运用海绵城市理念设计南昌市杨家湖水渠工程

第2期（总第203期）2019年4月CHINA MUNICIPAL ENGINEERINGＮｏ．２　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．２０３）Ａｐｒ．　２０１９53运用海绵城市理念设计南昌市杨家湖水渠工程尹 小 斌，许 文 斌（南昌市城市规划设计研究总院，江西 南昌 330038）南昌市杨家湖水渠位于赣江新区渠道临空组团金山大道东侧绿化带内。

渠道北起港兴路，由北向南途经港兴路、港隆路、杨家湖路，南至杨家湖，全长约2.3 km，渠顶宽20 m。

由于位于国家级赣江新区起步区核心区域，设计标准高，兼顾排涝、除污和景观功能。

因此，经过综合考量，运用海绵城市理念对其进行设计。

结合用地规划和《海绵城市建设技术指南》等规划和规范标准，依据南昌市的降雨特点，将“渗、蓄、滞、净、用、排”的思想落实到杨家湖水渠的具体设计中。

工程内容主要包括主渠、前置塘、渗透系统、水渠植物选用及附属设施。

1 主要控制目标分析海绵城市的控制目标主要有4个，即径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制和雨水资源化利用。

南昌市水资源较为丰富，但是在水环境及水安全方面仍然存在很大改善空间。

因此，南昌市的LID 技术主要为径流污染、径流峰值和径流总量。

1.1 径流污染主要控制措施分析杨家湖水渠所处区域为新建城区，采用雨污分流制排水体制，其径流污染主要是初期雨水。

收稿日期：2019-01-22第一作者简介：尹小斌（1985—），男，高级工程师，本科，从事市政给排水设计及研究工作。

摘要：南昌市杨家湖水渠是以雨水下渗、滞留、调蓄及超标暴雨排泄等多功能为一体的水渠。

通过设置前置塘、卵石笼侧向拦水和渗透、高渗透性的下渗层、盲沟、高低起伏的渠底，带格栅进出水口的管道连接等方式，实现区域雨水的“渗、蓄、滞、净、用、排”，提升区域的排涝能力；同时净化初期雨水。

经实践运行，效果良好。

关键词：杨家湖水渠；海绵城市理念；排涝；初期雨水；前置塘中图分类号：TU992.23 文献标识码：A 文章编号：1004-4655（2019）02-0053-04DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2019.02.015在下垫面一定的条件下，降雨量与污染物浓度之间的关系受到许多因素交互影响。

根据现有研究成果，采用一阶冲刷模型能较好表述，其公式如下。

C （t ）=C 0e -k ＇h （1）式中：C （t ）为t 时刻污染物浓度，mg/L ；C 0为污染物初始浓度，mg/L ； k '为以降雨量为变量的综合冲刷系数，与城市降雨特征、下垫面性质、污染物性质有关； h 为t 时刻的降雨深度， mm。

根据冲刷模型，对特定城市的某一区域，综合冲刷系数k '为常数，若已知污染物的初始浓度及需削减的污染物目标浓度，则求出达到污染物目标浓度下的降雨深度，即削减溢流污染所需要的调蓄量，径流污染通过径流总量予以控制。

对于杨家湖水渠，通过拦截坝横向渗透、渠底下渗2种手段和调蓄有机结合来削减初期雨水的污染。

1.2 径流峰值主要控制措施分析雨水的渗、滞、蓄措施均能达到削减雨水管渠系统流量峰值、延后峰值的目的，其中调蓄是主要控制手段。

采用南昌市红谷滩某小区地块调蓄容积效果的模拟结果，雨水管道流量峰值削减率与地块调蓄容积成正比（见图1），即y （峰值削减率）= 0.997e 0.024x -1，回归系数R 2=0.995。

54削峰率/%6 8 10 12 14 16 18 20 22 24调蓄雨量/mm80706050403020100图1 削峰率与调蓄雨量关系图根据规划，杨家湖水渠的峰值控制目标为排水管道的排水能力，由重现期P =3 a，提升至P =5 a。

1.3 径流总量控制策略分析根据上述分析，径流峰值和径流污染可以通过径流总量控制，因此径流总量控制是海绵城市的首要控制目标。

南昌市位于江南地区，气候类型属亚热带季风性气候，年降雨量丰富，在雨水资源利用方面没有特殊需求，且降雨分布不均匀，导致雨水存储设施投资效益不高。

因此，径流总量控制以临时调蓄为主，蓄、排、渗相结合，在暴雨时发挥调蓄作用，并在下一场暴雨之前通过排和渗的方式腾出调蓄空间。

为截流初期雨水中的污染物，需要设置一定的调蓄空间，以使接纳的水主要通过渗透的方式予以放空，污染物在水渗透过程中被截流和被植物吸收降解。

2 渠道设计2.1 控制目标实现原理工程所在区域的主要控制目标是径流总量控制、径流峰值控制和径流污染控制，以增加调蓄容积的方式来解决径流总量控制的问题。

调蓄容积包括2个类型：一种以排为主的调蓄容积，用于削减径流峰值，主要形式为渠道本体的调蓄容积，简称为调蓄区；另一种是以渗为主的调蓄容积，用于减少径流污染，主要形式是前置塘和渠道中间隔布置的凹地，简称为滞水区。

结合本工程实际情况，在渠道东侧适当位置预留东侧地块的雨水接户管，同时在有接户管的位置设置前置塘作为泥沙沉淀区用于初期雨水预处理。

此外，在适当位置将渠道与金山大道雨水箱涵连通，实现地块、渠道、金山大道排水涵的相互贯通。

渠道工作原理主要包括以下两方面。

1）发生P ≤5 a 一遇的暴雨时，东侧地块雨水经地块内的雨水渠收集后，通过接户管进入前置塘预沉，然后排入渠道。

经下渗、调蓄后，再溢流至金山大道排水涵。

该过程有效发挥渠道渗、滞、蓄的功能，实现暴雨错峰、减小径流污染的功能。

原理图见图2。

图2 杨家湖渠道渗、排、蓄原理图2）发生P ＞5 a 一遇的超标暴雨时，金山大道雨水箱涵内的雨水反向流入水渠，发挥其调蓄功能，以减小雨水箱涵的压力。

2.2 主渠设计杨家湖水渠受纳雨水包括本段和转输两部分。

其中本段汇水面积50 hm 2，集水时间40 min，按P =5 a 一遇暴雨计算，得设计流量为5.8 m 2/s，转输金山大道过水涵转输流量为4 m 2/s，总设计流量9.8 m 2/s ； 降雨历时为1 h。

过流断面底宽13.5 m，顶宽17.3 m，过流水深0.5 m，设计水力坡度0.05%，经计算其过流能力为5 m 2/s，需调蓄水量17 280 m 2。

杨家湖水渠长度约为1 920 m,水渠设计宽度为20 m，渠边放坡为1∶2.5，渠顶设计坡度0.05%，坡向由北向南。

渠底设计为凹凸变化形式，整个渠段水流由北向南交替经过下凹段的卵石净化区和上凸段的植物净化区后，再排入下游渠道。

上凸顶点距离渠顶0.8 m，有效蓄水深度为0.5 m，调蓄能力约18 200 m 2，满足调蓄量的要求，排空时间约为60.7 min。

渠道自下而上分别设置净化水收集系统（上部铺设格栅盖板的排水沟）、级配卵石过滤层、初期雨水滞流水层（储水水深）、暴雨过流层（即调蓄水深）。

此外，在适当位置将渠道与金山大道雨水箱涵连通，实现地块、渠道、金山大道排水涵的相互贯通（见图3、图4）。

至金山大道人行游步道栏杆栏杆人行游步道西东透水砖透水砖土工布最高水位50 cm 调蓄水深70 cm 滞水水深50 cm 级配卵石铺装19 mm×19 mm 玻璃钢格栅600 mm×700 mm渗水沟1∶2.51∶2.5d 500连通管图3 主渠标准横断面图55耐水植物带渠底凸起段检查井植草带最高水位50 cm 调蓄水深70 cm 滞水水深50 cm 级配卵石铺装600 mm×700 mm-0.05%（排水沟，顶部设格栅）d 500（圆管）-0.05%检查井渠底下凹段耐水植物带图4 主渠纵向布局示意图2.3 前置塘设计为满足周边地块排水要求，在雨水接户管接入处均设置前置塘1座，雨水先通过接户管进入前置塘预沉，然后溢流至主渠。

前置塘底标高等于主渠卵石层底标高，前置塘溢流堰标高高于塘底标高1.2 m，溢流堰宽25 m，前置塘尺寸按暴雨时最大设计流量（即雨水设计流量）在塘内停留30 s 进行尺寸校核，并结合景观要求，确定前置塘尺寸（见图5）。

至金山大道人行游步道栏杆栏杆接户管西东前置塘透水砖土工布最高水位50 cm 调蓄水深70 cm 滞水水深50 cm 级配卵石铺装玻璃钢格栅溢流水位1:2.51:2.5d 500连通管石笼1:2.51:2.5渗水沟植被带图5 前置塘处横断面图2.4 渗透系统设计及维护杨家湖水渠的渗透系统分为横向渗透系统和下渗系统。

横向渗透系统包括2个部分：一是前置塘和主渠之间采用石笼予以分隔，前置塘内的滞水通过石笼横向渗透至主渠；二是主渠渠底呈凹凸交替布局，凸起部位由级配卵石和表层种植土，滤料层与种植土之间设置透水土工布防治种植土堵塞滤料层，相邻凹地之间可横向渗透，使地块的初期雨水所含的大颗粒悬浮物和密度较大的悬浮物均拦截在前置塘和渠道下凹段中。

主渠和金山大道雨水管道系统间通过格栅井盖与金山大道预留雨水井连通。

下渗系统包括2个部分，一是土壤渗透，补充地下水，包括渠边、前置塘底部和主渠部分渠底的渗透；二是下渗后排入排水沟，最后排入下游湖体。

本工程排水沟的断面尺寸为600 mm×700 mm，上部用格栅盖板覆盖，格栅上部铺设50 cm 的级配卵石过滤层，卵石净化区的渗水由渠底的排水沟收集，排水沟下穿上凸段时采用DN500 mm 的圆管过渡。

渗透系统每年检修1次（检修放在雨季来临前），可采用水力清掏。

渠道检修、植物残体清理3次/a（雨季来临前1次、雨季中1次、秋末1次），植物收割1次/a （秋末），渠底卵石每10 a 置换1次。

前置塘每年雨季来临前清淤1次，且沉积物淤积超过0.35 m 时，应及时进行清淤。

2.5 植物选择1）满足耐涝属性。

海绵城市的属性要求收集、净化和下渗雨水。

雨水景观设施中，景观植物在雨洪期间汇集雨水的区域能正常生长。

2）满足耐旱属性。

南昌市的降雨特点是每年大概降雨142 d，运用海绵城市理念建设的南昌市杨家湖水渠每年的大部分时间是干旱的，因此要求植物具有较强的耐旱能力。

3）满足根系发达。

净化能力强的植物，能够对雨水冲刷带来的污染物进行净化。

拥有对土壤中氮、磷等污染物的净化能力，使雨水无害化下渗进地下水。

4）满足景观效果。

因地制宜，组合搭配宜人的当地植物组团。

本次设计所选用的植物主要有：千屈菜、鸢尾、马蔺、再力花、梭鱼草、水生美人蕉、黄菖蒲、芦苇、旱伞草、莎纸草、水葱、香蒲、矮蒲苇、合子草和三裂叶薯等。

3 渠道建成效果渠道建成后，基本实现设计意图。

一方面，前置塘和水渠中下凹式渠道段均拦截浑浊的雨水，经过2 d 基本可以渗干，下游的出水清澈见底，基本发挥“浊水进、清水出”的作用，达到控制径流污染的目标。

雨后前置塘的实景图见图6。

雨后的下凹段水渠建成图见图7，下游渠道实景图见图8。

图6 雨后的前置塘实景图560.15 NTU 的保证率也仅能达到27%，与方案一有较大差距。

在有机物去除方面，方案一对COD Mn 、TOC、UV 254的平均去除率分别为62%、55%、79%，均高于方案三的去除率，说明方案一对浊度及有机物均能有效去除，且远远高于方案三。