稼先東路市政工程雨水綜合利用及效益分析

張純權，應恩宇

(江西省水土保持科學研究院，南昌 330029)

1 工程概況

稼先東路市政工程位于深圳龍崗區(qū)坂田北片區(qū)。道路呈東西走向，西起坂雪崗大道，起點坐標為E22°39’10.68"，N114°3'43.63"；東至坂瀾大道，終點坐標為E22°38'59.31"，N114°4'11.80"。道路全長約0.91km，沿線與城市規(guī)劃道路寶象路、稼學路、雪象路等市政道路相交，雙向六車道，規(guī)劃紅線寬度為50m，設計車速50km/h，規(guī)劃定位為城市主干道。項目總用地面積為46943.85m2，用地紅線面積為42486.92m2，永久占地面積為4456.93m2。

2 工程區(qū)雨水量測算

2.1 綜合徑流系數

根據現場踏勘調查，項目建設區(qū)非鋪砌的土路面面積為31798m2，綠地面積為4476m2，混凝土路面面積為5561m2，硬屋面面積為651.9m2，深圳市標準化指導性技術文件——《低影響開發(fā)雨水綜合利用技術規(guī)范》(SZDB/Z 145-2015)所提供的徑流系數查算表見表1。

表1 徑流系數查算表

綜合徑流系數按下式計算：

(1)

式中：K綜合為綜合徑流系數；Ki為下墊面所對應的雨量徑流系數；Fi為下墊面占地面積(m2)。將本工程建設區(qū)原地貌條件下施工前下墊面類型占地面積及所對應的徑流系數代入式(1)便可得到綜合徑流系數為0.36，詳見表2。

表2 項目建設區(qū)施工前徑流系數計算成果表

續(xù)表2 項目建設區(qū)施工前徑流系數計算成果表

2.2 可收集雨水量

稼先東路市政工程區(qū)內可收集雨水量按照下式確定：

W=H·A·Φ·α·ψ

(2)

式中：W為年收集雨水量，m3；H為年降水深度均值，m；A為匯水面積，m2；Φ為綜合徑流系數，取0.36；α為季節(jié)性雨量折減系數，工程區(qū)年降水量均值為895.6mm，且夏季6-9月的降雨量在全年總降雨量中占比65%，雨水綜合開發(fā)利用應以汛期降雨量為利用重點，所以季節(jié)性雨量折減系數取0.65；ψ為初期雨量棄流系數，根據《低影響開發(fā)雨水綜合利用技術規(guī)范》(SZDB/Z 145-2015)，初期雨量棄流系數取0.85。

將相關數據代入式(2)得，稼先東路市政工程區(qū)內可收集雨水量約為7.3×104m3。

3 工程區(qū)雨水綜合利用設計

主體設計在項目區(qū)南側沿綠化帶及雨水管設計了一套雨水綜合利用工程，包括永久截排水設計，永久攔擋設計，永久覆蓋設計、沉砂池等，可降低洪峰流量、遲滯洪峰到達時間，增強項目區(qū)雨水集蓄能力，發(fā)揮水土保持功能。

3.1 永久截排水設計

根據主體設計資料，主體設計在邊坡的坡腳和有區(qū)外匯水的道路段設置混凝土排水溝，采用混凝土筑矩形結構，C35混凝土墊層，斷面尺寸0.4m×0.5m(寬×深)，排水溝全長566m，其中蓋板邊溝432m，排水邊溝(明溝)143m。控制坡面匯流面積大約2210m2。按照水土保持方案編制有關規(guī)定，本方案對主體設計排水溝進行過流能力校核，項目地處城市建設城區(qū)，故施工期產、匯流采用《室外排水設計規(guī)范(2016年版)》雨水流量公式(式3)和設計暴雨強度公式(式4)進行計算，采用重現期3a一遇進行校核。

Q=Φ·q·F

(3)

式中：Q為雨水設計流量，L/s；q為設計暴雨強度，L/s·hm2；F為匯水面積，hm2，根據施工期設計排水溝的走向，本項目單個排水出口排水溝收集的最大匯流面積為4.21hm2；其余參數含義同前。

本工程設計暴雨強度采用深圳市新一代暴雨強度公式[1]進行計算，其計算公式為：

(4)

式中：T為重現期；t為降雨歷時，min，且t=t1+mt2為地面集雨時間，min，地面集雨時間視距離長短、地形坡度和地面鋪蓋情況而定，一般取5-15min，深圳地區(qū)常規(guī)的取值則為8-12min，本工程取10min；t2為管內流行時間，min，施工過程中不考慮管內流行時間；m為延緩系數。

本工程永久截排水主體設計排水溝設計洪峰流量計算結果詳見表3，過流能力校核詳見表4。

表3 主體設計永久排水溝洪峰流量計算表

表4 永久排水溝過水流量校核表

經校核，主體設計中混凝土排水溝設計斷面過流能力可滿足要求。

3.2 永久沉砂設計

按照工程區(qū)雨水綜合利用設計要求，永久沉砂設施容量應滿足下列要求：雨季開挖擾動時，每公頃沉砂池容量≥100m3；旱季開挖擾動時，每公頃沉砂池容量≥50m3；未開挖擾動或完成水土保持措施時，每公頃沉砂池容量≥15m3；項目排水出口排水泥沙含量≤2kg/m3；泥砂量估算可采用水土流失量或侵蝕模數法估算[2]，采用水土流失量估算時，沉砂設施泥砂量為水土流失量估算值的1/2；采用侵蝕模數法估算公式如下：

(5)

式中：WS為進入沉砂池的總泥砂量，t；λ為輸移比，a/ t/km2·a，取0.45a/ t/km2·a；MS為場地平均土壤侵蝕模數，t/km2·a；F為各沉砂池的控制集雨面積，km2；γC為泥砂的容重，t/m3，一般取1.2t/m3。

永久沉砂池沉砂容積估算公式：

(6)

式中：η為沉砂效率，%，以80%計；N為每年的清淤次數，按8次計；VS為沉砂池有效沉砂容積，m3；其余參數含義同前。

本項目施工期匯水分4個排水出口排出區(qū)外，因此分4個泥砂量估算單元。以下為沉砂設施容量計算過程。水土流失單元1水土流失面積為4.21hm2，平均侵蝕模數按15000t/km2·a計算，根據沿排水溝每100m布設1個沉砂池，水土流失單元1匯流區(qū)域內沉砂池的布設數量為15個，單個沉砂池控制集雨面積為0.0028km2，計算得進入沉砂池的總泥砂量為10.50t，單個沉砂池有效沉砂容積1.05m3。方案設計的永久沉砂池容量分變?yōu)?.25m3及9.0m3，均符合設計要求。

3.3 永久攔擋設計

擬建沿施工范圍線主體設計采用彩鋼板進行施工圍擋，圍擋高1.85m，總長度2165m，圍擋底部設置土袋攔擋，可有效攔截場地周邊匯水并防止區(qū)內匯水流出。道路分段進行施工，可重復利用。工程施工期間為防止管線施工永久堆土產生水土流失，方案設計對管線開挖兩側永久堆土采取永久編織土袋攔擋措施；本工程共計布設土袋攔擋867m3，編織土袋可根據管線分段施工重復利用，土袋用土為管線開挖永久堆置的回填用土。

3.4 永久覆蓋設計

對項目區(qū)內未及時硬化或綠化的永久堆土、裸露地表和邊坡、施工建筑材料(沙料等)、管道工程施工開挖堆土等在降雨或大風天來臨前用土工布永久覆蓋，既可避免雨水直接沖刷產生水土流失，又能防止揚塵對周邊環(huán)境造成的污染。預計使用土工布面積14493m2。

4 效益分析

工程區(qū)雨水綜合利用工程雨水集蓄池所產生的集水量可以代替自來水用于基地項目綠化及工程以養(yǎng)護方面。工程區(qū)綠地面積15.87hm2，養(yǎng)護過程1次耗水量約為450t，養(yǎng)護時間間隔5-8d，所以，夏秋季養(yǎng)護期間共耗水16070t。按照影子水價并考慮水資源價值[3]計算，2019年工程區(qū)水資源影子價格6.50元/t，則1年可節(jié)約自來水費用約為10.45萬元。此外，還應考慮蓄積雨水池設置、雨水入滲綜合利用后排水系統設施費用、管網建設費、污水處理費、管網運行費等方面的節(jié)省。

工程區(qū)透水性地面的鋪設結合綠地的雨水下滲，能使地下水源得到有效回灌、補充和涵養(yǎng)，抵消環(huán)島效應，改善生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮社會效益和生態(tài)環(huán)境效益。

5 結 論

通過文章分析表明，雨水綜合利用設計在采用新理念、新方法和新技術的基礎上，通過修建雨水集蓄池、沉砂池、透水瀝青路面、加鋪植草磚等措施，以就地收集并利用工程區(qū)天然雨洪資源，促使工程區(qū)雨水資源“零排放”目標的實現，經濟效益、社會效益和生態(tài)效益顯著。在綠色建筑理念的引領下，雨水綜合利用設計日益成為建筑工程水土保持的重要舉措之一，在充分利用區(qū)域雨洪資源的同時，還能促使工程區(qū)水土保持目標的實現。