重慶廣陽島生態化海綿設施設計探討

石玫，黃河

（1重慶市永川區佰禾農業發展有限公司，重慶 402160；2重慶市市政設計研究院有限公司，重慶 400020）

1 工程概況

廣陽島片區位于重慶市主城東部，地處銅鑼山和明月山之間，面積約168 km2。廣陽島位于廣陽島片區的中心，坐落于明月山、銅鑼山之間，是長江上游第一大島，重慶主城區面積最大的江心綠島。該工程以海綿城市建設為目標導向，充分利用海綿緩沖區內的山、水、林、田、湖等流域型海綿設施調蓄區域雨洪、控制污染，利用規劃用地范圍內的非建設用地和城市綠地，科學布置陂塘濕地、雨水塘、下凹式綠地等海綿基礎設施，達到年徑流總量控制率為76%、年徑流污染去除率（以TSS計）≥60%、島內雨水資源化利用率25%的目標。

2 設計分析

2.1 場地豎向關系

采用GIS對廣陽島的地形地貌進行模擬，梳理水系現狀及豎向地形，如圖1所示。

圖1 豎向地形分析圖

廣陽島內豎向高差大，山地特色明顯，雨水匯流速度快。根據島內豎向高程及管網情況，把廣陽島（消落帶以上）劃分為14個匯水分區。各個分區的匯水面積如表1所示。

表1 匯水分區表

2.2 場地巖土層分布情況

島內山體土壤類型豐富，但缺乏有機質，營養成分不足，偏酸性。常見土壤類型包括：紫色土+沙壤（7.44%）、紫色土（土壤厚度10～20cm）（33.45%）、紫色礫石風化土（土壤厚度0～10cm）（6.42%）、風化紫色頁巖（25.21%）、泥沙土（27.49%）5種類型，如圖2所示。該場地內無各種危險污染物，有利于海綿設施的建設。

圖2 廣陽島土層分布情況

2.3 設計思路

該項目設計思路如圖3所示。島內通過同源頭海綿設施結合，使源頭設施（生態草溝、雨水花園、下沉綠地）引導、滯納徑流，緩慢進入受納水體（小微濕地、生態湖塘），實現海綿設施統籌調蓄徑流，延遲洪峰，削減排洪壓力；通過生物生態阻隔技術蓄存雨水，凈化待用。

圖3 海綿體系技術路線圖

3 海綿設施簡介及設計實施

3.1 海綿設施簡介

3.1.1 生態旱溪[1]

生態旱溪是指底部為卵石、碎石的地表溝渠。不下雨時，旱溪就像干枯的河床一樣，易與周邊場地景觀結合。當降雨較大時，從雨落管、道路偏溝匯集的雨水在進入其他海綿設施之前，流經旱溪時變成涓涓細流，并使得雨水徑流中一些較大的懸浮物被攔截下來。這對于防止水土流失、改善其他海綿設施的性能都很有幫助。

旱溪設計要點：①斷面多為拋物線形，以卵石鋪設的干涸溪床為主體，寬度應大于其深度，依據現狀條件確定，比例宜控制在2:1。粗糙石塊鋪設在底部，小卵石鋪設在邊緣；②設置蜿蜒的溪床路徑，上游入水口、轉彎處增加溪床寬度，鋪設粗糙卵石；下游出水口增加床底寬度，鋪設細卵石；③下墊面可鋪設透水土工布，上面用砂或礫石覆蓋；④溪床中央種植草本植被，兩側可增加喬木、灌木，植物選擇參考雨水花園（圖4）。

圖4 旱溪構造圖

3.1.2 雨水塘

雨水塘有時可結合綠地、開放空間等場地條件設計為多功能調蓄水體，即平時發揮正常的景觀及休閑、娛樂功能，暴雨發生時發揮調蓄功能，實現土地資源的多功能利用[2-3]。雨水塘一般由進水口、前置塘、主塘、溢流出水口、護坡及駁岸、維護通道等構成（圖5）。

圖5 雨水塘意向圖

3.1.3 小微濕地

小微濕地指周期性積水、面積在1ha以下、具有一定生態功能的小型濕地，包括河流（寬度一般在5m以下）、泡沼、溪流、泉、潭等天然濕地，也包括坑塘、養殖塘、水田、城市景觀水面和凈化濕地等人工濕地[4]。它的功能主要包括水質凈化、蓄滯徑流、維持生物多樣性、景觀游憩等。

小微濕地建設應堅持如下原則：因地制宜，合理布局；生態優先，科學恢復；突出功能，經濟美觀。主要包括形態設計、基質設計、岸帶設計、水量設計、植物選擇與配置等流程。

3.2 設計實施

3.2.1 設施容積計算

采用容積法[5]進行設計調蓄容積計算，并使匯水區域的雨水進入相應的低影響開發設施，滿足項目的雨水年徑流總量控制率不低于76%、年徑流污染削減率（以TSS計）不低于65%的設計目標。

容積法計算公式如式（1）：

式中：V——設計調蓄容積（m3）；H——設計降雨量（mm）；φ——綜合雨量徑流系數；F——匯水面積（hm2）。

3.2.2 年徑流污染物去除率（SS）計算

由于坡度較大，山地城市初期沖刷效應比平原城市更為顯著，降雨徑流污染物質的流失率高于平原城市，能夠在短時間內攜帶大量的污染物質，使得初期徑流具有更強的污染性，可能會造成污染物濃度在短時間內急劇上升，導致流域水質迅速惡化。

年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發設施對SS的平均去除率[6]。

通過加權法計算出低影響開發設施對SS的平均去除率為79%。

年徑流污染物去除率=79x76.3%=60.3%，滿足年徑流污染控制率60%的指標要求。

3.2.3 設施布置

根據各個溪溝的分布情況，充分利用現狀坑塘，對徑流進行調蓄及凈化。將十八溪溝作為末端海綿設施，接納地塊雨水，對雨水徑流進行進一步調蓄和凈化。溪溝設計與海綿設施相結合，利用山地地形高差設置多重海綿設施。因地制宜選擇10種設施，各設施的規模如表2所示，其設施具體布置如圖6所示。

表2 海綿設施統計表

圖6 海綿設施布置圖

3.3 模型驗證

使用ICM模擬典型年（2009年）降雨及徑流量情況，對海綿設施能力進行驗證。典型年降雨量939mm，總用水量244.5萬m3。按湖塘水系不同調蓄容積進行模擬，結果顯示：調蓄容積增加1.94萬m3，總調蓄量為10萬m3，年溢流場次4次，外排水量118.9萬m3，雨水資源化利用量62.3萬m3，補水量182.3萬m3，年徑流總量控制率76.3%，雨水利用占比27.2%。模擬結果表明，該海綿設計達到預定要求（圖7）。

圖7 模擬結果

4 結論

本文基于海綿城市設計理念，對廣陽島的海綿設施設計進行了分析，并采用相關公式進行了理論計算。工程充分利用原有地形，采用了生態湖塘、小微濕地等海綿措施，最后通過ICM模型驗證了相關工程措施可以達到年徑流總量控制率76%、年徑流污染去除率（以TSS計）≥60%、島內雨水資源化利用率25%的目標，改善了廣陽島的水環境，保障了水安全，修復了水生態，有利于涵養水資源。