重庆广阳岛生态化海绵设施设计探讨

石玫，黄河

（1重庆市永川区佰禾农业发展有限公司，重庆 402160；2重庆市市政设计研究院有限公司，重庆 400020）

1 工程概况

广阳岛片区位于重庆市主城东部，地处铜锣山和明月山之间，面积约168 km2。广阳岛位于广阳岛片区的中心，坐落于明月山、铜锣山之间，是长江上游第一大岛，重庆主城区面积最大的江心绿岛。该工程以海绵城市建设为目标导向，充分利用海绵缓冲区内的山、水、林、田、湖等流域型海绵设施调蓄区域雨洪、控制污染，利用规划用地范围内的非建设用地和城市绿地，科学布置陂塘湿地、雨水塘、下凹式绿地等海绵基础设施，达到年径流总量控制率为76%、年径流污染去除率（以TSS计）≥60%、岛内雨水资源化利用率25%的目标。

2 设计分析

2.1 场地竖向关系

采用GIS对广阳岛的地形地貌进行模拟，梳理水系现状及竖向地形，如图1所示。

图1 竖向地形分析图

广阳岛内竖向高差大，山地特色明显，雨水汇流速度快。根据岛内竖向高程及管网情况，把广阳岛（消落带以上）划分为14个汇水分区。各个分区的汇水面积如表1所示。

表1 汇水分区表

2.2 场地岩土层分布情况

岛内山体土壤类型丰富，但缺乏有机质，营养成分不足，偏酸性。常见土壤类型包括：紫色土+沙壤（7.44%）、紫色土（土壤厚度10～20cm）（33.45%）、紫色砾石风化土（土壤厚度0～10cm）（6.42%）、风化紫色页岩（25.21%）、泥沙土（27.49%）5种类型，如图2所示。该场地内无各种危险污染物，有利于海绵设施的建设。

图2 广阳岛土层分布情况

2.3 设计思路

该项目设计思路如图3所示。岛内通过同源头海绵设施结合，使源头设施（生态草沟、雨水花园、下沉绿地）引导、滞纳径流，缓慢进入受纳水体（小微湿地、生态湖塘），实现海绵设施统筹调蓄径流，延迟洪峰，削减排洪压力；通过生物生态阻隔技术蓄存雨水，净化待用。

图3 海绵体系技术路线图

3 海绵设施简介及设计实施

3.1 海绵设施简介

3.1.1 生态旱溪[1]

生态旱溪是指底部为卵石、碎石的地表沟渠。不下雨时，旱溪就像干枯的河床一样，易与周边场地景观结合。当降雨较大时，从雨落管、道路偏沟汇集的雨水在进入其他海绵设施之前，流经旱溪时变成涓涓细流，并使得雨水径流中一些较大的悬浮物被拦截下来。这对于防止水土流失、改善其他海绵设施的性能都很有帮助。

旱溪设计要点：①断面多为抛物线形，以卵石铺设的干涸溪床为主体，宽度应大于其深度，依据现状条件确定，比例宜控制在2:1。粗糙石块铺设在底部，小卵石铺设在边缘；②设置蜿蜒的溪床路径，上游入水口、转弯处增加溪床宽度，铺设粗糙卵石；下游出水口增加床底宽度，铺设细卵石；③下垫面可铺设透水土工布，上面用砂或砾石覆盖；④溪床中央种植草本植被，两侧可增加乔木、灌木，植物选择参考雨水花园（图4）。

图4 旱溪构造图

3.1.2 雨水塘

雨水塘有时可结合绿地、开放空间等场地条件设计为多功能调蓄水体，即平时发挥正常的景观及休闲、娱乐功能，暴雨发生时发挥调蓄功能，实现土地资源的多功能利用[2-3]。雨水塘一般由进水口、前置塘、主塘、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道等构成（图5）。

图5 雨水塘意向图

3.1.3 小微湿地

小微湿地指周期性积水、面积在1ha以下、具有一定生态功能的小型湿地，包括河流（宽度一般在5m以下）、泡沼、溪流、泉、潭等天然湿地，也包括坑塘、养殖塘、水田、城市景观水面和净化湿地等人工湿地[4]。它的功能主要包括水质净化、蓄滞径流、维持生物多样性、景观游憩等。

小微湿地建设应坚持如下原则：因地制宜，合理布局；生态优先，科学恢复；突出功能，经济美观。主要包括形态设计、基质设计、岸带设计、水量设计、植物选择与配置等流程。

3.2 设计实施

3.2.1 设施容积计算

采用容积法[5]进行设计调蓄容积计算，并使汇水区域的雨水进入相应的低影响开发设施，满足项目的雨水年径流总量控制率不低于76%、年径流污染削减率（以TSS计）不低于65%的设计目标。

容积法计算公式如式（1）：

式中：V——设计调蓄容积（m3）；H——设计降雨量（mm）；φ——综合雨量径流系数；F——汇水面积（hm2）。

3.2.2 年径流污染物去除率（SS）计算

由于坡度较大，山地城市初期冲刷效应比平原城市更为显著，降雨径流污染物质的流失率高于平原城市，能够在短时间内携带大量的污染物质，使得初期径流具有更强的污染性，可能会造成污染物浓度在短时间内急剧上升，导致流域水质迅速恶化。

年SS总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率[6]。

通过加权法计算出低影响开发设施对SS的平均去除率为79%。

年径流污染物去除率=79x76.3%=60.3%，满足年径流污染控制率60%的指标要求。

3.2.3 设施布置

根据各个溪沟的分布情况，充分利用现状坑塘，对径流进行调蓄及净化。将十八溪沟作为末端海绵设施，接纳地块雨水，对雨水径流进行进一步调蓄和净化。溪沟设计与海绵设施相结合，利用山地地形高差设置多重海绵设施。因地制宜选择10种设施，各设施的规模如表2所示，其设施具体布置如图6所示。

表2 海绵设施统计表

图6 海绵设施布置图

3.3 模型验证

使用ICM模拟典型年（2009年）降雨及径流量情况，对海绵设施能力进行验证。典型年降雨量939mm，总用水量244.5万m3。按湖塘水系不同调蓄容积进行模拟，结果显示：调蓄容积增加1.94万m3，总调蓄量为10万m3，年溢流场次4次，外排水量118.9万m3，雨水资源化利用量62.3万m3，补水量182.3万m3，年径流总量控制率76.3%，雨水利用占比27.2%。模拟结果表明，该海绵设计达到预定要求（图7）。

图7 模拟结果

4 结论

本文基于海绵城市设计理念，对广阳岛的海绵设施设计进行了分析，并采用相关公式进行了理论计算。工程充分利用原有地形，采用了生态湖塘、小微湿地等海绵措施，最后通过ICM模型验证了相关工程措施可以达到年径流总量控制率76%、年径流污染去除率（以TSS计）≥60%、岛内雨水资源化利用率25%的目标，改善了广阳岛的水环境，保障了水安全，修复了水生态，有利于涵养水资源。