四 生态滤沟系统设计 1 一般规定 生态滤沟在设计时应满足一下要求： （1）设计降雨量不应小于当地2年重现期下1h对应的降雨量值； （2）生态滤沟所在场地应有详细的地质勘查资料，主要包括区域土壤类型、渗透系数、孔隙率、滞水层分布等； （3）土壤渗透系数宜为10-6~10-4m/s，且地下水位埋深大于1m； （4）生态滤沟的纵向坡度应与道路纵向坡度一致；
四 生态滤沟系统设计
1 一般规定
生态滤沟在设计时应满足一下要求：
（1）设计降雨量不应小于当地2年重现期下1h对应的降雨量值；
（2）生态滤沟所在场地应有详细的地质勘查资料，主要包括区域土壤类型、渗透系数、孔隙率、滞水层分布等；
（3）土壤渗透系数宜为10-6~10-4m/s，且地下水位埋深大于1m；
（4）生态滤沟的纵向坡度应与道路纵向坡度一致；
（5）若经生态滤沟处理后雨水需回收利用，则可在滤沟底部及侧壁铺设防渗膜，并用穿孔管收集雨水，否则，处理后雨水直接下渗以补充地下水。
（6）生态滤沟系统不应对地下水水质、道路路基、周围环境卫生造成危害；
（7）生态滤沟设在道路两侧，其形状以带状为宜，长度根据需要确定。
2 计算过程（引入N值）
（4.1）
（4.2）
（4.3）
式中：
A——设计区总面积；
N——汇水面积与生态滤沟面积比，简称汇流比。
3设计步骤
（1）确定项目所在地土壤类型及渗透系数；
（2）确定设计区域道路汇水面类型、面积、径流系数、横向及纵向坡度；
（3）确定设计的降雨重现期、降雨强度、降雨量；
（4）计算汇流比及生态滤沟总表面积；
（5）结合市政道路类型确定生态滤沟布设位置及滤沟数量；
（6）确定单条生态滤沟面积、宽度、长度，并使所有单沟面积之和等于生态滤沟总面积；
（7）根据滤沟出水收集与否确定滤沟内部结构及防渗要求，若出水无需收集回用，则可省略沟底防渗处理及穿孔管埋设；
（8）设定表面蓄水层深度；
（9）设计入水口形状及开孔总面积、总长度；
（10）设计溢流口形状、数量及位置；
（11）确定特殊填料种类、各填料层厚度及滤沟总深度；
（12）选择适宜的植被。
4 数值表格
表4.1 径流系数
下垫面种类 |
径流系数ψ |
硬屋面、光滑平屋面、沥青屋面 |
1.0 |
铺石子的平屋面 |
0.8 |
绿化屋面 |
0.4 |
混凝土和沥青路面 |
0.9 |
块石等铺砌路面 |
0.7 |
干砌砖、石及碎石路面 |
0.5 |
非铺砌土路面 |
0.4 |
绿地 |
0.25 |
水面 |
1.0 |
表4.2 渗透系数经验值
土质类别 |
K（cm/s） |
土质类别 |
K（cm/s） |
粗砾 |
1~0.5 |
黄土（砂质） |
1×10-3~1×10-4 |
砂质砾 |
0.1~0.01 |
黄土（泥质） |
1×10-5~1×10-6 |
粗砂 |
5×10-2~1×10-2 |
黏壤土 |
1×10-4~1×10-6 |
细砂 |
5×10-3~1×10-3 |
淤泥土 |
1×10-6~1×10-7 |
黏质砂 |
2×10-3~1×10-4 |
黏土 |
1×10-6~1×10-8 |
沙壤土 |
1×10-3~1×10-4 |
均匀肥黏土 |
1×10-8~1×10-10 |
针对西安及周边地区，土壤渗透系数都介于1×10-5~1×10-7之间，对于混凝土和沥青路面，径流系数常取0.9。若设计蓄水层深度取20cm，滤沟填料层总深度Df分别为0.6m、0.8m、1.0m、1.2m，暴雨重现期分别取2、3、5，降雨历时T取120min，土壤渗透系数5×10-6m/s、1×10-5m/s、5×10-5m/s，汇流比N的取值可参见下表
表4.3 P=2时汇水比N的取值
K（m/s） |
df(m) |
N |
备注 |
5×10-6 |
0.6 |
4.97 |
ψ=0.9
h=20cm
t=120min
n=0.1
fv=0.2
|
0.8 |
5.41 |
||
1.0 |
5.85 |
||
1.2 |
6.30 |
||
1×10-5 |
0.6 |
6.00 |
|
0.8 |
6.35 |
||
1.0 |
6.77 |
||
1.2 |
7.21 |
||
5×10-5 |
0.6 |
13.77 |
|
0.8 |
13.88 |
||
1.0 |
14.14 |
||
1.2 |
14.46 |
表4.4 P=3时汇水比N的取值
K（m/s） |
df(m) |
N |
备注 |
5×10-6 |
0.6 |
4.18 |
ψ=0.9
h=20cm
t=120min
n=0.1
fv=0.2
|
0.8 |
4.56 |
||
1.0 |
4.94 |
||
1.2 |
5.33 |
||
1×10-5 |
0.6 |
5.03 |
|
0.8 |
5.37 |
||
1.0 |
5.74 |
||
1.2 |
6.12 |
||
5×10-5 |
0.6 |
11.82 |
|
0.8 |
11.92 |
||
1.0 |
12.14 |
||
1.2 |
12.42 |
表4.5 P=5时汇水比N的取值
K（m/s） |
df(m) |
N |
备注 |
5×10-6 |
0.6 |
3.42 |
ψ=0.9
h=20cm
t=120min
n=0.1
fv=0.2
|
0.8 |
3.74 |
||
1.0 |
4.07 |
||
1.2 |
4.41 |
||
1×10-5 |
0.6 |
4.15 |
|
0.8 |
4.44 |
||
1.0 |
4.76 |
||
1.2 |
5.08 |
||
5×10-5 |
0.6 |
9.97 |
|
0.8 |
10.05 |
||
1.0 |
10.24 |
||
1.2 |
10.48 |
举例：沣西新城某道路长2000m，道路红线范围内总面积A=60000m2，项目所在地土壤渗透系数K=5×10-6m/s，土壤孔隙率n=0.1，道路简称后径流系数0.9，设计滤沟蓄水层深度h=20cm，设计降雨历时t=120min，P=2，fv=0.2，df=1.0m，查表4.3可知N=5.85，根据公式26，计算Af=8759m2。滤沟分段设置，设置两侧，则单组滤沟平均面积为8800/80=110m2，具体到每一组生态滤沟的表面积可结合道路实际状况做出相应的调整。
5 结构设计
生态滤沟：蓄水层（滞流层）、覆盖层、植被及种植土层、特殊填料层、砾石排水层等，其中不同种类填料之间应采用渗透型土工布隔开（值得商榷！），还应满足一下要求：
（1）蓄水层顶部宜低于道牙3~5cm，在底部渗透系数较小的地区蓄水层深度不宜过高，以免积水时间过久而滋生蚊虫；
（2）覆盖层宜采用树皮落叶等，应均匀平铺于整个滤沟之上；
（3）种植土层一般选用当地壤土，且以渗透系数较大的砂质壤土为宜，若如让渗透系数较小，可采用沙、土混合以提高渗透性能；
（4）种植土厚度不宜低于0.25m，以保证滤沟内植株的根系生长，当滤沟内栽种较大灌木时，种植灌木处土层厚度宜适当增加；
（5）特殊填料可根据设计需要考虑设置与否，常见的特殊填料有粉煤灰、高炉渣、沙等，其粒径以2~5mm为宜，特殊填料可单独使用，也可联合使用，若设计无需特殊填料，该层可用种植土代替；
（6）排水层中所用砾石直径一般不宜大于5mm，排水层中常埋设有Φ110mm或160mm穿孔管，管孔区域应采用透水土工布包裹以防止泥沙等进入；
（7）生态滤沟总深度（不含蓄水层）不宜小于0.6m。
表4.6 生态滤沟各层深度设计值
组成结构 |
设计参考深度（cm） |
蓄水层 |
10~25 |
覆盖层 |
3~5 |
种植土层 |
≥25 |
人工填料层 |
25~50 |
砾石排水层 |
15~30 |
6 入流口设计
入流系统是生态滤沟的一个重要组成部分，其结构可影响到生态滤沟的净化效果、维护和使用寿命。目前应用较普遍的就是道路边石上预留豁口，将径流导入滤沟之中。入流口设计应满足一下要求：
（1）应使全部的道路径流均匀分配至整个滤沟系统之中；
（2）在生态滤沟入口内侧应铺设一层砾石，砾石层宽度宜大于入水口宽度，以起到消能、分割水流及防冲刷效应；
（3）为提高滤沟的进水能力，豁口数量可适当增加，但考虑到景观学和行车安全等方面因素，豁口数量不宜增加过多。
一般边石豁口高度可取100~250mm之间，边石豁口总长可按下式计算：
（4.4）
式中：
L——豁口长度，m；
Q——设计径流量，m3/s；
K0——经验常数，一般取0.817；
S——纵向坡度；
n——曼宁系数，一般取0.016；
i——路面横向坡度。
在求得豁口长度后，可按比例均匀分配到各组生态滤沟之上，单个豁口应在20~30cm，三五成组，每组间距30~50cm。
7 溢流口设计
大于设计降雨量的降雨事件，降雨量为H’，体积削减率为：η=H/H’×100%。
对于大于设计降雨量的降雨事件，生态滤沟就必须设有溢流设施，常用的溢流口有溢流管和溢流井两种形式。对新建道路，可将雨水篦子设在生态滤沟内部，作为溢流口，其数量及位置可参考《城市道路工程设计规范（CJJ37-2012）》和《室外排水设计规范（2014年版）》。对于改建道路，可采用PVC竖管作为溢流口，与原道路雨水口或检查井衔接。两种形式溢流口的标高均不宜低于蓄水层的顶部标高，并不高于道路边缘标高。
PVC竖管式溢流口尺寸可按下式计算：
（4.5）
式中：
Qw——设计溢流量，m3/s；
B ——阻塞系数，取0.5；
Cw——开槽的堰流系数，取1.66；
L’——竖管周长，m；
ho——竖管上水头，一般为0.1~0.2m。
其中竖管直径D=L’/π
8 穿孔排水管布置
生态滤沟在底部砾石层中设置穿孔管收集排放净化后的雨水，穿孔管坡向雨水口篦子或溢流竖管，坡度不小于0.5%。
（1）最大下渗流量
防渗型生态滤沟的最大出流量在树枝上等于最大下渗流量Qmax。
（2）穿孔管孔口总面积
穿孔管的孔口总面积的大小可按下式：
（4.6）
式中：
S——穿孔收集管所需总孔口面积，m2；
B——阻塞系数，取0.5；
Cd——孔口排放系数，常取0.61；
h——孔口上水头高度，应为总水头高度，m。
穿孔管还应满足：
（1）穿孔管开孔直径以5~10mm为宜，且应均匀以确保各方向来水均能进入穿孔管中；
（2）孔口面积计算结果可适当放大，以保证有足够的排水能力。
9 植物选择
生态滤沟内植物选取时应符合以下要求：
（1）尽量选取本地常用绿化植物，且以多年生四季植物为主；
（2）耐旱并短期耐水淹，耐水时间应大于2d；
（3）可以根据装置建造地点和环境可以适当选取一些景观类植物；
（4）植物的净化能力和耐污能力强，具有较高营养盐去除率的植物可以维护生态滤沟稳定运行、增长滤沟运行寿命。
对于西安及周边地区，较适合的生态滤沟植物主要有：麦冬草、黑麦草、黑眼苏三、万寿菊、黄杨、小叶女贞、黄叶女贞、水蜡、月季等。
10 基础处理
根据地下水位高低、土壤渗透能力和环境条件等，生态滤沟设施可设计为防渗型或入渗型两种。
防渗型滤沟：设施底部素土夯实，可设置防渗膜、防渗墙或水泥浇筑，穿孔管设在砾石层底部，处置的径流全部进入穿孔管中，适合离建筑物近、地下水位埋深较浅的区域或有雨水回用设计需求的场合。
入渗型滤沟：设施底部不设防渗膜或防渗墙，不得浇筑水泥等材料，处置的径流全部深入地下，适合地下水位埋设较大、土壤渗透能力强的区域。
以上两种类型生态滤沟靠近车道一侧应铺设防渗膜为宜。
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知识点：生态滤沟系统设计
