滲水井在城市道路排水中的應用

摘要：近年來全國各地城市一方面頻繁遭遇強暴雨襲擊，引發嚴重內澇，另一方面地下水位嚴重下降。為有效解決城市內澇與地下水位下降問題，本文簡要介紹滲水井在城市道路排水中的應用。

關鍵詞：滲水井；城市內澇；地下水位下降

一、城市內澇災害原因分析

近年來全國各地城市遭受城市內澇，造成這一現象主要有以下原因。

1、缺乏雨水安全生態排放理念

需要轉變雨水排水規劃理念。目前排水方式大多采用管渠系統排水，有的地區甚至通過一味增大雨水排水管渠系統，提高排水能力。一方面，加大經濟投入，導致城鄉防洪排澇壓力較大，洪澇災害頻發；另一方面，雨水來多少排多少，違背雨水自然規律，導致生態環境惡化。

2、地面硬質化導致雨水徑流增加

伴隨我國城市化進程加快，大量填湖建房，蓋河修路，侵占行洪河道，原來大面積的透水地面被建筑物、瀝青、混凝土等不透水材料覆蓋，阻斷了雨水入滲地下的通道，加大了地面雨水徑流，加大了雨水管渠排水系統壓力，導致洪澇災害頻發。

3、排水管渠標準系統需要完善

排水標準需要適當提高。排水設施一般隨著城市的不斷發展而完善，由于經濟等原因不同時期的排水標準不同，一般老城區的排水標準相對偏低，目前約1年一遇，有的地區甚至還要低一些。新建地區排水標準一般1～3年一遇。

排水設施有待完善。有的排水系統雨水泵站和主干管線已經建成，排水支管尚未完善，或下游管道管徑偏小造成瓶頸，導致實際排水能力達不到規劃標準而淹水。排水管渠系統維護管理十分重要。河道淤積，管道、雨水井堵塞，導致排水管渠系統形同虛設，難以發揮排水作用.

二、城市地下水現狀

以北京為例。多年來，北京水資源緊缺已成共識，截至今年，北京地下水已連續十五年超采，地下水位比1998年同期下降12.83米。而專家認為，水資源可承載的人口數量現在已接近飽和。從1999年起，北京就開始超采地下水，每年超采約五億立方米。連年的超采造成地下水位迅速下降，截至今年，北京市平原區地下水平均埋深24.5米，與上年同期相比，地下水位下降0.3米，地下水儲量減少1.5億立方米；與超采前的1998年同期相比，地下水位下降12.83米，地下水儲量減少65億立方米。

由于長期超采，使地下水位大幅度下降，造成弱透水層和含水層孔隙水位壓力降低，黏性土層孔隙水被擠出，使黏性土產生壓密變形，從而引起地面沉降。目前，全國有近70個城市因不合理開采地下水誘發了地面沉降，沉降范圍6.4萬平方千米，沉降中心最大沉降量超過2米的有上海、天津、太原、西安、蘇州、無錫、常州等城市，其中天津塘沽的沉降量達到3.1米。此外，西安、大同、蘇州、無錫、常州等城市的地面沉降同時伴有地裂縫，對城市基礎設施構成嚴重威脅，而在河北、山東、云南、廣東、海南等地也有不同程度的地裂縫發生。

地下水位下降還對城市園林綠化影響產生影響。地下水位的大幅下降，使井泉、河流干涸，土壤水分大量漏失，嚴重影響地面植物與樹木的正常生長，破壞了美好的自然景觀。像北京的海淀、萬泉莊、圓明園等曾井泉涌流，現在泉眼都干涸了，及大地影響了其風景旅游價值。地下水位下降，還加速了河水的下滲與河流的干涸，不僅使地表草被植物枯死，而且使速生喜水的楊樹、柳樹等生長困難，幼樹不勤澆水則不易成活，導致城市綠化用水大量增加。

三、滲水井排水技術

按常規拆除、重建排水系統，不僅難度之大不可想象，而且地下水位下降問題也沒有得到有效解決。很多歐洲城市，排水系統是先于城市修建。而巴黎的排水系統更是奧斯曼推倒巴黎重來修建的結果。而回到中國城市，往往是建成區存在著嚴重的內澇問題，甚至是很多新城區因為設計標準太低而內澇。在這種情況下，無論是經濟成本還是施工難度，都存在著難以克服的困難。

滲水井應用于城市道路排水技術是對當前我國雨水排水系統的改進，在保留原排水管道的情況下，在雨水檢查井處增設滲水井，使原本以排為主的設計理念變成以“滲、滯、排”為主的安全生態雨水排水理念。在緩解雨水管排水壓力的同時，因打通了地表水的滲透途徑，很好地緩解了地下水位下降問題。

因滲水井對原有雨水排水系統充分利用，免去了重建的巨大資金投入，又因滲水井施工占用道路較小，可最大程度地減小雨水管網改造對交通的干擾。采用人工挖孔，施工方便、速度較快、不需要大型機械設備，造價比沖錐沖孔、沖擊錐沖孔、沖擊鉆機沖孔、回旋鉆機鉆孔節??；人工挖孔技術在公路、民用建筑中已得到廣泛應用。所以滲水井技術特別適合排水設計標準較低的老城區雨水管改造。

1、滲水井設計

滲水井采用人工挖孔施工，滲水井設于每個雨水檢查井下，直徑為1.5米～2米，井壁采用C30鋼筋混凝土，鋼筋采用HRB335；井底設計標高為地下水位以下1米，且井深不大于20米。井口設環形檢查井基礎。井身每節深約一米，先挖土后支模澆筑井身混凝土，往下施工時以每節作為一個施工循環（即挖好每節后澆注混凝土井壁）。挖孔達到設計標高后，應進行孔底處理，必須做到平整，無松渣、污泥及沉淀等軟層。待井身混凝土達到強度要求后，井底填筑70cm片石和30cm碎石。

2、滲水井可行性分析

以北京老城區某條遭遇過淹水的舊街道為例。道路全長520米，道路寬度30米，雨水管布設于兩側非機動車道下，管徑800mm，檢查井間距40米。

雨水設計流量公式

Q=q*Ψ*F

q：設計暴雨強度

Ψ：徑流系數，取0.65

F：匯水面積，取3.82公頃

設計暴雨強度采用北京暴雨強度公式

P：暴雨重現期，取5年

t1：地面積水時間，取5min

t2：管內雨水流行時間

雨水灌渠流速

R：水力半徑

I：水力坡降，取0.005

n：粗糙度系數，取0.014

由于道路設計時排水采用標準比現行規范低，按現行規范《室外排水設計規范》GB 50014-2006計算，得出雨水設計流量：1004.12 L/s，流速：1.73 m/s，水流有效斷面面積：0.581㎡，對應管道直徑860mm>800mm，不滿足現行排水規范要求。

采用滲水井對雨水調蓄：

于每個檢查井下設滲水井，全線共計26個，取滲水井直徑為1.5米、井深15米，則滲水井調蓄水有效容積為585.0m3。

V：調蓄池有效容積

Q：調蓄前設計流量

b、n：暴雨強度公式參數，取b= 8，n=0.711

α：脫過系數，為調蓄后與調蓄前設計流量的比值

經計算得，α=0.826，則調蓄后設計流量為829.40 L/s，對應管道直徑780mm<800mm，滿足排水要求。

通過增設滲水井，在不計滲水井滲流流量的情況下，原排水管道已滿足排水要求。對于雨量不是特別大的情況，滲水井能完全調蓄所有雨水，通過下滲有效補充地下水，緩解地下水位的下降。

四、結語

滲水井是基于安全生態雨水排水理念提出的、適用于解決城市內澇及城市地下水位下降的工程解決方案，特別適合地下水較低的北方城市雨水管網改造及新建工程。

參考文獻：

[1] 北京市市政工程設計研究總院.給水排水設計手冊（第5冊）：城鎮排水[M].中國建筑工業出版社.

[2] GB 50014-2006.室外排水設計規范（2014年版）[S]