南通城市典型水土保持措施的设计

2021-11-03 07:25张宇亮

江苏水利 2021年10期

张宇亮，黄莉，季巍

(1.南通市水利勘测设计研究院有限公司，江苏南通 226000； 2.南通市水利局，江苏南通 226000)

1 城市水土流失的危害

长久以来，人们都以为水土流失发生在偏远的山区，而忽略了城市的水土流失。由于城市化速度加快，城市建设速度提高，各种新科技、新技术的运用导致水土流失的加快。流失速度快、流失面广、流失点多是当前城市水土流失的几个特点[1]。工程建设和生产过程中产生的水土流失，若不采取有效的预防和防治措施，将会产生一定的危害[2]，主要表现在以下几个方面：

(1)阻塞周边市政管网。施工过程中，各种建设活动扰动原地表，土石方开挖过程中容易产生水土流失，项目区利用周边市政雨水管网排水，容易阻塞周边市政管网。

(2)影响当地自然景观工程。扰动原地貌，施工过程中开挖的松散土石方等若直接受降水冲刷或浸泡，易造成水土流失，影响周边水环境。

(3)对周边生态环境带来不利影响。在工程施工期间，造成的扬尘在遇到暴雨的情况下，可能比较严重的水土流失，对周边生态环境造成破坏。

我国陆续颁布了一系列重要的相关水土保持法规，从 1982年6月30日颁布的《水土保持工作条例》开始，1991年6月29日颁布了《中华人民共和国水土保持法》，2010年12月25日修订颁布了《中华人民共和国水土保持法》，2017年江苏省修订颁布了《江苏省水土保持条例》，为预防和治理水土流失，保护和合理利用水土资源，减轻水、旱、风沙灾害，改善生态环境，保障经济社会可持续发展提供了依据[3]。笔者结合工作的体会谈谈南通城市建设项目水土保持措施的设计。

2 南通市水土流失概况和治理典型设计

2.1 自然地理及水土流失概况

南通市属长江三角洲冲积平原，地势平坦，地下水为第四系松散沉积孔隙水，地层渗透性较好，地下水类型为浅表层包气带上层滞水、潜水、层间水。全市地下水有4个含水层，地表向下分为潜水、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、承压水含水层，含水量丰富。

南通市属北亚热带湿润性气候区，季风影响明显，四季分明，气候温和，光照充足，雨水充沛，无霜期长。多年平均气温14.9℃，极端最高气温为39℃(1960年8月7日)，极端最低气温为-10.9℃(1977年1月31日)。多年平均降水量为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)，年蒸发量在840 mm。本区降水集中在5-9月，降水量占全年的64.6%。年平均日照时数2 100～2 200 h。全年多东南风，冬季有西北风，夏秋季受台风影响较大，也是降水的主要季节。

南通市气候湿润，雨水充沛，植物种类繁多，植被资源丰富。属北亚热带常绿落叶阔叶林区。由于人类生产活动和自然灾害的影响，原生植被较少，代之以次生林植被、人工林和农田植被。落叶阔叶树种有广玉兰、女贞树、梧桐树、柳树等，常绿阔叶树种有冬青、香樟、石楠等，常绿针叶有杉树、侧柏等，落叶针叶有水杉、池杉等。

南通市现有水土流失面积280.29 km2，均为微度侵蚀，占南通市国土面积(不含长江及沿海滩涂)的3.19%。水土流失主要集中在高沙土地区，沿江、沿海沙土区。根据《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—2007)，南通市土壤侵蚀类型的一级分区为水力侵蚀类型区，二级分区为南方红壤丘陵区中的长江中下游平原区。按区划分，南通市有54个乡镇属于省级水土流失重点预防区，47个街道属于水土流失易发区。

2.2 典型设计

2.2.1 植物措施典型设计

植物措施所采用的树种、草种，应根据当地的气候条件、水土流失防治目标及绿化目的进行选择，且既要考虑到水土保持功能又要兼顾绿化美化要求。南通地区沿江沿海，在海边进行生产建设项目时要考虑到盐碱地段适宜种植的植物，在布设植物措施时，树种、草种的选择应遵循以下原则：

(1)为提高绿化成功率，本土的树种、草种或者在当地绿化中已推广使用的树种、草种为首选，尽量选择景观性好、根部生殖能力强的树草种；

(2)遵循保护环境和美化环境相结合的原则，常绿树草种应占一定的比例，在条件许可的情况下，可适当引进新的优良树草种，以满足生物多样性和美化环境的要求；

(3)选择一些对有毒气体吸收能力强，对粉尘吸附能力强的植物。经调查，适合南通市项目区绿化植物种生物特性见表1。

表1 南通市绿化植物种生物特性表

除在地面进行绿化外，绿色屋顶已成为海绵城市建设中的一种新趋势，运用到南通地区水土保持治理措施中。绿色屋顶是指人们根据建筑屋顶结构特点、荷载和屋顶上的生态环境条件，选择生长习性与之相适应的植物材料，通过一定技艺，在建筑物顶部及一切特殊空间建造绿色景观的一种形式。它的涵盖面不单单是屋顶种植，还包括露台、天台、阳台、墙体、地下车库顶部、立交桥等一切不与地面、自然、土壤相连接的各类建筑物和构筑物的特殊空间的绿化。这些绿色屋顶不仅提高了观赏性，同时也起到了不可小觑的生态效益，如有效控制雨洪径流，减少建筑能耗和热岛效应等，对美化城市环境，改善生态效应有着极其重要的意义。

2.2.2 临时排水沟典型设计

(1)设计暴雨强度i，采用南通市暴雨强度公式：

(1)

式中：i为设计暴雨强度，mm/min；P为设计重现期，重现期一般采用0.5～3 a，计算P取2 a；t为降雨历时，根据汇水距离、地形坡度和地面种类确定，一般采取5～15 min，本次计算t取10 min。查表后可知，南通市设计暴雨强度i为270.02 L/(s.hm2)。

(2)雨水设计流量Q，按下列公式计算：

Q=qΨF

(2)

式中：q为设计暴雨强度，L/(s·hm2)；Ψ为径流系数，按经验取0.6；F为汇水面积，hm2，南通市一般生产建设项目单条排水沟最大汇水面积为0.40 hm2。经计算，雨水设计流量Q为0.065 m3/s。

(3)排水沟断面尺寸设计

临时排水沟断面为梯形断面尺寸为深30 cm，底宽30 cm，边坡1∶0.75，如满槽过流最大过水断面积A=0.16 m2，湿周为1.05 m，水力半径为0.15 m谢才系数C为42.87；排水流量为0.084 m3/s。

(4)排水沟设计结果

排水流量为0.084 m3/s，大于雨水设计流量0.065 m3/s，因此设计临时排水沟断面满足场地排水要求。

2.2.3 沉砂池典型设计

在排水沟中部和拐角处设置临时沉砂池，用于沉淀泥沙，设计单个沉砂池的长×宽×深尺寸为2 m×1 m×1.5 m，容积为3 m3。临时沉砂池材料为砖砌，四周壁厚12 cm，底厚6 cm，池口加盖板，定期清淤。临时沉砂池主要用于施工期，与临时排水沟相结合，竣工后拆除。

2.2.4 临时苫盖典型设计

由于考虑下雨等不利因素对施工造成影响，大风天气造成扬尘，需对土壤裸露区域采用密目网人工铺盖，4个角埋入土中，并用重物压住，减少水土流失。

2.2.5 植草砖透水铺装典型设计

南通市积极响应海绵城市建设号召，停车场、广场等路面大多采用植草砖透水铺装，铺装形式见图1，这种材料的原料为各种废陶瓷、石英砂等，透水性、保水性非常强，透水速率可以达到5 mm/s以上，其保水性达到12 L/m3以上。由于其良好的透水性、保水性，下雨时雨水会自动渗透到砖底下直到地表，部分水保留在砖里面。雨水不会像在水泥路面上一样四处横流，最后通过地下水道完全流入江河。天晴时，渗入砖底下或保留在砖里面的水会蒸发到大气中，起到调节空气湿度、降低大气温度、清除城市“热岛效应”的作用。

图1 植草砖铺装剖视图

2.2.6 雨水回用系统典型设计

在南通市海绵城市建设过程中注重雨水的“蓄”和“用”，结合地形地势和场地现状，采取利用自然低地、新建或改造现有下凹式场地设施、建设雨水调蓄池三大措施，对雨水进行调蓄、净化和再利用，区域内雨水收集利用量明显增加，雨水资源利用率提高到10%。雨水回用系统流程可分五大环节，见图2，即通过雨水收集管道收集雨水—弃流截污—PP雨水收集池储存雨水—过滤消毒—净化回用，收集到的雨水用于浇溉农作物、补充地下水、还可用于景观环境、绿化、洗车场用水、道路冲洗冷却水补充等非生活用水用途，起到节约用水、美化城市、改善市民生活环境的效果。以南通某小区为例，设计了蓄水池PP模块286.72 m3，清水池PP模块51.2 m3，一台流量为25 m3/h的排污泵，一台流量为20 m3/h的提升泵，2台流量为15 m3/h的回用泵用于绿化浇灌供水。

图2 雨水回用系统流程

2.2.7 水土保持措施评价

绿化区域的植物栽种能有效减少地表水土流失，涵养水土；临时排水沟能将施工期间的雨水、生活用水以及生产用水有组织地排到场外，以保证施工场地范围没有积水，减少水土流失；临时沉砂池可以滤去大的颗粒物，防止水土流失；临时苫盖能减少自然环境中的阳光、雨雪、刮风对土地的侵蚀，减少扬尘；植草砖透水铺装具有透水性和保水性，可以有效减少水土流失；雨水回用系统对雨水回收再利用，有效缓解城市缺水问题，各项水土保持措施均能有效防止水土流失。

3 结语

城市水土保持生态环境建设是为了解决在城市化过程中因自然因素和人为活动造成水土流失而导致的城市生态环境恶化、城市整体功能衰减等一系列问题，主要是减少城市水土流失，减小城市水土资源的污染，调节城市气候，净化空气，改善城市环境，保护生物多样性，优化生存条件，使城市资源得到合理开发和可持续利用[4]。