiàn)狀，采取利用自然低地、新建或改造現(xiàn)有下凹式場(chǎng)地設(shè)施、建設(shè)雨水調(diào)蓄池三大措施，對(duì)雨水進(jìn)行調(diào)蓄、凈化和再利用，區(qū)域內(nèi)雨水收集利用量明顯增加，雨水資源利用率提高到10%。雨水回用系統(tǒng)流程可分五大環(huán)節(jié)，見(jiàn)圖2，即通過(guò)雨水收集管道收集雨水—棄流截污—PP雨水收集池儲(chǔ)存雨水—過(guò)濾消毒—凈化回用，收集到的雨水用于澆溉農(nóng)作物、補(bǔ)充地下水、還可用于景觀環(huán)境、綠化、洗車場(chǎng)用水、道路沖洗冷卻水補(bǔ)充等非生活用水用途，起到節(jié)約用水、美化城市、改善市民生活環(huán)境的效果。以南通某小區(qū)為例，設(shè)計(jì)了蓄水池PP模塊286.72 m3，清水池PP模塊51.2 m3，一臺(tái)流量為25 m3/h的排污泵，一臺(tái)流量為20 m3/h的提升泵，2臺(tái)流量為15 m3/h的回用泵用于綠化澆灌供水。

圖2 雨水回用系統(tǒng)流程

2.2.7 水土保持措施評(píng)價(jià)

綠化區(qū)域的植物栽種能有效減少地表水土流失，涵養(yǎng)水土；臨時(shí)排水溝能將施工期間的雨水、生活用水以及生產(chǎn)用水有組織地排到場(chǎng)外，以保證施工場(chǎng)地范圍沒(méi)有積水，減少水土流失；臨時(shí)沉砂池可以濾去大的顆粒物，防止水土流失；臨時(shí)苫蓋能減少自然環(huán)境中的陽(yáng)光、雨雪、刮風(fēng)對(duì)土地的侵蝕，減少揚(yáng)塵；植草磚透水鋪裝具有透水性和保水性，可以有效減少水土流失；雨水回用系統(tǒng)對(duì)雨水回收再利用，有效緩解城市缺水問(wèn)題，各項(xiàng)水土保持措施均能有效防止水土流失。

3 結(jié) 語(yǔ)

城市水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)是為了解決在城市化過(guò)程中因自然因素和人為活動(dòng)造成水土流失而導(dǎo)致的城市生態(tài)環(huán)境惡化、城市整體功能衰減等一系列問(wèn)題，主要是減少城市水土流失，減小城市水土資源的污染，調(diào)節(jié)城市氣候，凈化空氣，改善城市環(huán)境，保護(hù)生物多樣性，優(yōu)化生存條件，使城市資源得到合理開(kāi)發(fā)和可持續(xù)利用[4]。

城市是由社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境3個(gè)基本要素相互作用、相互依賴、相互制約而構(gòu)成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，三者的協(xié)調(diào)發(fā)展是城市可持續(xù)發(fā)展的本質(zhì)。環(huán)境是人類賴以生存的條件，又是發(fā)展生產(chǎn)、繁榮經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)源泉，生態(tài)環(huán)境是城市生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。城市水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)就是預(yù)防和治理城市水土流失，保護(hù)城市水土資源，改善生態(tài)環(huán)境，這對(duì)促進(jìn)城市積極社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。