海綿城市視角下城市綠地地下調(diào)蓄裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李 剛

(黑山縣水利勘測(cè)設(shè)計(jì)隊(duì)，遼寧 黑山 121400)

近年來(lái)，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，已經(jīng)成為政府和廣大社會(huì)公眾普遍關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。要解決這一現(xiàn)代城市頑疾，建設(shè)海綿城市無(wú)疑是最有效的手段。城市綠地面積廣大，不僅在改善城市自然生態(tài)環(huán)境方面具有重要作用，同時(shí)還具有涵蓄雨水，促進(jìn)雨水資源化利用的重要潛能[2]。城市綠地地下調(diào)蓄裝置作為海綿城市建設(shè)中的重要綠色基礎(chǔ)設(shè)施，能夠在不改變綠地功能，不增加用地面積的條件下，達(dá)到蓄納雨水、減少外排雨水量、實(shí)現(xiàn)雨水的資源化利用、改善城市生態(tài)環(huán)境等多種目標(biāo)，具有節(jié)省投資、安全可靠等特點(diǎn)，在城市內(nèi)澇治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 技術(shù)背景

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模逐年擴(kuò)大，但是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)卻相對(duì)滯后。在我國(guó)的大城市，一場(chǎng)強(qiáng)降雨過(guò)后，往往會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的內(nèi)澇。由于降雨量遠(yuǎn)超城市排水系統(tǒng)的排水能力，導(dǎo)致年年防澇年年澇，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。

目前，治理城市內(nèi)澇目前主要有兩種方式：一是建設(shè)生態(tài)城市和綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施，其主要手段是將綠化池進(jìn)行下沉設(shè)計(jì)，利用下沉部分和土壤蓄水[3]。但是，這種方式不利于植物生長(zhǎng)，也不利于雨水的面污染控制，會(huì)帶來(lái)較多的負(fù)面效應(yīng)。二是在城市地下建設(shè)大型調(diào)蓄池，但是這種手段不僅需要巨量投資，且容積有限，難以從根本上解決城市內(nèi)澇問(wèn)題[4]。因此，只有進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，充分發(fā)揮城市綠地的調(diào)蓄作用，更好地調(diào)蓄雨水，才能從根本上解決城市內(nèi)澇問(wèn)題。

2 城市綠地地下調(diào)蓄裝置的技術(shù)內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)的基本思路

基于技術(shù)背景分析，文章提出一種應(yīng)用于城市綠地的地下雨水調(diào)蓄裝置，以更好地實(shí)現(xiàn)城市綠地空間對(duì)雨水的調(diào)蓄作用[5]。該裝置主要由進(jìn)水口、蓄水體和排水溝等部分構(gòu)成，其平面圖如圖1所示。

圖1 綠地地下調(diào)蓄裝置平面圖

2.1.1 進(jìn)水口設(shè)計(jì)

地面或路面的雨水經(jīng)過(guò)坡面或排水溝等預(yù)先設(shè)計(jì)的集雨設(shè)施引至進(jìn)水口。進(jìn)水口的數(shù)量、尺寸和位置應(yīng)該根據(jù)調(diào)蓄裝置的具體參數(shù)設(shè)定，一般而言，集雨面積8～30m2設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)水口，如果條件允許可以多設(shè)，以便更好地收集雨水。進(jìn)水口可以單邊設(shè)計(jì)，亦可雙邊設(shè)計(jì)，在位置選擇上應(yīng)盡量靠近檢查井，以便于排水和管道布置。為防止垃圾和樹葉等雜物進(jìn)入，應(yīng)在進(jìn)水口處設(shè)置攔污柵。在進(jìn)水口與土層之間設(shè)置U型擋土墻，U型凹槽內(nèi)為進(jìn)水井，其中用卵石或碎石等粗顆粒材料填筑至蓄水層，擋土墻上部設(shè)置混凝土蓋板。進(jìn)水井的頂面應(yīng)低于進(jìn)水口5～10cm，并在頂面覆蓋可拆卸攔污網(wǎng)，作為第二道攔污裝置。

2.1.2 蓄水體設(shè)計(jì)

蓄水體主要由城市綠地和地下空間構(gòu)成，形狀視綠地的形狀而定，自上而下分為種植層、蓄水層和基底層，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。蓄水體的主要作用是利用蓄水層的多孔材料吸附和存儲(chǔ)雨水，實(shí)現(xiàn)雨水的就地吸納，以達(dá)到消減內(nèi)澇的作用，同時(shí)其蓄積的大量雨水可以通過(guò)重力下滲作用補(bǔ)充地下水，實(shí)現(xiàn)雨水的資源化利用。

圖2 綠地地下調(diào)蓄裝置剖面圖

種植層是蓄水體的最上層，一般稍高于地面或路面，其厚度要滿足植物的生長(zhǎng)需求。因此，其厚度跟覆土的類型和種植植物的種類有關(guān)，但是最低不少于30cm，如果需要栽植喬木，應(yīng)預(yù)留出足夠的厚度。在種植層和蓄水層之間設(shè)置一層土工布。

蓄水層位于種植層下，由煤渣、紅磚、礦渣等高吸附性、強(qiáng)滲透性的多孔材料填充，其尺寸由蓄水量確定[6]。在地下水位較高的南方城市，蓄水層的底面應(yīng)高于當(dāng)?shù)氐牡叵滤唬谠搶优c周圍土體之間應(yīng)設(shè)置一層土工布，以防止相鄰?fù)翆又械募?xì)土顆粒向蓄水層滲透，影響其蓄水功能。蓄水層的作用不僅是蓄積雨水，還有吸附污染物的作用，避免地面雨水直接滲入地層，污染地下水。由于蓄水層的材料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉，可以達(dá)到節(jié)能減排、變廢為寶的目的。

一般地區(qū)，可以采取原土層作為基底層，并在與上部的蓄水層之間設(shè)置一層土工布，在土工布上鋪設(shè)厚度不小于10cm的粗砂。如果基層為回填土，則要選擇黏性土，并分層夯實(shí)。

2.1.3 排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)主要由集水塊、排水管道和水工逆止閥三部分組成。其中，集水塊為不銹鋼網(wǎng)圍成的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，外部包裹一層土工布。集水塊的尺寸應(yīng)按照蓄水體的大小設(shè)定，并設(shè)置在排水口附近，便于雨水排放。為了增強(qiáng)集水效果，可以在蓄水層內(nèi)設(shè)置管壁密布空洞的集水管，所有的集水管分級(jí)連接與集水塊一起構(gòu)成集水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)[7]。排水管起于集水塊，通向檢查井并與水工逆止閥相連接。水工逆止閥的控制高程設(shè)計(jì)為檢查井內(nèi)的最低水位。如果蓄積的雨水需要利用，可將所有的排水管接入總管，將雨水導(dǎo)入配套的蓄水池；如果蓄積的雨水不需要利用，則結(jié)合城市的河道、湖泊、排水管網(wǎng)就近排放[8]。

2.2 城市綠地地下調(diào)蓄裝置的施工流程與要點(diǎn)

(1)新建或改建綠地時(shí)，按照蓄水層的深度進(jìn)行基坑開挖；為保證擋土墻的穩(wěn)定，需要在兩側(cè)預(yù)留一定寬度；在基坑開挖過(guò)程中，采取臺(tái)階開挖或邊坡噴錨等工程措施，保障基坑壁的穩(wěn)定。

(2)在基坑底部和兩側(cè)鋪設(shè)土工布時(shí)，應(yīng)先固定好上端，然后沿基坑壁下放，并做好各幅土工布之間的連接，以保證其功能發(fā)揮。

(3)從蓄水體至檢查井按照預(yù)設(shè)線路挖溝并鋪設(shè)排水管。

(4)按照設(shè)計(jì)尺寸制作集水塊，在外部包裹一層土工布，在排水管插入處預(yù)留孔洞。

(5)在基坑底部土工布上鋪設(shè)厚度不小于10cm的粗砂，然后人工填埋吸附材料，在填埋時(shí)要小心施工，以防棱角扎破土工布，在填埋至預(yù)定高度后，進(jìn)行表面平整，并鋪設(shè)土工布且與兩側(cè)的土工布連為一體。

(6)進(jìn)行進(jìn)水口施工，安裝U型擋板，并用粗顆粒材料填筑進(jìn)水井，在頂面覆蓋可拆卸的攔污網(wǎng)，然后安裝攔污柵和蓋板。

(7)回填種植土至預(yù)定高程；如果屬于改建綠地，則需要比原來(lái)高程高出5～10cm。

3 運(yùn)行原理與效果分析

3.1 運(yùn)行原理

綠地地下調(diào)蓄裝置可以利用蓄水層水位與檢查井水位之間的差值，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓄水和排放，無(wú)需任何動(dòng)力和人工操作。

當(dāng)蓄水層內(nèi)無(wú)水或水位低于檢查井內(nèi)水位時(shí)，水工逆止閥處于關(guān)閉狀態(tài)，不能反向進(jìn)水。當(dāng)城市遭受暴雨襲擊時(shí)，雨水將不斷流進(jìn)蓄水層內(nèi)，直至蓄水層蓄滿為止。顯然，在城市綠地的功能和規(guī)模不變的前提下，地下調(diào)蓄裝置可以提供有效的滯洪空間，提高城市的防內(nèi)澇能力。

降雨結(jié)束后，檢查井水位必將持續(xù)降低。在水位下降到一定程度后，水工逆止閥由水壓作用打開，蓄水層內(nèi)的水將不斷匯流于集水塊內(nèi)，然后經(jīng)排水管向城市排水系統(tǒng)排放，為下次調(diào)蓄雨水騰出空間。低于集水塊部分的雨水將通過(guò)重力下滲作用補(bǔ)充地下水。

3.2 運(yùn)行效益分析

(1)據(jù)測(cè)算，蓄水層采用碎磚或煤渣等材料時(shí)，可以有效吸收蓄水層體積15%～25%的雨水，也就是每立方米的蓄水層可調(diào)蓄雨水0.15～0.25m3。按照每小時(shí)30mm的降雨計(jì)算，可以接納4～7m2面積的降雨；如果按每小時(shí)50mm的降雨計(jì)算，則可接納2～4m2范圍內(nèi)的降雨。由于城市綠地分布均勻，總面積廣大，如果該裝置結(jié)合綠地建設(shè)得到普及應(yīng)用，可以有效消減城市內(nèi)澇，同時(shí)不影響景觀設(shè)計(jì)，便于施工。

(2)蓄水層采用的是高滲透性和吸附性的填筑材料，能有效吸附雨水中的磷酸根等有害污染物，避免其隨雨水滲入地下，造成地下水污染。同時(shí)，這些材料多為建筑廢棄物，該裝置為建筑垃圾的資源化利用提供了新途徑。

(3)在蓄水層內(nèi)蓄積的雨水，不僅可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排放，還可以通過(guò)排水管進(jìn)入蓄水池，實(shí)現(xiàn)雨水資源的多元化利用。此外，蓄水層中的雨水還可以通過(guò)滲透作用補(bǔ)充地下水或被周圍植物根系吸收，使雨水資源得到充分利用。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代城市建設(shè)中，綠地面積是重要的控制性指標(biāo)，因此城市綠地點(diǎn)多面廣，已經(jīng)初步形成面效應(yīng)。文章提出的綠地地下調(diào)蓄裝置正是基于綠地的面效應(yīng)，達(dá)到消減雨水、提高城市預(yù)防內(nèi)澇的作用。從試驗(yàn)情況來(lái)看，該裝置簡(jiǎn)單實(shí)用，安全可靠，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，在新建綠地或已有綠地的改造中均可使用，具有廣闊的推廣和應(yīng)用前景。

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