南通城市典型水土保持措施的設計

2021-11-03 07:25:20張宇亮

江蘇水利 2021年10期

關鍵詞：設計

張宇亮，黃莉，季巍

(1.南通市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇南通 226000； 2.南通市水利局，江蘇南通 226000)

1 城市水土流失的危害

長久以來，人們都以為水土流失發生在偏遠的山區，而忽略了城市的水土流失。由于城市化速度加快，城市建設速度提高，各種新科技、新技術的運用導致水土流失的加快。流失速度快、流失面廣、流失點多是當前城市水土流失的幾個特點[1]。工程建設和生產過程中產生的水土流失，若不采取有效的預防和防治措施，將會產生一定的危害[2]，主要表現在以下幾個方面：

(1)阻塞周邊市政管網。施工過程中，各種建設活動擾動原地表，土石方開挖過程中容易產生水土流失，項目區利用周邊市政雨水管網排水，容易阻塞周邊市政管網。

(2)影響當地自然景觀工程。擾動原地貌，施工過程中開挖的松散土石方等若直接受降水沖刷或浸泡，易造成水土流失，影響周邊水環境。

(3)對周邊生態環境帶來不利影響。在工程施工期間，造成的揚塵在遇到暴雨的情況下，可能比較嚴重的水土流失，對周邊生態環境造成破壞。

我國陸續頒布了一系列重要的相關水土保持法規，從 1982年6月30日頒布的《水土保持工作條例》開始，1991年6月29日頒布了《中華人民共和國水土保持法》，2010年12月25日修訂頒布了《中華人民共和國水土保持法》，2017年江蘇省修訂頒布了《江蘇省水土保持條例》，為預防和治理水土流失，保護和合理利用水土資源，減輕水、旱、風沙災害，改善生態環境，保障經濟社會可持續發展提供了依據[3]。筆者結合工作的體會談談南通城市建設項目水土保持措施的設計。

2 南通市水土流失概況和治理典型設計

2.1 自然地理及水土流失概況

南通市屬長江三角洲沖積平原，地勢平坦，地下水為第四系松散沉積孔隙水，地層滲透性較好，地下水類型為淺表層包氣帶上層滯水、潛水、層間水。全市地下水有4個含水層，地表向下分為潛水、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、承壓水含水層，含水量豐富。

南通市屬北亞熱帶濕潤性氣候區，季風影響明顯，四季分明，氣候溫和，光照充足，雨水充沛，無霜期長。多年平均氣溫14.9℃，極端最高氣溫為39℃(1960年8月7日)，極端最低氣溫為-10.9℃(1977年1月31日)。多年平均降水量為1 087.4 mm，年最大降水量1 811.9 mm(1991年)，年最小降水量243.6 mm(1933年)，年蒸發量在840 mm。本區降水集中在5-9月，降水量占全年的64.6%。年平均日照時數2 100～2 200 h。全年多東南風，冬季有西北風，夏秋季受臺風影響較大，也是降水的主要季節。

南通市氣候濕潤，雨水充沛，植物種類繁多，植被資源豐富。屬北亞熱帶常綠落葉闊葉林區。由于人類生產活動和自然災害的影響，原生植被較少，代之以次生林植被、人工林和農田植被。落葉闊葉樹種有廣玉蘭、女貞樹、梧桐樹、柳樹等，常綠闊葉樹種有冬青、香樟、石楠等，常綠針葉有杉樹、側柏等，落葉針葉有水杉、池杉等。

南通市現有水土流失面積280.29 km2，均為微度侵蝕，占南通市國土面積(不含長江及沿海灘涂)的3.19%。水土流失主要集中在高沙土地區，沿江、沿海沙土區。根據《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—2007)，南通市土壤侵蝕類型的一級分區為水力侵蝕類型區，二級分區為南方紅壤丘陵區中的長江中下游平原區。按區劃分，南通市有54個鄉鎮屬于省級水土流失重點預防區，47個街道屬于水土流失易發區。

2.2 典型設計

2.2.1 植物措施典型設計

植物措施所采用的樹種、草種，應根據當地的氣候條件、水土流失防治目標及綠化目的進行選擇，且既要考慮到水土保持功能又要兼顧綠化美化要求。南通地區沿江沿海，在海邊進行生產建設項目時要考慮到鹽堿地段適宜種植的植物，在布設植物措施時，樹種、草種的選擇應遵循以下原則：

(1)為提高綠化成功率，本土的樹種、草種或者在當地綠化中已推廣使用的樹種、草種為首選，盡量選擇景觀性好、根部生殖能力強的樹草種；

(2)遵循保護環境和美化環境相結合的原則，常綠樹草種應占一定的比例，在條件許可的情況下，可適當引進新的優良樹草種，以滿足生物多樣性和美化環境的要求；

(3)選擇一些對有毒氣體吸收能力強，對粉塵吸附能力強的植物。經調查，適合南通市項目區綠化植物種生物特性見表1。

表1 南通市綠化植物種生物特性表

除在地面進行綠化外，綠色屋頂已成為海綿城市建設中的一種新趨勢，運用到南通地區水土保持治理措施中。綠色屋頂是指人們根據建筑屋頂結構特點、荷載和屋頂上的生態環境條件，選擇生長習性與之相適應的植物材料，通過一定技藝，在建筑物頂部及一切特殊空間建造綠色景觀的一種形式。它的涵蓋面不單單是屋頂種植，還包括露臺、天臺、陽臺、墻體、地下車庫頂部、立交橋等一切不與地面、自然、土壤相連接的各類建筑物和構筑物的特殊空間的綠化。這些綠色屋頂不僅提高了觀賞性，同時也起到了不可小覷的生態效益，如有效控制雨洪徑流，減少建筑能耗和熱島效應等，對美化城市環境，改善生態效應有著極其重要的意義。

2.2.2 臨時排水溝典型設計

(1)設計暴雨強度i，采用南通市暴雨強度公式：

(1)

式中：i為設計暴雨強度，mm/min；P為設計重現期，重現期一般采用0.5～3 a，計算P取2 a；t為降雨歷時，根據匯水距離、地形坡度和地面種類確定，一般采取5～15 min，本次計算t取10 min。查表后可知，南通市設計暴雨強度i為270.02 L/(s.hm2)。

(2)雨水設計流量Q，按下列公式計算：

Q=qΨF

(2)

式中：q為設計暴雨強度，L/(s·hm2)；Ψ為徑流系數，按經驗取0.6；F為匯水面積，hm2，南通市一般生產建設項目單條排水溝最大匯水面積為0.40 hm2。經計算，雨水設計流量Q為0.065 m3/s。

(3)排水溝斷面尺寸設計

臨時排水溝斷面為梯形斷面尺寸為深30 cm，底寬30 cm，邊坡1∶0.75，如滿槽過流最大過水斷面積A=0.16 m2，濕周為1.05 m，水力半徑為0.15 m謝才系數C為42.87；排水流量為0.084 m3/s。

(4)排水溝設計結果

排水流量為0.084 m3/s，大于雨水設計流量0.065 m3/s，因此設計臨時排水溝斷面滿足場地排水要求。

2.2.3 沉砂池典型設計

在排水溝中部和拐角處設置臨時沉砂池，用于沉淀泥沙，設計單個沉砂池的長×寬×深尺寸為2 m×1 m×1.5 m，容積為3 m3。臨時沉砂池材料為磚砌，四周壁厚12 cm，底厚6 cm，池口加蓋板，定期清淤。臨時沉砂池主要用于施工期，與臨時排水溝相結合，竣工后拆除。

2.2.4 臨時苫蓋典型設計

由于考慮下雨等不利因素對施工造成影響，大風天氣造成揚塵，需對土壤裸露區域采用密目網人工鋪蓋，4個角埋入土中，并用重物壓住，減少水土流失。

2.2.5 植草磚透水鋪裝典型設計

南通市積極響應海綿城市建設號召，停車場、廣場等路面大多采用植草磚透水鋪裝，鋪裝形式見圖1，這種材料的原料為各種廢陶瓷、石英砂等，透水性、保水性非常強，透水速率可以達到5 mm/s以上，其保水性達到12 L/m3以上。由于其良好的透水性、保水性，下雨時雨水會自動滲透到磚底下直到地表，部分水保留在磚里面。雨水不會像在水泥路面上一樣四處橫流，最后通過地下水道完全流入江河。天晴時，滲入磚底下或保留在磚里面的水會蒸發到大氣中，起到調節空氣濕度、降低大氣溫度、清除城市“熱島效應”的作用。

圖1 植草磚鋪裝剖視圖

2.2.6 雨水回用系統典型設計

在南通市海綿城市建設過程中注重雨水的“蓄”和“用”，結合地形地勢和場地現狀，采取利用自然低地、新建或改造現有下凹式場地設施、建設雨水調蓄池三大措施，對雨水進行調蓄、凈化和再利用，區域內雨水收集利用量明顯增加，雨水資源利用率提高到10%。雨水回用系統流程可分五大環節，見圖2，即通過雨水收集管道收集雨水—棄流截污—PP雨水收集池儲存雨水—過濾消毒—凈化回用，收集到的雨水用于澆溉農作物、補充地下水、還可用于景觀環境、綠化、洗車場用水、道路沖洗冷卻水補充等非生活用水用途，起到節約用水、美化城市、改善市民生活環境的效果。以南通某小區為例，設計了蓄水池PP模塊286.72 m3，清水池PP模塊51.2 m3，一臺流量為25 m3/h的排污泵，一臺流量為20 m3/h的提升泵，2臺流量為15 m3/h的回用泵用于綠化澆灌供水。

圖2 雨水回用系統流程

2.2.7 水土保持措施評價

綠化區域的植物栽種能有效減少地表水土流失，涵養水土；臨時排水溝能將施工期間的雨水、生活用水以及生產用水有組織地排到場外，以保證施工場地范圍沒有積水，減少水土流失；臨時沉砂池可以濾去大的顆粒物，防止水土流失；臨時苫蓋能減少自然環境中的陽光、雨雪、刮風對土地的侵蝕，減少揚塵；植草磚透水鋪裝具有透水性和保水性，可以有效減少水土流失；雨水回用系統對雨水回收再利用，有效緩解城市缺水問題，各項水土保持措施均能有效防止水土流失。

3 結語

城市水土保持生態環境建設是為了解決在城市化過程中因自然因素和人為活動造成水土流失而導致的城市生態環境惡化、城市整體功能衰減等一系列問題，主要是減少城市水土流失，減小城市水土資源的污染，調節城市氣候，凈化空氣，改善城市環境，保護生物多樣性，優化生存條件，使城市資源得到合理開發和可持續利用[4]。