城市雨水利用工程设计中的若干关键技术

发表时间:2016/1/27   来源:《工程建设标准化》2015年11月供稿   作者:李微微
[导读] 泛华建设集团有限公司,北京 随着城市化进程的日渐加速,城市降水对于城市中人们正常运行影响日趋严重,尤其是城市内涝问题逐渐引起社会和人们的关注。
李微微
  (泛华建设集团有限公司,北京,100070)
  【摘  要】随着我国社会经济的快速发展,国内城市化进程日益加快,人们在享受城市带来的诸多物质和精神财富同时,面临的城市内涝问题日益严重。导致城市内涝问题的一个主要因素是城市不透水面积偏大,而使得降水无法及时有效排出。因此,为缓解日益加重的城市内涝问题,加强城市雨水工程建设势在必行。本文着重就城市雨水工程设计中设计降雨、雨水池的设计、调控排放系统设计、绿地雨水下渗设施设计以及透水砖地面设计进行了分析。
  【关键词】城市雨水利用;工程设计;关键技术
  随着城市化进程的日渐加速,城市降水对于城市中人们正常运行影响日趋严重,尤其是城市内涝问题逐渐引起社会和人们的关注。基于此,加强城市雨水利用,不但可以有效地缓解城市缺水问题和改善水生态环境,又可以有效的减轻城市沥涝威胁和防洪压力。对于城市雨水利用工程来说,城市雨水利用工程设计至关重要,其主要通过采取入渗地下、收集回用、调控排放或其组合等综合措施,使项目区域在设计降雨情况下的外排径流量和峰值控制在要求的范围内[1]。如何完善和优化城市雨水利用工程设计,已成为当前城市化建设与发展研究的热点话题。
  一、城市雨水工程设计中设计降雨
  确定设计降雨对于开展雨水利用工程设计具有重要作用,这是由于在城市中不同历时的降雨量、降雨过程以及降雨强度的确定为雨水利用工程设计提供了重要参考。确定设计降雨主要从时段设计降雨和设计降雨过程两方面进行分析,具体为[2]:
  在时段设计降雨方面,部分以雨水入渗为主和雨水调蓄为辅的雨水利用工程,由于其规模较小且雨水汇流时间短等,其受短历时降雨影响显著,应进行相应的雨强设计。通常情况下,若无具体数据资料参考,可结合DDF或IDF曲线,或者采用皮尔逊III型概率分布进行统计分析,对于历时小于2h降雨,可采用市政暴雨公式进行计算。
  在设计降雨过程方面,其主要通过DDF曲线或者时程分配法进行确定。首先,选取某一重现期的DDF曲线为研究对象,并连续截取5min时段的降雨量差值;其次,对截取的5min时段内平均降雨强度进行计算;第三,若在降雨开始后30min发生5min最大降雨量,则应在30min位置放置最大降雨强度值;第四,对于最大降雨强度值应放于峰值左侧,并进行降序排列;第五,其余的降雨强度值放在峰值之后,也呈降序排列,直到降雨结束。由此绘制的曲线就是反应降雨强度与力士过程关系的设计降雨过程线。
  二、城市雨水工程设计中雨水池的设计
  雨水池主要是指雨水利用系统中具有存储、调节雨水功能的构筑物,其容积由调蓄容积和回用容积两方面组成[3]。其中,调蓄容积以调节径流峰值的容积应用为主,而回用容积则易储存回用雨水容积应用为主。可见,如何确定雨水池容积,是开展雨水池设计工作的关键环节。
  在对雨水池容积计算方面,对于单纯存储回用的雨水池来说,仅仅需要对其回用容积进行计算,这是由于该类雨水池若受降雨影响造成池内水满问题,其调节径流的功能就会自然消失。可见,下游管线设计标准和参数的选取应忽略该设施的影响。
  在对具有存储和调节功能的雨水池容积计算时,应对调蓄容积和回用容积都进行计算,这是由于该类雨水池在降雨时都部分或全部回用容积空置,具有一定的调蓄能力。

因此,必须在考虑回用容积的前提下,根据用水量和品读对下游管线进行设计。
  此外,雨水池应配套设置溢流设施,并且根据重现期降雨时上游管道入流不受顶托对溢流能力进行设计。常见的溢流形式以调蓄容积与回用容积交叉为主。通过设置溢流设施,不但可以提高调蓄容积和回用容积的利用率,同时也可以有效的降低建设投资成本。
  三、城市雨水工程设计中调控排放系统设计
  作为一种典型的雨水利用基本措施,调控排放主要指的是在雨水排出区域之前的适当位置,利用洼地、池塘、景观水体或调蓄池等调蓄设施和流量控制井、溢流堰等控制设施,使区域内的雨洪暂时滞留在管道和调蓄设施内,并按照应控制的流量排放到下游[4]。
  在调控排放系统设计过程中,流量控制设备的选择应考虑其能够在设计降雨的情况下,控制流量低于使水位达到溢流堰顶尚未溢流时的外排流量。常见的流量控制设备以机械调节阀、涡流式节流阀、自动调节阀以及限流短管等为主,同时还包括反馈式自动调节阀与反馈式机械调节阀。
  对于流量控制设备的布置,通常将其设置于调蓄设施的下游。根据下游排水系统的设计降雨重现期,配备相应的调控排放系统的设计降雨重现期,并且确保调蓄空间内的雨水在12h以内通过自流或强排排空。
  四、城市雨水工程设计中绿地雨水下渗设施设计
  绿地雨水下渗是指通过下凹式绿地或在绿地内设置渗透设施使自产和客地雨水入渗地下。对凹式绿地与渗透设施的滞蓄容积与尺寸的确定是当前绿地雨水下渗设施设计工作的关键环节。
  开展绿地雨水下渗设施设计工作过程中,通常选用耐湿种类作为下凹式绿地入渗地面的植物以避免植物受雨水影响正常生长。在下凹式绿地入渗地面低洼处设置雨水口,为便于超标准降雨的积水能够及时排除,通常将雨水口顶面标高设置高于绿地20-50mm。此外,禁止将雨水引入地下水源保护区的地下透水层,以防止地下水源保护区的地下水水质受下渗雨水污染。
  五、城市雨水工程设计中透水砖地面设计
  对于城市雨水工程中透水砖地面来说,其结构自上而下由透水砖面层、透水找平层、透水基层、透水底基层和土基组成,其中其在面层边缘设有道牙等约束。对透水砖地面的铺装结构形式、渗透系数以及各结构层所需的厚度计算的确定是开展透水砖铺装地面的设计工作的关键环节。
  城市雨水工程设计中透水砖地面中,对于透水砖面层的渗透系数应当大于0.1mm/s,并且应大于5年一遇5min降雨平均雨强的两倍。而对于透水地面的设计降雨重现期应满足大于2年的要求。
  六、小结
  总而言之,在城市雨水利用工程设计中,应注意几个关键技术环节,例如设计降雨的确定、收集与传输的确定、调控排放、滞蓄与回用、以及透水砖铺装的结构形式和各结构层的厚度与渗透系数的确定。加强城市雨水利用工程设计,对于解决城市缺水问题和改善水生态环境,以及减轻城市沥涝威胁和防洪压力具有显著作用。
  参考文献:
  [1]程群,城市区域雨水和中水的联合利用研究[D].浙江大学硕士毕业生论文,2007.05
  [2]李美娟,城市雨水资源利用效益评价研究[D].大连理工大学硕士毕业生论文,2010.0
  [3]周江,城市雨水资源的收集与利用研究[J].湖南农业大学硕士毕业生论文,2008.10
  [4]张书函,丁跃元,陈建刚,城市雨水利用工程设计中的若干关键技术[J].水利学报,2012年3月,第43卷,第3期:308-315
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