北固山庄景观提升工程海绵雨水系统设计

北固山庄景观提升工程海绵雨水系统设计

张丽杨森许可

宜水环境科技（上海）有限公司上海200040

摘要：本文以北固山庄景观提升工程为例，介绍此区域以海绵系统角度解决内部防洪排涝问题。通过海绵排水设施的建立，收集利用雨水资源，从水资源、水安全、水环境方面，设计一个优良的循环水系，并通过模型手段对各海绵排水设施进行水力分析及尺寸规模确定。最终满足北固山庄防洪要求，并结合景观需求对雨水资源进行循环利用。

关键词：防洪排涝；海绵；雨水利用

为解决水资源、水环境、水安全等方面存在的挑战与问题，国家开展了海绵城市建设试点工作，大力提倡海绵城市建设，地块海绵化建设势在必行。本文是在北固山庄景观提升工程中落实海绵城市理念，通过海绵排水设施体系的建立，形成以“滞”“蓄”为技术核心的海绵特色，有效控制雨水径流，保证水资源需求，确保防洪安全，并提高水环境质量。

1.项目概况

北固山庄位于江苏省连云港市连云区政府以西，海滨大道以北。北固山庄分为室内和室外部分，室内位于山庄东南部，是一座为客人提供休息和宴会的酒店，室外景观分为两大区域，一是为酒店经营服务，二是面向所有市民、游客开放的公共空间，两个空间之间设由明显的界限。室外北部绿化（约5公顷）做景观提升，西北部未开发场地（约8公顷）重新进行景观设计。

目前，结合北固山庄所在地的地理位置和地形条件，可以发现存在以下问题：室外景观区域土壤盐碱化严重，需要合理洗盐措施保证绿化面积；淡水资源宝贵，需要充分利用本地雨水资源；北部岸堤地势高，酒店西部地势地，汛期酒店承担内涝风险；充分结合水系、绿化，做好园区的生态环境营造。

现状地势沿海岸边地势高，酒店西侧地势低，雨水沿沿岸大堤方向汇集入酒店西侧地势低洼地带，项目景观设计区域存在较大的洪水淹没风险，同时酒店也是重要的防洪安全对象。

2.工程方案

山庄周围布设雨水收集系统，汇集酒店及周围道路雨水，最终依靠山庄南部检查井进入市政管网。根据北固山庄地形地势及场地需求，设计如下工程方案：

i.考虑与新的景观设计布局的融合、建筑物分布，收集山庄内酒店部分屋顶雨水，滞蓄、循环雨水。二楼观景平台与东部宴会厅部分屋顶雨水利用落水管断接，通过压力管道向东北部雨水塘。

ii.东北部雨水塘内的水通过出流堰控制，连接倒U型透水涵管（拱形调蓄系统）缓排入北部雨水塘。

iii.山丘西侧步行道内侧设置草沟，收集山丘西侧雨水。缓流入北侧水沟。

iv.北侧大堤车行道以内利用现状地势设置水沟，输送山丘西侧坡面雨水，滞留缓排，压外部咸水，提供活水通道。水沟末端连接北部雨水塘，与透水涵管输送的雨水汇合至雨水塘。

v.酒店前方东西方向的道路北侧分段设置植草沟收集园区北部绿化带内的雨水，如若地形限制，可分段设置草沟，各段草沟通过涵管连接。

vi.在草沟中端和末端设置两个雨水塘，滞蓄雨水。

vii.酒店西侧停车场内的雨水收集入南部的生态花园，多余的水溢流至南溪。

viii.酒店西北区设置两个水体-北湖和南溪，北湖承接北部雨水塘溢流出的雨水，草沟末端雨水塘溢流雨水，草沟末端雨水塘超过一定高度水位时溢流至南溪，北湖与南溪之间通过溢流控制连接。南溪溢流雨水通过管道输送酒店西南侧市政管网。

3.模型构建

采用XPSWMM模型对场地汇水区范围进行降雨径流及水动力模拟，对各排水设施进行水利分析及尺寸规模确定。

（一）防洪目标

酒店是项目汇水区内保护对象，地面高程4.3m，需要保证酒店50年一遇防洪安全。

（二）降雨分析

对连云港市最近30年的降雨数据进行统计分析，计算1、2、5、10、50年一遇2小时设计降雨量。

（三）汇水分区划分

根据海绵雨水系统工程设计、现状地形及景观公司设计地形地貌，生成地形高程模型DEM。根据DEM、道路、水系和建筑背景等，划分场地汇水分区，统计汇水分区面积及硬地、绿地和水域不同下垫面类型所占比例。

（四）产汇流方法

降雨产流扣损采用Horton扣损法，地面汇流采用SWMMRunoff非线型水库法。根据下垫面的透水和不透水特征，如道路、建筑、绿地等，逐时模拟降雨过程中的产汇流过程。

（五）水动力方法

地面汇流进入河沟及雨水管网后的流态复杂，模型采用动力波方法完整求解圣﹒维南方程组，动态模拟河沟及管网系统的水流运动，对圣﹒维南方程组采用动力波法进行差分离散后迭代计算，得出方程组的解。

（六）边界条件

场地内雨水系统最终排出到酒店西南侧市政管网接口处，根据观测水位及风险最低化原则，下边界设定为常水位3.0m。

4.工程规模分析

整个雨水系统设计目的是淡水资源循环利用，改善场地盐碱条件，同时保证酒店防洪安全。目标细化后，保证每个海绵设施可以滞蓄本汇水分区及上一级汇水分区内的雨水，合理控制滞蓄量，溢流排入下一海绵设施。因此，通过模型模拟合理确定草沟断面尺寸、雨水塘大小、雨水塘溢流水位、北湖及南溪正常水位、雨水花园尺寸，及压力管、U型涵管、其他涵管尺寸。

通过估算，假设各海绵设施尺寸，模拟1年一遇、5年一遇、10年一遇、30年一遇、50年一遇设计频率降雨下，海绵设施水位情况，通过多次模型调试，最终确定各海绵设施规模。

1.北湖为场地内最大蓄水单元，考虑酒店防洪安全，及湖体景观植被满足休闲娱乐及正常生长繁殖的需求，北湖正常水位定位3.3m。经过模型模拟，模型结果表明，在50年一遇设计暴雨下，湖体最高水位4.07m，淹没北湖临近园林小道，未对主道及酒店造成影响。北湖与南湖衔接处设置溢流堰溢流，水位3.30m时通过3个200mm小孔溢流，3.8m处溢流堰宽4m。

2.根据北湖正常水位，及市政管网接入口处井底高程及水位，保证雨水正常排出，南溪正常水位定为3.2m。经过模型模拟，模型结果表明，在50年一遇设计暴雨下，水体最高水位3.73m，此时，刚淹没溪堤岸，未对岸边造成影响。末端设置溢流井，水位3.2m时溢流堰宽4m。

3.雨水塘A，面积300m2，底部高程4.00m，深1.40m。溢流堰宽2.0m，溢流高度5.0m，同时水位4.5m处设直径100mm小孔溢流。经过模型模拟，在10年一遇设计暴雨下，刚淹没雨水塘岸边草地。

4.雨水塘H，面积300m2，底部高程3.00m，深1.40m。水位3.50m时通过200mm小孔溢流，4.00m时全部溢流，溢流堰宽2m。经过模型模拟，在10年一遇设计暴雨下，洪水刚淹没雨水塘岸边草地。

5.雨水塘J，面积380m2，底部高程3.00m，深1.40m。水位3.50m时溢流，通过管道溢流至北湖，溢流堰宽2.5m；水位4.0m时可通过卵石通道溢流至南溪，溢流堰宽3.0m。在10年一遇设计暴雨下，洪水刚淹没雨水塘岸边草地。

6.雨水塘I，面积200m2，底部高程3.25m，深1.15m。连接上下游草沟。经过模型模拟，在10年一遇设计暴雨下，洪水刚淹没雨水塘岸边草地。

7.草沟最小深度0.5m，底宽1m，坡比和面宽根据场地适当调整。草沟尺寸可以满足30年一遇洪水设计标准。

8.倒U型管C（拱形调蓄系统），拱形高0.95m，底宽1.49m。倒U型管尺寸可以满足50年一遇洪水设计标准。

9.西北部（山丘西侧）排水沟，宽0.5m，深0.5m，排水沟可以满足50年一遇洪水设计标准。

10.北部原有水沟改植草沟，宽0.5m，深1.0m，面宽根据场地调整，植草沟可以满足50年一遇洪水设计标准。

11.连接酒店屋顶落水管的压力管，采用直径315mm的PVC管。在落水管10.00m高程处加旁通管，防止遭遇超10年一遇洪水，雨水通过压力管道排水不畅顶托。

12.南溪溢流雨水通过直径800mm的管道接入市政管网，尺寸可以满足50年一遇设计洪水标准。

5.结语

海绵城市是我国城市水问题综合治理的一种新理念，城市水系统格局与居民生活工作密切相关，在我国城市建设转型时期海绵城市建设能够有效推动我国城市人居环境建设转型。海绵城市建设不只是单纯的雨水源头控制（LID），它还涉及相互关联的水资源管理、洪涝防治、雨水源头调控与城市生态修复等等，以及这些要素与城市建设的融合。本文结合海绵城市建设理念，通过海绵设施的建设对场地内降水进行收集利用，借助模型手段对海绵设施系统进行水动力模拟，并对设计规模进行分析评估，从而建立了一个与景观提升方案相辅相成的海绵雨水改造系统。