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給水排水 |上海市政總院:回歸自然的雨洪渠道設(shè)計案例

 gz天堂鳥 2016-08-06
一、項目簡介及設(shè)計理念

設(shè)計改變過去水利專業(yè)慣用的混凝土駁岸做排洪溝的方法。采用自然生態(tài)駁岸,結(jié)合雨洪頻率設(shè)計成不同標(biāo)高的臺地,設(shè)計創(chuàng)造出一條生態(tài)的雨洪通道,將原來多余的雨水變成景觀河道,通過西干渠雨洪通道的積蓄、滲透、凈化后再排入牛山湖。



西干渠生態(tài)雨洪通道


二、現(xiàn)場分析

基地沒有外部匯入的自然河道,現(xiàn)狀水系分布較為零散,大多是雨水洼地、農(nóng)戶開挖的魚塘、稻田以及雨水管網(wǎng)排入形成的旱溪。


2.1
上位雨洪規(guī)劃

西干渠承接光谷中心城光谷二路至光谷五路之間降雨形成的徑流,向南匯入豹澥西干渠生態(tài)公園所需承擔(dān)的匯水面積約6.27 km2。

西干渠上位雨洪規(guī)劃定位


周邊城市的雨水將通過雨水管道排放到場地內(nèi)。并且根據(jù)100年、50年、3年一遇雨洪來確定每塊的匯水面積(見表1)。


表1推理公式法計算結(jié)果



2.2
調(diào)蓄能力分析

設(shè)計降雨歷時2h,分別以重現(xiàn)期為50年、3年、1年的暴雨強度計算流域內(nèi)的總瞬時暴雨量。


三、景觀雨洪系統(tǒng)



景觀雨洪系統(tǒng)分析


本項目雨洪體系主要有五部分構(gòu)成:

①通過初級的植草溝收集周圍人行道及山坡上的地表徑流,或是直接通過市政雨水管網(wǎng)將雨水排入雨水花園;
②通過雨水花園的曝氣、沉淀、凈化、跌級進(jìn)入雨洪通道;
③場地原有的山谷區(qū)域會形成匯集雨水的雨水滯留塘??梢猿蔀橛旰橥ǖ赖恼{(diào)節(jié)池;
④雨洪通道同時起到收集及排放雨水的作用,穿越公園的每個街區(qū)時,都會在入口處及出口處設(shè)置擋水壩,起到控制雨洪的作用。擋水壩同時可以積蓄雨水,在開闊處形成景觀湖面;

⑤雨洪通道在開闊處形成景觀湖面,在湖底及淺水區(qū)會種植各種凈水植物,養(yǎng)殖微生物,通過生態(tài)的手法凈化水質(zhì)。


一般泄洪河道與生態(tài)化河道的對比


3.1
雨洪收集樣板段一:城市山林段

從人行道及山坡上會匯入大量地表徑流到植草溝,向兩段輸送至雨水花園,通過雨水花園的凈化排放至景觀湖面。如果遇到暴雨季節(jié),超過景觀湖面的需水量,將通過擋水壩排入下一級的雨洪通道中。



雨洪設(shè)計樣板段1


3.2
雨洪收集樣板段二:濕地田園區(qū)

從市政雨水管網(wǎng)排出的雨水直接匯入雨水花園,通過層級的凈化排放至雨洪通道。如果遇到暴雨季節(jié),超過景觀湖面的需水量,將通過擋水壩排入下一級的雨洪通道中。


雨洪設(shè)計樣板段2


3.3
雨洪收集樣板段三:生態(tài)保育區(qū)

景觀湖面有開闊的空間,通過沉水植物可以進(jìn)一步凈化水質(zhì);并且可以積蓄大部分雨洪流量。如果遇到暴雨季節(jié),超過景觀湖面的需水量,將通過擋水壩排入下一級的雨洪通道中。


雨洪設(shè)計樣板段3


3.4
西干渠雨洪管理系統(tǒng)組成
植草溝

植草溝平均寬度為2m,深度控制在1m以內(nèi)。淺溝斷面形式宜采用倒拋物線形、三角形或梯形。


雨水花園

雨水花園


通過三層雨水花園設(shè)計成雨水潛流濕地,基礎(chǔ)設(shè)計成防滲型以便維持雨水濕地植物所需要的水量,雨水花園常與濕塘合建并設(shè)計一定的調(diào)蓄容積。

其主要構(gòu)成如下:

(1)雨水花園設(shè)置管線基礎(chǔ),將市政的雨水引導(dǎo)進(jìn)沉淀池。
(2)雨水花園內(nèi)上層鋪設(shè)火山灰作為水生植物培養(yǎng)基質(zhì)。下層鋪設(shè)不同大小配比的礫石形成過濾層。對潛流的雨水進(jìn)行雜質(zhì)的過濾。
(3)雨水花園中淺沼澤區(qū)水深范圍一般為0~0.3 m,配置不同類型的水生植物,通過根系吸附有機(jī)污染物。
(4)雨水濕地的調(diào)節(jié)容積應(yīng)在24h內(nèi)排空。

(5)在第二層礫石層埋設(shè)帶孔的排水管。將礫石過濾后的水通過管道排入下一級雨水花園中。排水管頂層設(shè)置空氣進(jìn)口,保持管道內(nèi)有水壓,在堤岸上設(shè)置檢修口,保持管道可以在淤積時疏通。


 雨水滯留塘
雨水滯留塘指具有雨水調(diào)蓄和凈化功能的景觀水體,它收集周圍谷地排入的雨水,同時作為雨洪通道主要的補水水源。其主要構(gòu)成如下:
(1)駁岸形式宜為生態(tài)軟駁岸,邊坡坡度(垂直:水平)一般為1∶2~1∶8。駁岸邊緣放置石塊和礫石防止雨水沖刷。
(2)池底采用軟性的淤泥層結(jié)合礫石墊層。
(3)池底分成兩層:淺層永久容積水深一般為0.5~0.8m。深層在1.5~2m;儲存容積一般根據(jù)所在區(qū)域相關(guān)規(guī)劃提出的“單位面積控制容積”確定。
(4)設(shè)置水生植物種植區(qū),駁岸邊的淺水區(qū)種植菖蒲等挺水植物。深水區(qū)種植沉水植物,如亞洲苦草等,深度凈化水質(zhì)。
(5)溢流出水口包括溢流豎管和溢洪道,排水能力應(yīng)根據(jù)下游雨水管渠或超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)的排水能力確定。排水周期根據(jù)不同季節(jié)水生植物凈化級別來制定。

(6)濕塘應(yīng)設(shè)置護(hù)欄、警示牌等安全防護(hù)與警示措施。


雨洪通道

設(shè)計改變慣常的用混凝土駁岸做排洪溝的方法。采用自然生態(tài)駁岸,結(jié)合雨洪頻率設(shè)計成相應(yīng)標(biāo)高的臺地。這樣在旱季可以將用淤泥作為池底,鋪設(shè)碎石,駁岸點綴景觀疊石。將原來多余的雨水變成景觀河道,通過西干渠雨洪通道的積蓄、滲透、凈化后再排入牛山湖。圖8為一般泄洪河道與生態(tài)化河道的對比。


景觀湖面

水深在0.3~1m的開闊水面,復(fù)育挺水植物、浮水植物等,并為動物提供良好的覓食環(huán)境。在深水區(qū)種植沉水植物如亞洲苦草,和曝氣裝置,起到深層的凈化作用。讓生態(tài)鏈可以重新良好循環(huán)——使得植物、昆蟲、動物、人在此和諧共存。


擋水壩、跌水

擋水壩


擋水壩設(shè)置在雨洪通道穿越公園地塊的出入口,同車行橋結(jié)合在一起。起到控制雨洪的作用。擋水壩既能減緩雨洪的速度,又可以積蓄雨水形成湖面。每個壩設(shè)置溢水口,如果超過控制標(biāo)高,雨洪會自動流入下一個區(qū)段。


四、生態(tài)修復(fù)技術(shù)

設(shè)計在景觀湖面區(qū)域運用“生態(tài)進(jìn)化系統(tǒng)”對水質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步的提升。生態(tài)凈化系統(tǒng)的設(shè)計和構(gòu)建的核心是依據(jù)生態(tài)原理,形成多層次的水生生物系統(tǒng),構(gòu)建食物鏈,降解、固定或轉(zhuǎn)移污染物和營養(yǎng)物,并通過這個過程凈化水質(zhì)。


技術(shù)原理:通過生態(tài)修復(fù)技術(shù)種植和恢復(fù)水生植被特別是沉水植被,改善水質(zhì),使水體清澈;并通過修復(fù)后的沉水植被的光合作用把大量的溶解氧帶入底泥,使淤泥中的氧化還原電位升高,促進(jìn)底棲生物包括水生昆蟲、蠕蟲、螺、貝的滋生,進(jìn)而使水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)多樣性;最后有序地放入魚、蝦、蟹類等原有土著水生動物,平衡沉水植被的生產(chǎn)力,同時優(yōu)化水體水生生物的多樣性,形成良性循環(huán)的水生生態(tài)自凈系統(tǒng),全面恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)。于此同時,水體經(jīng)過生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)成份的循環(huán)后得到凈化,就稱為水體的“生態(tài)自凈”。


水生態(tài)系統(tǒng)模式


從物質(zhì)的角度看,氮、磷等營養(yǎng)物進(jìn)入水體后通過一系列復(fù)雜的過程,最終以水草的形式被收割或以水生動物(魚類等)被捕撈而移出水體。


構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵是構(gòu)建完善的水生植物(生產(chǎn)者)、水生動物(消費者)和微生物系統(tǒng)(分解者),并使之形成良性的關(guān)系。


4.1
生態(tài)修復(fù)品種配置
水生系統(tǒng)物種的選擇一般應(yīng)依照以下原則:
①近自然原則:選擇物種以本地土著種為主;
②有效性:對于完善生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮顯著作用,并具有高效的水質(zhì)凈化的作用;
③觀賞性:具有良好的景觀觀賞價值,兼顧暖水性和冷水性物種,保證四季見綠;
④多樣性和協(xié)調(diào)性,有助于構(gòu)建穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng);

⑤易維護(hù)性:所選水草應(yīng)該不容易形成瘋長,特別對沉水植物,要求其植株比較矮,不容易長到水面上,避免造成水草雜亂的感覺。


4.2
水生動物

濾食性魚類,如鰱、鳙魚等可以有效的去除水體中綠藻類物質(zhì)使水體的透明度增加。底棲動物如蚌類、螺可以可以有效的去除水中懸浮的藻類及有機(jī)碎屑濾食,提高河水的透明度。同時分泌促絮凝物質(zhì),使湖水中懸浮物質(zhì)絮凝,促使水體變清。


4.3
輸復(fù)合微生物群

微生物群是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者,它是聯(lián)系生產(chǎn)者和消費者之間的紐帶。根據(jù)需要,可以投入分解有機(jī)物、去除氨氮、抑制藻類的光合細(xì)菌、硝化菌、芽胞桿菌等。


4.4
應(yīng)急水質(zhì)

當(dāng)遇到突發(fā)性外來污染(例如暴雨、外來污水進(jìn)入、大量藻類水華暴發(fā)等)情況下,配備應(yīng)急凈化技術(shù)裝備,采用“氣浮-生化-過濾”設(shè)備可以快速凈化水質(zhì),大量去除藻類、顆粒物,適度去除有機(jī)物。其特點是效果好,速度快,占地小。該裝置還可用于污水處理廠尾水提升,可將出水水質(zhì)提升一個等級。


4.5
生態(tài)凈化屏障

生態(tài)凈化屏障技術(shù)綜合使用了柔性透水阻隔、固定化微生物、復(fù)合生物酶、局部曝氣、復(fù)合浮床等技術(shù),結(jié)合擋水壩的使用將極大減緩污染源對河道的影響。


針對少量點源和面源污染,生態(tài)凈化屏障能有效凈化點源污染,及割斷面源污染。


原文標(biāo)題《回歸

原文標(biāo)題《回歸自然的雨洪渠道——以武漢西干渠公園景觀風(fēng)光帶為例》,作者:吳天煜,單位:上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司,刊登在《給水排水》2016年08期。

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