滲水井在城市道路排水中的應(yīng)用

摘要：近年來全國各地城市一方面頻繁遭遇強暴雨襲擊，引發(fā)嚴重內(nèi)澇，另一方面地下水位嚴重下降。為有效解決城市內(nèi)澇與地下水位下降問題，本文簡要介紹滲水井在城市道路排水中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：滲水井；城市內(nèi)澇；地下水位下降

一、城市內(nèi)澇災(zāi)害原因分析

近年來全國各地城市遭受城市內(nèi)澇，造成這一現(xiàn)象主要有以下原因。

1、缺乏雨水安全生態(tài)排放理念

需要轉(zhuǎn)變雨水排水規(guī)劃理念。目前排水方式大多采用管渠系統(tǒng)排水，有的地區(qū)甚至通過一味增大雨水排水管渠系統(tǒng)，提高排水能力。一方面，加大經(jīng)濟投入，導(dǎo)致城鄉(xiāng)防洪排澇壓力較大，洪澇災(zāi)害頻發(fā)；另一方面，雨水來多少排多少，違背雨水自然規(guī)律，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。

2、地面硬質(zhì)化導(dǎo)致雨水徑流增加

伴隨我國城市化進程加快，大量填湖建房，蓋河修路，侵占行洪河道，原來大面積的透水地面被建筑物、瀝青、混凝土等不透水材料覆蓋，阻斷了雨水入滲地下的通道，加大了地面雨水徑流，加大了雨水管渠排水系統(tǒng)壓力，導(dǎo)致洪澇災(zāi)害頻發(fā)。

3、排水管渠標準系統(tǒng)需要完善

排水標準需要適當提高。排水設(shè)施一般隨著城市的不斷發(fā)展而完善，由于經(jīng)濟等原因不同時期的排水標準不同，一般老城區(qū)的排水標準相對偏低，目前約1年一遇，有的地區(qū)甚至還要低一些。新建地區(qū)排水標準一般1～3年一遇。

排水設(shè)施有待完善。有的排水系統(tǒng)雨水泵站和主干管線已經(jīng)建成，排水支管尚未完善，或下游管道管徑偏小造成瓶頸，導(dǎo)致實際排水能力達不到規(guī)劃標準而淹水。排水管渠系統(tǒng)維護管理十分重要。河道淤積，管道、雨水井堵塞，導(dǎo)致排水管渠系統(tǒng)形同虛設(shè)，難以發(fā)揮排水作用.

二、城市地下水現(xiàn)狀

以北京為例。多年來，北京水資源緊缺已成共識，截至今年，北京地下水已連續(xù)十五年超采，地下水位比1998年同期下降12.83米。而專家認為，水資源可承載的人口數(shù)量現(xiàn)在已接近飽和。從1999年起，北京就開始超采地下水，每年超采約五億立方米。連年的超采造成地下水位迅速下降，截至今年，北京市平原區(qū)地下水平均埋深24.5米，與上年同期相比，地下水位下降0.3米，地下水儲量減少1.5億立方米；與超采前的1998年同期相比，地下水位下降12.83米，地下水儲量減少65億立方米。

由于長期超采，使地下水位大幅度下降，造成弱透水層和含水層孔隙水位壓力降低，黏性土層孔隙水被擠出，使黏性土產(chǎn)生壓密變形，從而引起地面沉降。目前，全國有近70個城市因不合理開采地下水誘發(fā)了地面沉降，沉降范圍6.4萬平方千米，沉降中心最大沉降量超過2米的有上海、天津、太原、西安、蘇州、無錫、常州等城市，其中天津塘沽的沉降量達到3.1米。此外，西安、大同、蘇州、無錫、常州等城市的地面沉降同時伴有地裂縫，對城市基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成嚴重威脅，而在河北、山東、云南、廣東、海南等地也有不同程度的地裂縫發(fā)生。

地下水位下降還對城市園林綠化影響產(chǎn)生影響。地下水位的大幅下降，使井泉、河流干涸，土壤水分大量漏失，嚴重影響地面植物與樹木的正常生長，破壞了美好的自然景觀。像北京的海淀、萬泉莊、圓明園等曾井泉涌流，現(xiàn)在泉眼都干涸了，及大地影響了其風(fēng)景旅游價值。地下水位下降，還加速了河水的下滲與河流的干涸，不僅使地表草被植物枯死，而且使速生喜水的楊樹、柳樹等生長困難，幼樹不勤澆水則不易成活，導(dǎo)致城市綠化用水大量增加。

三、滲水井排水技術(shù)

按常規(guī)拆除、重建排水系統(tǒng)，不僅難度之大不可想象，而且地下水位下降問題也沒有得到有效解決。很多歐洲城市，排水系統(tǒng)是先于城市修建。而巴黎的排水系統(tǒng)更是奧斯曼推倒巴黎重來修建的結(jié)果。而回到中國城市，往往是建成區(qū)存在著嚴重的內(nèi)澇問題，甚至是很多新城區(qū)因為設(shè)計標準太低而內(nèi)澇。在這種情況下，無論是經(jīng)濟成本還是施工難度，都存在著難以克服的困難。

滲水井應(yīng)用于城市道路排水技術(shù)是對當前我國雨水排水系統(tǒng)的改進，在保留原排水管道的情況下，在雨水檢查井處增設(shè)滲水井，使原本以排為主的設(shè)計理念變成以“滲、滯、排”為主的安全生態(tài)雨水排水理念。在緩解雨水管排水壓力的同時，因打通了地表水的滲透途徑，很好地緩解了地下水位下降問題。

因滲水井對原有雨水排水系統(tǒng)充分利用，免去了重建的巨大資金投入，又因滲水井施工占用道路較小，可最大程度地減小雨水管網(wǎng)改造對交通的干擾。采用人工挖孔，施工方便、速度較快、不需要大型機械設(shè)備，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機沖孔、回旋鉆機鉆孔節(jié)??；人工挖孔技術(shù)在公路、民用建筑中已得到廣泛應(yīng)用。所以滲水井技術(shù)特別適合排水設(shè)計標準較低的老城區(qū)雨水管改造。

1、滲水井設(shè)計

滲水井采用人工挖孔施工，滲水井設(shè)于每個雨水檢查井下，直徑為1.5米～2米，井壁采用C30鋼筋混凝土，鋼筋采用HRB335；井底設(shè)計標高為地下水位以下1米，且井深不大于20米。井口設(shè)環(huán)形檢查井基礎(chǔ)。井身每節(jié)深約一米，先挖土后支模澆筑井身混凝土，往下施工時以每節(jié)作為一個施工循環(huán)（即挖好每節(jié)后澆注混凝土井壁）。挖孔達到設(shè)計標高后，應(yīng)進行孔底處理，必須做到平整，無松渣、污泥及沉淀等軟層。待井身混凝土達到強度要求后，井底填筑70cm片石和30cm碎石。

2、滲水井可行性分析

以北京老城區(qū)某條遭遇過淹水的舊街道為例。道路全長520米，道路寬度30米，雨水管布設(shè)于兩側(cè)非機動車道下，管徑800mm，檢查井間距40米。

雨水設(shè)計流量公式

Q=q*Ψ*F

q：設(shè)計暴雨強度

Ψ：徑流系數(shù)，取0.65

F：匯水面積，取3.82公頃

設(shè)計暴雨強度采用北京暴雨強度公式

P：暴雨重現(xiàn)期，取5年

t1：地面積水時間，取5min

t2：管內(nèi)雨水流行時間

雨水灌渠流速

R：水力半徑

I：水力坡降，取0.005

n：粗糙度系數(shù)，取0.014

由于道路設(shè)計時排水采用標準比現(xiàn)行規(guī)范低，按現(xiàn)行規(guī)范《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB 50014-2006計算，得出雨水設(shè)計流量：1004.12 L/s，流速：1.73 m/s，水流有效斷面面積：0.581㎡，對應(yīng)管道直徑860mm>800mm，不滿足現(xiàn)行排水規(guī)范要求。

采用滲水井對雨水調(diào)蓄：

于每個檢查井下設(shè)滲水井，全線共計26個，取滲水井直徑為1.5米、井深15米，則滲水井調(diào)蓄水有效容積為585.0m3。

V：調(diào)蓄池有效容積

Q：調(diào)蓄前設(shè)計流量

b、n：暴雨強度公式參數(shù)，取b= 8，n=0.711

α：脫過系數(shù)，為調(diào)蓄后與調(diào)蓄前設(shè)計流量的比值

經(jīng)計算得，α=0.826，則調(diào)蓄后設(shè)計流量為829.40 L/s，對應(yīng)管道直徑780mm<800mm，滿足排水要求。

通過增設(shè)滲水井，在不計滲水井滲流流量的情況下，原排水管道已滿足排水要求。對于雨量不是特別大的情況，滲水井能完全調(diào)蓄所有雨水，通過下滲有效補充地下水，緩解地下水位的下降。

四、結(jié)語

滲水井是基于安全生態(tài)雨水排水理念提出的、適用于解決城市內(nèi)澇及城市地下水位下降的工程解決方案，特別適合地下水較低的北方城市雨水管網(wǎng)改造及新建工程。

參考文獻：

[1] 北京市市政工程設(shè)計研究總院.給水排水設(shè)計手冊（第5冊）：城鎮(zhèn)排水[M].中國建筑工業(yè)出版社.

[2] GB 50014-2006.室外排水設(shè)計規(guī)范（2014年版）[S]