LID在山地別墅區(qū)防洪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與探討

任黎明　熊昌宇

(江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院,江西 南昌　330046)

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LID在山地別墅區(qū)防洪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與探討

任黎明熊昌宇

(江西省建筑設(shè)計(jì)研究總院,江西 南昌330046)

介紹了山地別墅的概念及特點(diǎn)，并以江西省山地別墅為分析對(duì)象，從山體排水水量計(jì)算、排水收集、存儲(chǔ)、利用等方面，探討了海綿城市建設(shè)技術(shù)在山地別墅區(qū)防洪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有利于保證山地別墅的安全性。

山地別墅，山體排水，海綿城市，防洪設(shè)計(jì)

1　概述

山地別墅是指盡量保持山地原生態(tài)植被，讓建筑物盡量不破壞山地環(huán)境，依托于山地地形建造的別墅。山地別墅作為別墅的一種形式，既適合我國的地理特征又順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，迎合了現(xiàn)代人對(duì)居住環(huán)境高品質(zhì)的追求。在山地別墅建造過程中，通過對(duì)山體原生態(tài)最大限度的保護(hù)，做到因地制宜、相得益彰，使得建筑與環(huán)境融為一體。

南方地區(qū)山地別墅的主要水源是降雨。中國現(xiàn)階段的山體別墅開發(fā)還處在發(fā)展期，在景觀營造過程中，往往對(duì)破壞水平衡的危害性認(rèn)識(shí)不夠深，缺乏對(duì)水體破壞引發(fā)的突發(fā)事件的有效措施。部分別墅區(qū)人為開挖改變山體的排水方式以及水流方向，破壞自然原有的地表徑流和滲透的排水渠道，從而引發(fā)山洪災(zāi)害。

江西山地別墅區(qū)一般均位于山腰，建設(shè)區(qū)外的匯水區(qū)域均大于1 km2以上，暴雨期及梅雨季節(jié)雨水對(duì)別墅區(qū)的影響較大，重點(diǎn)需要防護(hù)山洪的爆發(fā)及引流。

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用[1]。海綿城市建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，將自然途徑與人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度的實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化，促進(jìn)雨水資源的利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。建筑小區(qū)徑流雨水應(yīng)通過有組織的匯流和轉(zhuǎn)輸，結(jié)合小區(qū)綠地和景觀水體優(yōu)先引入以雨水滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)等功能的設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施。

本文立足于江西區(qū)域，對(duì)海綿城市建設(shè)技術(shù)(LID)運(yùn)用于山地別墅區(qū)山體排水設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討，以期將山體排水防治的理念轉(zhuǎn)變?yōu)樯襟w排水防用。

2　山體排水設(shè)計(jì)

2.1山體排水水量計(jì)算探討

1)我國流域很多，一般無實(shí)測(cè)徑流資料，且雨量資料較短缺，因此小流域的設(shè)計(jì)洪水一般采用推理公式或地區(qū)經(jīng)驗(yàn)公式[2]。江西區(qū)域內(nèi)多采用公路科學(xué)研究所經(jīng)驗(yàn)公式(匯水面積小于10 km2)：Qp=KFn，其中，K為徑流模數(shù)；n為面積參數(shù)；F為匯水面積。

2)采用室外排水規(guī)范雨水量Q=qφF，其中，F(xiàn)為匯水面積；q為暴雨強(qiáng)度；φ為徑流系數(shù)[3]。

本文以江西南昌某別墅區(qū)為例，對(duì)兩種計(jì)算方式進(jìn)行分析探討。根據(jù)地形地勢(shì)，該別墅區(qū)地塊外山體匯水面積區(qū)域?yàn)?.96 km2。

a.依據(jù)城市防洪設(shè)計(jì)手冊(cè)，采用公路科學(xué)研究所經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，別墅區(qū)位于郊區(qū)無泥石流，山洪重現(xiàn)期采用10年，K=17，n=1，經(jīng)計(jì)算水量為16.15 m3/s。

b.依據(jù)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范體系，采用南昌地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式，重現(xiàn)期按3年考慮，徑流系數(shù)按綠地考慮采用0.2，降雨歷時(shí)考慮山勢(shì)較陡參照屋面情況，按5 min考慮，則計(jì)算水量為10.67 m3/s。

由上述計(jì)算可以看出，采用山洪經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式值大于采用室外排水規(guī)范計(jì)算值。且若方法2)徑流系數(shù)不變的情況，即便兩者公式采用同樣重現(xiàn)期，方法1)得到的數(shù)值仍大于方法2)。若將方法2)徑流系數(shù)改變至土路面0.3時(shí)，則計(jì)算值接近于方法1)。但方法1)的缺點(diǎn)為地區(qū)性區(qū)別較少，山體的植被及綠化情況無區(qū)別。

通過幾個(gè)工程現(xiàn)場(chǎng)情況與計(jì)算值核實(shí)，采用方法1)計(jì)算所得的數(shù)值基本等同于歷年沖刷現(xiàn)狀土溝的排水能力。因此，本文認(rèn)為對(duì)于江西地區(qū)山地別墅區(qū)山體排水應(yīng)采用山洪的計(jì)算體系計(jì)算，采用室外排水計(jì)算體系(徑流系數(shù)取0.3)，根據(jù)不同地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式進(jìn)行復(fù)核。

2.2山體排水收集

山區(qū)、半山區(qū)、山坡植表破壞區(qū)暴雨以后徑流很快大量集中，造成危害，治理的措施主要為植物措施和工程措施相結(jié)合的方法[2]。植物措施主要有種植造林和合理播種等，工程措施主要有進(jìn)行溝頭保護(hù)、修筑塘壩、截水溝、排洪渠、山洪溝等。為了保護(hù)山地別墅區(qū)免受山體排水影響，一般工程做法均在別墅區(qū)的受水面設(shè)置截水溝，截水溝采用漿砌片石或磚砌。

海綿城市建設(shè)技術(shù)(LID)概念引入后，截水溝設(shè)計(jì)采用植草溝，植草溝曼寧系數(shù)采用0.25，流速控制于0.6 m/s，斷面采用梯形，種植草皮，草皮控制高度為0.1 m，h=500 mm，i=1∶3，b1，b2根據(jù)水量計(jì)算得出。斷面形式如圖1所示。

采用該方案設(shè)計(jì)后，減少了工程造價(jià)及施工難度(片石運(yùn)輸及破碎)，受到業(yè)主及施工單位的認(rèn)可，工程實(shí)施后效果明顯，運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3山體排水存儲(chǔ)與利用

山地別墅山體排水截水溝收集后進(jìn)入景觀水體(一般位于小區(qū)中部)或排洪渠，景觀水系多采用鋼筋混凝土硬化，出于小區(qū)人員安全考慮，水系水深均設(shè)置于0.5 m～1.0 m深，水量調(diào)節(jié)功能

有限。海綿城市建設(shè)技術(shù)(LID)概念引入后，工程設(shè)計(jì)中均建議業(yè)主設(shè)置塘壩，用于存儲(chǔ)、凈化雨水，后續(xù)用于小區(qū)內(nèi)部景觀水系補(bǔ)水。塘壩設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合景觀及滲透塘功能要求進(jìn)行，分為前置塘和蓄水區(qū)。

塘壩設(shè)計(jì)斷面參考滲透塘的做法，僅將滲透塘的透水土工布換成防滲土工布，具體設(shè)計(jì)為：邊坡坡度采用1∶3，塘底至溢流水位3.5 m，塘底部由上至下分別設(shè)計(jì)為300 mm種植土，防滲土工布、300 mm過濾礫石層。塘壩設(shè)置3個(gè)水位，分別為放空水位、景觀水系補(bǔ)水水位、洪水溢流水位。

2.4水量平衡計(jì)算分析

江西區(qū)域內(nèi)山地別墅區(qū)一般在無雨季節(jié)時(shí)均有泉水或山體滲出水，但水量較少用于小區(qū)內(nèi)景觀水系補(bǔ)水較少。小區(qū)景觀水系跌落高差較大，采用循環(huán)水成本較高，因此設(shè)計(jì)推薦均采用自然水系與雨水儲(chǔ)存補(bǔ)充。本文以某別墅區(qū)為例進(jìn)行水量平衡分析。

江西南昌市某小區(qū)山體匯水面積0.96 km2，景觀水系正常水深0.5 m(雨季1.2 m)，景觀水域總面積5 600 m2，景觀水系正常出水口寬0.5 m，溢流出水堰上水頭0.05 m。

1)根據(jù)江西山體植被情況及水利部門經(jīng)驗(yàn)，干旱期山體產(chǎn)水量每平方千米約100 m3/d，則正常山體產(chǎn)水量Q產(chǎn)=96 m3/d。

2)鄱陽湖流域平均年水面蒸發(fā)量1 100 mm/年[4]，7月～9月占全年的50%計(jì)，最大日蒸發(fā)量Q蒸=1 100×0.5×(5 600+2 694)/3/1 000/30=50 m3/d。

3)景觀水系日出水量按不淹沒式矩形堰計(jì)算Q出=949 m3/d，由此干旱季節(jié)日缺水量為Q補(bǔ)=949+50-96=903 m3/d。

4)最長未下雨歷時(shí)按15 d計(jì)，則需要Q′=13 545 m3。

設(shè)計(jì)塘壩有效景觀補(bǔ)水水深按3.0 m，塘壩面積為2 694 m2，調(diào)節(jié)容積Q=8 082 m3，景觀水系調(diào)節(jié)容積Q=0.7×5 600=3 920 m3。通過分析計(jì)算，一般情況下該小區(qū)設(shè)置塘壩儲(chǔ)水后水量基本滿足平衡關(guān)系，在特殊干旱季節(jié)或年份需要適當(dāng)補(bǔ)水。

3　結(jié)語

山地別墅區(qū)暴雨期及梅雨季節(jié)山體排水處理不當(dāng)可能引發(fā)山洪，危害極大。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)以實(shí)地山體植被情況為準(zhǔn)，從安全角度出發(fā)，以海綿城市建設(shè)技術(shù)為依托，對(duì)山體排水應(yīng)采用儲(chǔ)存利用，在排除山洪隱患的同時(shí)產(chǎn)生一定工程效益，在防治的同時(shí)積極做到防用。

[1]住房城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)[Z].2014.

[2]GB 50014—2006，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)第七冊(cè):城鎮(zhèn)防洪[M].第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[4]閔騫.鄱陽湖水面蒸發(fā)量的計(jì)算與變化趨勢(shì)分析[J].水資源研究，2006(26):2.

Design analysis and discussion of mountain villa drainage by LID

Ren LimingXiong Changyu

(JiangxiProvinceArchitecturalDesign&ResearchGeneralInstitute,Nanchang330046,China)

The paper introduces the concept and characteristics of mountain villa. Taking the mountainous villas in Jiangxi as the analysis objects, the paper explores the application of the sponge urban construction technique in the flood-control design of the mountainous villas from the mountainous drainage water volume calculation, drainage collection, storage and utilities, so as to ensure the safety of the villas.

mountainous villas, mountainous drainage, sponge city, flood-control design

1009-6825(2016)19-0120-02

2016-04-15

任黎明(1982- )，男，碩士，工程師;熊昌宇(1982- )，男，工程師，注冊(cè)環(huán)保工程師

TU992

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