浅谈市政道路植草沟设计

曾子鸣

咸宁市国土空间规划研究院

摘  要：海绵城市，顾名思义是指城市能像海绵一样，在适应环境、变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。植草沟是通过模拟自然绿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的海绵设施，本文，我们从植草沟系统原理出发，浅谈植草沟的设计要点、技术要求及设计计算。

关键词：海绵城市；植草沟；市政设计

1 海绵城市及植草沟概念

海绵城市，顾名思义是指城市能像海绵一样，在适应环境、变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用[1]。

植草沟是通过模拟自然绿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的海绵设施，利用沟渠和植物的协同作用来实现雨水的收集、转输以及净化，是实现径流总量控制、污染物总量削减、洪峰延缓、地下水补充的重要技术手段。在气候温和、雨量充沛、河网密布、城市化进程较快的地区，植草沟可以发挥重要作用[2]。

2 植草沟系统原理

植草沟根据其功能可分为转输型植草沟和渗透型植草沟，转输型植草沟主要是起到收集、转输雨水径流的作用，渗透型植草沟主要起渗透、滞蓄、净化雨水径流的作用。在海绵城市建设中应优先应用植草沟转输雨水径流。

图2-1 植草沟系统（道路雨水处理）图

3 植草沟设计要点

（1）植草沟断面边坡坡度一般宜为1:3-1:4，纵向坡度一般为0.3%-2%，植草沟纵坡坡度不应大于4%，纵坡较大时宜设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。

（2）植草沟的长度一般不小于30m。

（3）植草沟沟内过水断面流速应小于30m。

（4）植草沟总高度不宜大于600mm，上部宽度一般为600-2400mm，水力停留时间取值范围为6-8min，干式植草沟水力停留时间为24h。

（5）植草沟不宜做为泄洪通道。

（6）植草沟考虑雨水下渗时应取消土工布，不考虑雨水下渗时应设置土工布。

（7）植草沟植被平均高度宜控制在100-200mm，选用本地根深并且根系细小、茎叶繁茂、净化能力强的植物，如：高羊茅、黑麦草等。

（8）植草沟内的前置预处理池停留时间一般为30s。

4 植草沟技术要求

（1）砾石孔隙率为35%-45%，有效粒径大于80%。

（2）防渗结构由内之外三层分别是土工布（200g/m2）、HDPE防渗膜（光面1.0mm或1.5mm）、土工布（200g/m2)。

（3）植草沟边应设安全警示牌。

5 植草沟设计计算

5.1 规模计算

在给定设计进出水水质的基础上，根据各污染物目标去除率，按表5-1可查得植草沟与集水区面积比R。

表5-1各污染物目标去除率与R对应关系

TSS		TP		TN
目标去除率/%	R1/%	目标去除率/%	R2/%	目标去除率/%	R3/%
87	0.5	60	0.5	10	0.5
90	1	63	1	12	1
92	1.5	66	1.5	15	1.5
94	2	68	2	17	2

植草沟面积可下面公式计算：

a=Rx×A

式中a—植草沟面积，m2；

Rx—控制性目标污染物去除率所对应的R值，%；

A—集水区面积，m2，下同。

5.2 雨水水量计算

咸宁市无地方雨量计算公式，因气候条件与武汉地区相近，根据最新修编咸宁城市总体规划，雨水量计算仍采用武汉市暴雨强度公式。

（1）雨水设计流量公式

采用推理公式计算雨水设计流量：

上式中：

Q—雨水设计流量（L/s）

q—设计暴雨强度（L/s·hm2）

F——汇水面积（ha）

——径流系数

（2）暴雨强度公式

咸宁市无地方雨量计算公式，因气候条件与武汉地区相近，雨水量计算采用武汉市暴雨强度公式。    

上式中：

P——暴雨设计重现期（年）

t——设计降雨历时（min）

5.3 纵坡和边坡设计

5.3.1纵坡坡度

植草沟纵坡坡度不应大于4 %，纵坡较大时宜设置为阶梯型植草沟或在中途设置消能台坎。

5.3.2边坡系数

植草沟宽度的确定应遵循如下原则：保证处理效果、实现转输目标、满足景观要求、便于维护管理、保障公众安全。受场地因素限制，植草沟的宽度一般根据城市建设预留地的范围来确定。边坡系数取值宜处于0.1~0.25之间。

道路两侧的植草沟边坡系数通常会受十字路口影响。在不经过交叉路口时，边坡系数的取值主要考虑维护管理和公众安全[3]。在交叉路口处，若路面高度高于植草沟边缘高度，边坡系数通常应在1/6~1/4之间取值，此时应在路面以下预留排水管道。若路面与植草沟边缘在同一高程，边坡系数应取1/9。植草沟高程的选择应由城市规划和景观设计者共同决定，在设计过程中也应参考当地公路配套设施设计规范和标准图集。

5.4断面尺寸计算

在确定长、宽、边坡和纵坡系数的基础上，过水断面取水力最优断面，利用曼宁公式并结合具体断面形式求得植草沟断面尺寸。

上式中：

Q—设计流量，m3/s;

A1—过水断面面积，m2;

R—水力半径，m;

S—渠底坡度；

n—曼宁系数，一般取0.02~0.1。

5.5 进水系统设计

可采用地表漫流进水系统。地表漫流进水指的是雨水通过路缘与植草沟的高程差自然流入或通过路缘石开口流入植草沟的方式，一般需考虑在进水口设置消能设施，减少对植草沟的冲刷作用。这种进水系统的优点是雨水能最大程度的与植物接触，起到良好缓冲作用，具有出色的预处理效果，相应地其转输能力相对较弱[4]。

5.6设计校核

5.6.1流速校核

植草沟水流流速应满足：短重现期（2~10年）降雨事件发生时，流速不应超过0.5 m/s；大重现期（50~100年）降雨事件发生时，流速不应超过1.0 m/s，最大不得超过2.0 m/s。

5.6.2安全校核

考虑到植草沟的开放性所造成的安全隐患，需要对其进行安全校核，植草沟的安全性一般通过其深度与流速之积来评估。在道路两侧人行道旁的植草沟应满足：

（1）在大重现期降雨事件发生时，沟内水流深度与流速之积小于0.4 m2/s；

（2）边缘与路面等高的植草沟在交叉路口处水深不超过0.3 m。

5.6.3处理能力校核

在植草沟断面尺寸及纵坡等参数确定的情况下，比较按照断面尺寸和长度求得的植草沟面积a1与5.1中求得的a。若a1

5.7植物配置

转输型植草沟主要是起到收集、转输雨水径流的作用，植物配置应优先考虑设施的功能性，转输型植草沟应选择满铺草坪，最大限度的实现雨水径流的转输。

渗透型植草沟有渗透、滞蓄、净化雨水径流的作用，植物配置应遵循以下原则：

（1）应兼顾设施功能和景观效果相结合，营造三季有花、四季有景的效果；

（2）选择乡土树种为主的植物，提高植物成活率；

（3）选择具有耐水湿、耐涝、耐旱等生长习性的植物；

（4）选择吸收能力强，对径流污染物有一定的净化效果的植物，特别是氮、磷的去除。

（5）选择有观赏性，满足景观效果的植物。

参考文献

[1] 刘燕,尹澄清,车伍.植草沟在城市面源污染控制系统的应用[J].环境工程学报, 2008, 2(3)

[2] 郭凤.植草沟在道路地表径流传输入渗过程中的模拟研究[D].北京林业大学,2014.[5]

[3] 潘姣.植草沟在城市雨洪控制利用中的研究进展[J].城镇供水, 2015(5):5.

[4] 董周婷,戴菲,殷利华.桥面雨水径流控制下的桥阴植草沟设计研究——以武汉市为例[C]//中国风景园林学会2018年会论文集.2018.

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