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海绵城市理念在五凤口高架项目中的应用

2019-09-21

缪 岩1,许益东2,*,白兰兰2

(1. 江苏省交通运输厅港航事业发展中心,南京 210004; 2. 苏交科集团股份有限公司,南京 210019)

摘 要:海绵城市设计理念要求优先考虑留住有限的雨水,就地或者就近吸收、存蓄、渗透、净水,需要时将蓄存的水释放并加以利用。常规的道路排水要求快排,从而防止地面水和地下水对道路的结构稳定造成破坏,但其与海绵城市的设计理念相违背。以江苏省镇江市五凤口高架海绵城市建设工程为例,探讨既满足道路功能,又符合海绵城市设计理念的道路设计方案。同时,基于“改排为收”的设计理念,设计出多功能调蓄塘工程的整体流程。因地制宜地设置多功能调蓄塘,解决了区域路面淹水问题,项目完工后使用效果较好。

关键词:海绵城市;五凤口高架;多功能调蓄塘;工程设计

近年来,全球40多个国家在雨水管理和可持续利用方面开展了相关的理论研究和实践工作。其中,美国、德国、日本等国家己经建立起较为完善的理论和管理体系。由于我国在海绵型道路领域起步较晚,整体水平与上述国家还有很大差距,尚未形成系统的技术体系和框架。

我国于2013年提出海绵城市相关理念,并于2014年出台《海绵城市建设技术指南》,相关指南及研究成果均着重强调一些原则性要求及指导意见,对具体工程项目中海绵城市的理论设计计算涉及较少,对透水铺装、低洼绿地、多功能调蓄塘及雨水花园等的流程设计,缺少相关的指导内容。本文基于上述情况,结合江苏省镇江市五凤口高架建设工程,通过设置多功能调蓄塘,探索其详细的设计流程,为后续类似项目海绵城市工程设计提供参考。

1 工程概况

江苏省镇江市五凤口高架建设工程路线全长3.014km,西起南徐大道,向东隧道连续下穿南徐大道与林隐路交叉口、康湾路(规划中)及观音山,继续向东与官塘桥路相交,然后依次跨越官塘桥路、沪宁城际铁路、沪宁铁路、冷库专线及周湾路(规划中),最后通过一对上下匝道与丁卯桥路对接。

由于未改造前的官塘桥路面经常积水,故在五凤口互通引入海绵城市低影响开发(low impact development,LID)设计理念,将设置多功能调蓄塘作为解决该区域积水问题的方案,项目完工后使用效果较好。

2 海绵城市理念

2.1 海绵城市定义

海绵城市要求城市能够像海绵一样,无论在适应环境变化还是应对自然灾害等方面均具有良好的弹性,下雨时能够吸水、蓄水、渗水、净水,需要时又能将蓄存的水释放并加以利用[1]。海绵城市与传统排洪防涝思路对比如图1所示。

图1 海绵城市与传统排洪防涝思路对比

2.2 海绵城市在道路建设中的应用

道路建设中,根据道路承担的不同功能,可设置不同的低影响开发设施,如透水铺装、低洼绿地及植草沟等。基于海绵城市设计理念,将降雨引入多功能调蓄塘、雨水花园等设施,从而降低暴雨径流系数,削减峰值流量,减少排水压力,同时通过过滤和地面渗透,实现对面源污染的处治。

3 国内外研究现状

3.1 国外研究现状

国外的海绵型道路以低影响开发雨水管理为主要理念。LID强调原位小规模工程控制,通过下渗、过滤、储存、自然蒸发、靠近源头的滞留和缓释,以复制或模仿开发建设前分水岭范围内的水文条件。在此基础上,众多国家相继颁布了相关设计手册和标准。

其作用机理是经高效澄清池泥水分离后剩余絮体颗粒在滤层孔隙水流迁移过程中发生5种基本效能:沉淀、惯性、截阻、扩散、水动力效应。由于滤料的组成具有特殊功效(这是高效重力均粒滤池和传统滤池的关键区别)过滤水头损失小,反洗水耗低(≤1%)滤速大,出水水质好。

3.2 国内研究现状

目前,我国道路排水的设计理念是将地面雨水、雪水迅速排除,以保证路面结构的稳定,重点放在“排”字上,并不符合海绵城市的设计理念。无论是公路排水设计规范,还是城市道路路面设计规范,均要求保证路基及路面结构稳定,需要将路界地表、内部和地下的水分通过明渠暗沟引入汇集并及时快速地排出路界范围[2]。

原文:England are home to 200 different nationalities.

近年来,我国行业主管部门出台了一系列关于海绵城市的建设指南,指南中针对海绵城市道路的分项目标提出了相应的指导意见。

3.3 国内外研究现状的不足

LID在国外的研究较为成熟,但学术研究基本集中在LID设施的控制效果上,关于LID设施在城市道路中的应用及衔接的文献较少。海绵城市和LID在我国城市道路中的研究与应用尚处于起步阶段,可借鉴的研究成果很少。目前,国内出台了《海绵城市建设技术指南》,但其主要内容基本为理论性的指导意见,对具体的工程设计规范涉及较少[3]。

2)检测过程不受环境气候的影响,能够持续检测,检测数值平稳、准确、时间短、效率高。检测时,杜绝操作员工与被检测气体的直接接触,无须佩戴防护装置,使用安全可靠。

4 五凤口高架海绵城市设计

4.1 海绵设施区域选定

五凤口高架建设项目有两处互通,互通圈内有较大面积的空地,因此,初步拟定本项目海绵设施建设区域选定在五凤口互通圈内,海绵设施选为多功能调蓄塘,同时对互通区内的高架桥梁落水管进行海绵改造。五凤口互通海绵设施平面图如图2所示。

图2 五凤口互通海绵设施平面图(单位:m)

4.2 水文计算

本区域雨水方案设计综合考虑年径流总量控制率、非传统水源利用率、面源污染控制以及防涝系统等因素,采用生态化排水和传统雨水管道相结合的方案。在五凤口互通圈内,可利用空地建造多功能调蓄塘,以增加互通圈的蓄水能力,降低峰值流量,调节时空分布,减轻下游管道及水系排水压力。

五凤口互通立交总汇水面积为8.35ha。根据互通立交道路建设情况及多功能调蓄塘设置条件,将五凤口互通分为南北两个分区,南北两区汇水面积的计算方法类似,此处仅介绍北区的相关计算。

1) 汇水面积

监控系统中,PLC与变频器之间的主从站通讯与数据传递采用RS-485两线制通讯连接方式实现;PLC与触摸屏之间的信息传递以MPI通讯方式传输。

北区汇水面积F北=5.55ha,其中,F路=1.16ha,F绿地=4.39ha。

虽然在构建专业化纳税评估模式上A市税务局进行了很多的探索和努力,也取得了一些成效,但由于条件限制,其现行纳税评估工作仍有很多改进空间。在进行理想化模型构建前,先提出专业化模型工作的建议及改进方向,才能知道下一步工作方向,理想化的纳税评估流程如图3所示。

2) 综合径流系数

计算综合径流系数时,须考虑降雨历时和降雨强度变化对其产生的影响。根据国内外相关研究,进行高重现期防涝系统计算时,建议提高各类地面径流系数取值,具体参考美国奥斯汀市径流系数取值。我国江苏省镇江市现有《镇江市城市排水(雨水)防涝综合规划》(2013—2020),其中,地面防涝系统长历时径流系数的取值规范如表1所示。

表1 地面防涝系统长历时径流系数的取值规范

地面种类短历时径流系数长历时径流系数各种屋面、混凝土或沥青路面0.85~0.950.95大块石铺砌路面、沥青表面处理的碎石路面0.55~0.650.85级配碎石路面0.40~0.500.75干砌砖石或碎石路面0.35~0.400.70非铺砌土路面0.25~0.350.60公园、绿地0.10~0.200.40

根据表1,取φ路30年=0.9,φ绿地30年=0.5,则

(1)

3) 镇江暴雨强度

3)在接地极线上加装线路避雷器、将接地极线铁塔横担更换为复合横担、提高接地极线绝缘配置等措施均能有效降低共塔线路双极闭锁概率。

(2)

式中,t取为3min。

4) 调蓄容积

多功能调蓄塘用于消减下游排水管道洪峰流量,根据《室外排水设计规范》GB50014—2006,雨水调蓄设施有效容积计算公式为

V=f(a)·W[4]

(3)

其中,

(4)

式中,V为调蓄设施有效容积,m3;a为脱过系数,其取值为调蓄设施下游和上游设计流量之比(Q′/Q);Q为调蓄设施上游设计流量,m3/min;f(a)为a的函数;W为池前管渠的设计流量Q与相应集流时间t的乘积,m3;b、n为暴雨强度公式参数;t为降雨历时,min。

译文:布宜诺斯艾利斯的一些地区也尝试实行路边拾取可回收物的措施。但是据报道,因为这样的收集方式成本较高,政府决定不提供补贴,所以该项措施以失败告终。

由于五凤口互通立交下可利用空间较大,故选用DN600外排管,管坡暂定为1‰,调蓄后设计流量Q′=qφF=0.08 m3/s。在调蓄后最大出水流量不变而降雨强度不同的条件下,根据式(3)计算多功能调蓄塘有效容积,其计算结果如表2所示。

表2 多功能调蓄塘有效容积计算结果

降雨重现期P/a综合径流系数调蓄前设计流量Q/(m3·s-1)调蓄后设计流量Q′/(m3·s-1)脱过系数af(a)所需调蓄容积V/m3300.582.520.080.032.361 072

根据内涝防治标准,将镇江市内涝防治设计重现期取为30年,则所需调蓄容积为V′=1 072m3,安全系数取1.2,则调蓄有效容积为V=1.2V′=1.2×1 072.27 m3=1 286.72 m3,取整为V=1 300 m3。

5) 排空时间校核

根据前文所述排放管流量,用多功能调蓄塘有效调节容积校核排空时间,如式(5)所示。

Laparoscopic surgery for colorectal cancer is increasing rapidly, particularly among elderly patients. However, neither the safety nor the effectiveness of laparoscopic surgery in this demographic has yet been determined.

(5)

由式(5)可知,T排空为4.51 h,满足24 h内排空的要求[5]。

根据环评要求,有组织锅炉废气排放执行《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2003)第3时段标准限值,即二氧化硫排放浓度(mg/m3)≤400、烟尘排放浓度(mg/m3)≤50、氮氧化物排放浓度(mg/m3)≤450(Vdaf>20%)、烟气黑度小于林格曼1级,脱硫效率执行环评批复报告限值,即脱硫效率≥93.5%。

6) 调蓄面积

暂定有效水深为1.0 m,则调蓄面积S=1 300/1.0=1 300m2。具体调蓄池的面积及深度需根据地下条件合理选取。

7) 前置塘容积

前置塘主要用于去除大颗粒的污染物并减缓流速,一般设置于多功能调蓄塘前进水口处,要求便于清淤,并配设清淤通道。前置塘沉泥区容积根据清淤周期和所汇入径流雨水的SS污染物确定。北区前置塘主要用于处理北区互通立交道路SS污染物,北区道路汇水面积F北路=1.16 ha。

根据《室外排水设计规范》GB 50014—2006,雨水调蓄设施有效容积计算公式为

V=10DFΨβ

(6)

式中,V为用于污染控制的调蓄设施有效容积,m3;D为调蓄量,按降雨量计,取为4~8mm;F为汇水面积,ha;Ψ为径流系数;β为安全系数,取为1.1~1.5。

前置塘起到处理径流污染的作用,径流系数为短历时降雨条件下的系数,H取10mm,安全系数取1.5。因此,根据式(6)计算可得北区前置塘容积为125.28 m3,取整为130 m3,并可根据地块及实际情况适当放大。

4.3 海绵设施具体方案设计

在互通圈或路侧涵洞口设置多功能调蓄塘,降低峰值流量,减少对城市管道的压力,并通过多功能调蓄塘的沉淀净化作用,减少对出水口水域的污染。多功能调蓄塘典型剖面如图3所示。

图3 多功能调蓄塘典型剖面

为充分利用本项目互通区空间,根据4.2节相关水文计算结果,本项目互通区设置多功能调蓄塘面积为1 300m2,北区前置塘面积为125.28 m3,同时考虑道路的特殊性,进行了以下两个方面的调整。

(1) 多功能调蓄塘应避开桥墩,避免桥墩位于水中,导致阻水面积及施工难度的增加。

(2) 多功能调蓄塘的底部应设置两布一膜土工布,避免地下水渗入路基,保障路基结构安全。防渗膜规格为400 g/m2,断裂强度≥8.0 kN/m,CBR顶破强力≥1.4 kN,耐静水压为0.4 MPa。

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5 结语

贯彻海绵城市设计理念需要因地制宜地选择合适的海绵设施。海绵设施设计时,须进行全过程的水文验算,以保证道路排水的基本功能不受影响。通过在五凤口高架互通圈内设置多功能调蓄塘,解决了该区域路面淹水问题,后期使用效果较好。

高校要在专业设置、人才培养方案等方面要与国际高水平高校对接,吸收借鉴其可取之处,不断完善自身的教学实力,创新教学方法。各地区因地制宜,培养语言人才,使“一带一路”发展全面协调,发挥小语种人才的作用。

参考文献

[1]肖鹏,程洁,王维.野花景观在道路系统的应用[J].中国园艺文摘,2013(5):139-140.

[2]邓琳.城市道路立交方案设计[J].华东科技(学术版),2014(2):151-152.

[3]孙林林.基于海绵城市的城市道路系统化设计研究[J].工程技术(建筑),2017,14(5):302.

[4]GB 50014—2006.室外排水设计规范(2016版)[S].

[5]马旭东.海绵城市理念下的天津市雨水系统技术分析与设计[D].天津:天津大学, 2016.

Application of Sponge City Design Concept in Wufengkou Elevated Project

MIAO Yan1, XU Yidong2,*, BAI Lanlan2

(1. Port and Waterway Development Center of Jiangsu Transportation Department, Nanjing 210004, China; 2. JSTI Group, Nanjing 210019, China)

Abstract: The design concept of sponge city requires priority to retain limited rainwater, absorb, store, infiltrate, and clean water in situ or near, then release or use the stored water when needed. Conventional road drainage requires fast discharge, to prevent surface water and ground water from damaging the structural stability of the road, but it is contrary to the design concept of the sponge city. Taking the Wufengkou over head road’s sponge city construction project in Zhenjiang city, Jiangsu province as an example, the road design scheme that satisfies both the road function and the sponge city design concept is discussed. At the same time, based on the design concept of “reordering for income”, the overall process of multi-functional storage pond project was designed. The multi-functional storage pond was set up according to local conditions, which solved the problem of flooding of the road surface in the area. The project was used well after completion.

Key words: sponge city; Wufengkou elevated; multifunctional storage pond;engineering design

中图分类号:U448.28

文献标识码:A

文章编号:1672-9889(2019)02-0040-03

采用日期:2018-11-07

第一作者:缪岩(1963— ),女,高级统计师,主要从事航道计划、统计监测与分析工作。

[责任编辑 徐 静)

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