低影响开发雨水系统的方案设计研究

匡彬

江门职业技术学院广东江门529000

摘要：基于低影响开发（LID）的雨水系统方案设计是海绵城市的核心建设内容之一，对海绵城市的推广应用具有重要意义。本文结合目标区域的地理特性和设计目标进行了低影响开发雨水系统的方案设计和比选，获得了最佳方案，对类似项目的设计具有一定的参考意义。

关键词：低影响开发；雨水；方案

1.方案设计

根据研究区域的地理特性和设计目的，选定5种低影响开发技术：下凹绿地、雨水花园、渗透沟和渗透铺装、绿色屋顶和传统的排水管网构成绿色雨水排水系统。利用LID措施中的绿色屋顶、雨水花园和下凹式绿地以及植被浅沟构成了地面上的开放式雨水利用排放系统并和传统的地下管网系统相结合构成新型雨水排放系统以弥补地面开放式系统和传统地下管网排水系统各自的不足[1-3]。根据研究目的，新型排水系统中的各个排水设施间采用紧密串联和单独排放方式。串联在模型中的实现是通过每个低影响开发措施的作用区域单独设置成独立的子汇水面积并设计其相关参数，最后通过outlet设置来设计串联情景。设计方案如下：

（1）传统设计方案：研究区域不透水面积达到74%。没有应用LID雨水控制技术。

（2）新型排水方案（4种）：对传统设计方案中的公共绿地和屋顶进行低影响开发改造，添加5种LID雨水控制措施，方案中绿色屋顶、雨水花园、下凹式绿地、植被浅沟和渗透铺装的适建面积分别为3999.2m2，1375.4m2，1438.7m2，721.1m2和400.2m2；土层厚度或凹陷深度分别为0.5m，1.0m，0.1m，0.5m和0.05m。

方案A：由于下凹式绿地的平均建造成本和维护成本较低，作为方案A的主体部分和渗透沟以及渗透铺装组合使用，设计图如图1。

方案B：对于下凹绿地和雨水花园，雨水花园不仅能有效缓解周围的热岛效应，改善小区微气候环境，还可以吸收部分有害气体，吸附空气中的粉尘，净化空气。而且合理利用和分配了场地空间，具有很好的艺术化景观潜质，使小区更加自然和人性化。与下凹绿地相比，雨水花园能够给人们更多的景观感知与视觉感受。因此，选择雨水花园和渗透沟、渗透铺装组合成方案B。其设计见图2。

方案C：多样化的LID措施布置能增加小区的绿色空间，改善小区生态环境，提升小区景观生态性同时增加小区的雨水下渗量和回用量，减少绿化用水量，有效控制降雨径流污染。因此，选择雨水花园和下凹绿地组合成方案C，见图3。

方案D：将综合效能较高的3种LID措施都考虑在内，一方面，对小区降雨径流进行滞蓄和处理，另一方面，这些径流也可作为绿化浇灌用水，充分利用雨水资源。方案D设计图见图4。

图1方案A设计图图2方案B设计图

图3方案C设计图图4方案D设计图

2.减排效益分析

用已建立的雨水系统评估模型模拟各种设计方案实施后的减排效能，以1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇和50年一遇的2小时典型设计降雨作为模型模拟的降雨条件，对方案A~D（串联）进行模拟得到的结果如图5，对径流量和峰流量削减效果最好的方案D模拟数据列于表1中。

从图5可以分析得到：

（1）所有的4种方案中，当降雨强度较低时新型雨水系统的径流量和峰流量削减效果明显。如当南昌市设计降雨为1年一遇时，传统排水设计时研究区域节点PFK的径流量和峰流量分别达到785m3和457.9L/s。此时，方案D的洪峰流量平均削减率为41.0%，平均径流总量削减率为21.7%。随着降雨强度的增大，雨水系统的径流量削减能力下降较快，但依然存在不可忽视的效果。当设计降雨为10年一遇时，传统排水设计的径流量和峰流量分别达到1380m3和685.6L/s，方案D的径流和峰流量削减率依然达到了15.4%和10.8%。整体而言，绿色雨水系统可以显著地削减地面径流，充分利用雨水资源。

（2）方案A在传统的地下雨水管网设计的基础上增加了地面开放式排水系统的设计：主要增加了绿色屋顶，把原来的大片规划绿地设计成下凹式绿地，把原来的长条形绿化带设计成植被浅沟。相比于传统的设计方案，在一年一遇设计降雨时径流和峰流量削减率达到了21.1%和27.5%。

（3）方案B在方案A的基础上把下凹式绿地设计成雨水花园，相比于传统的设计方案，在一年一遇设计降雨时径流和峰流量削减率达到了21.4%和30.1%。说明雨水花园在增加了景观功能的同时地面径流削减能力比下凹式绿地有所增强，特别是峰流量的削减。

（4）方案C在方案B的基础上把植被浅沟设计成下凹绿地，地面开放式绿色基础设施间原来依靠植被浅沟连接起来的关系被打破，各个绿色基础设施相互独立处理后汇集到管网系统收集排放。从图可知方案C相对于方案B的总径流量削减率有所下降，这可能与各个绿色基础设施的削减能力没充分利用有关。

（5）方案D在方案C的基础上增加了植被浅沟，通过模型中排水节点的设计实现植被浅沟的串联作用。从图可知无论是总径流还是峰流量的削减率都是最高的。方案D的雨水系统包含了完善的地面开放式排水设施和地下雨水管网，各个排水设施间通过植被浅沟和管道相连，增强了排水系统的整体性，使得各个部分的减排能力得到最充分的发挥。因此，从减排效益的角度方案D是最佳的雨水系统设计方案。

3.结束语

通过本研究获得了针对目标区域的最佳低影响开发设计方案，综合利用下凹绿地、渗透铺装、渗透沟和雨水花园有利于雨水径流削减效果最大化。相关设计方法和经验对类似项目的推进提供了具有价值的参考。

参考文献

[1]MuthannaTM，ViklanderM，BleckenG，，etal.Snowmeltpollutantremovalinbio-retentionareas[J]，WaterResearch，2007，41：4061-4072．

[2]BerndtssonJC.Greenroofperformancetowardsmanagementofrunoffwaterquantityandquality：areview[J].EcologicalEngineering2010，36（4）：351-360．

[3]HsichCH，DavisAP.Mutiple-eventstudyofbio-retentionfortreatmentofurbanstormwaterrunoff[J].WaterScienceandTechnology，2005，51（4）：177-181．