2.4 低影响开发技术设施

低影响开发技术按主要功能一般可分为渗透、储存、利用、调节、转输、截污净化等几类。通过不同类型技术的组合应用,可实现径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制和雨水资源化利用等目标。工程实践中,应结合不同地区的水文、地质、水资源等特点,选择适宜的低影响开发技术及其组合系统。

2.4.1　渗透技术

2.4.1.1　透水铺装

透水铺装是指可渗透、滞留或渗排雨水并满足一定要求的地面铺装结构。透水铺装按照面层材料不同可分为透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装和透水沥青混凝土铺装,嵌草砖、园林铺装中的鹅卵石或碎石铺装等也属于透水铺装。

(1)技术要点

① 透水铺装结构应符合《透水砖路面技术规程》(CJJ/T 188)、《透水沥青路面技术规程》(CJJ/T 190)和《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135)的规定。

② 土壤透水能力有限或容易出现地质灾害时,应在透水基层内设置排水管或排水板,及时排除雨水。

③ 透水铺装位于地下室顶板上时,顶板覆土厚度不应小于600mm,为避免对地下构筑物造成渗水危害,应设置排水层,及时排除雨水。

透水砖铺装典型构造如图2⁃4所示。

(2)适用性　透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装和透水沥青混凝土铺装主要适用于广场、停车场、人行道以及车流量和荷载较小的道路,透水沥青混凝土路面还可用于机动车道。嵌草砖主要用于停车场及公园,碎石、鹅卵石铺装主要适用于公园。

(3)优缺点　透水铺装适用区域广、施工方便,可补充地下水,并具有一定的峰值流量消减和雨水净化作用,但易堵塞,寒冷地区有被冻融破坏的风险。

2.4.1.2　绿色屋顶

绿色屋顶也称种植屋面、屋顶绿化等,是指高出地面以上,与自然土层不相连接的各类建筑物、构筑物的顶部以及天台、露台上由覆土层和疏水设施构建的绿化体系。根据种植基质深度和景观复杂程度,绿色屋顶又分为简单式和花园式,基质深度根据植物需求及屋顶荷载确定,简单式绿色屋顶的基质深度一般不大于150mm,花园式绿色屋顶在种植乔木时基质深度可超过600mm。

(1)技术要点

① 绿色屋顶工程结构设计时应计算种植荷载,屋面荷载取值应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GB 50009)的相关规定。

② 绿色屋顶绝热层、找坡(找平层)、普通防水层和保护层设计应符合现行国家标准《屋面工程技术规范》(GB 50345)及《地下工程防水技术规范》(GB 50108)的相关规定,保温层设计应满足现行国家标准《建筑设计防火规范》(GB 50016)的相关要求。

③ 绿色屋顶工程材料、设计等应符合现行行业标准《种植屋面工程技术规程》(JGJ 155)的有关规定。

绿色屋顶典型构造如图2⁃5所示。

(2)适用性　绿色屋顶适用于符合屋顶荷载、防水等条件的平屋顶建筑和坡度不大于15°的坡屋顶建筑。

(3)优缺点　绿色屋顶可有效减少屋面径流总量和径流污染负荷,具有节能减排的作用,但对屋顶荷载、防水、坡度、空间条件等有严格要求。

2.4.1.3　下沉式绿地

下沉式绿地具有狭义和广义之分,狭义的下沉式绿地指低于周边铺砌地面或道路在200mm以内的绿地;广义的下沉式绿地指具有一定的调蓄容积,且可用于调蓄和净化径流雨水的绿地,包括生物滞留设施、渗透塘、湿塘、雨水湿地、调节塘等。本处仅指狭义下沉式绿地。

(1)技术要点

① 下沉式绿地的下凹深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定,一般为100~200mm。

② 雨水宜分散进入下沉式绿地,当集中进入时应在入口处设置缓冲设施。

③ 下沉式绿地内一般应设置溢流口(如雨水口),保证超标雨水径流排放;溢流口顶部标高一般应高于绿地50~100mm。

下沉式绿地典型构造如图2⁃6、图2⁃7所示。

(2)适用性　下沉式绿地可广泛应用于城市建筑与小区、道路、绿地和广场内。

(3)优缺点　下沉式绿地适用区域广,其建设费用和维护费用均较低,但大面积应用时,易受地形等条件的影响,实际调蓄容积较小。

2.4.1.4　生物滞留设施

生物滞留设施指在地势较低的区域,通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。生物滞留设施分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施,按应用位置不同又称作雨水花园、生物滞留带、高位花坛、生态树池等。

(1)技术要点

① 屋面径流雨水可由雨落管接入生物滞留设施,道路径流雨水可通过路缘石豁口进入,开口尺寸和数量应根据城市雨水系统设计标准和道路纵坡等经计算确定。

② 生物滞留设施应用于道路绿化带时,若道路纵坡大于1%,应设置挡水堰/台坎,以减缓流速并增加雨水渗透量;设施靠近路基部分应进行防渗处理,防止对道路路基的稳定性造成影响。

③ 设施宜分散布置且规模不宜过大,生物滞留设施面积与汇水面积之比一般为5%~10%,生物滞留设施汇水面积不宜大于1hm2。

④ 设施的蓄水层深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能来确定,一般为200~300mm,并应设100mm的超高。

⑤ 换土层介质类型及深度应满足出水水质要求,同时符合植物种植及园林绿化养护管理技术要求。复杂型生物滞留设施换土层厚度宜为250~1200mm,换土层底部宜设置透水土工布隔离层,也可采用厚度不小于100mm的砂层(细砂和粗砂)代替;下部宜为250~300mm碎(砾)石层,底部埋置管径为100~150mm的穿孔排水管,砾石应洗净且粒径不小于穿孔管的开孔孔径。

⑥ 生物滞留设施内应设置溢流设施,可采用溢流竖管、盖箅溢流井或雨水口等,溢流设施顶一般应低于汇水面100mm。

⑦ 复杂型生物滞留设施结构层外侧及底部应设置透水土工布,当渗水对周围建构筑物有不利影响时,可在设施底部及周边设置防渗膜。

生物滞留设施典型构造如图2⁃8~图2⁃10所示。

(2)适用性　生物滞留设施主要适用于建筑与小区、道路及停车场的周边绿地,以及城市道路绿化带等城市绿地内。

(3)优缺点　生物滞留设施形式多样、适用区域广、易与景观结合,径流控制效果好,建设费用与维护费用较低;但地下水位与岩石层较高、土壤渗透性能差、地形较陡的地区,应采取必要的换土、防渗、设置阶梯等措施避免次生灾害的发生,将增加建设费用。

2.4.1.5　渗透塘

渗透塘是一种用于雨水下渗补充地下水的洼地,具有一定的净化雨水和削减峰值流量的作用。

(1)技术要点

① 渗透塘前应设置沉砂池、前置塘等预处理设施,去除大颗粒的污染物并减缓流速;有降雪的城市,应采取弃流、排盐等措施防止融雪剂侵害植物。

② 渗透塘边坡坡度(垂直∶水平)一般不大于1∶3,塘底至溢流水位一般不小于600mm。

③ 渗透塘底部构造一般为200~300mm的种植土、透水土工布及300~500mm的过滤介质层(如碎石等)。

④ 渗透塘排空时间不应大于24h。

⑤ 渗透塘应设溢流设施,并与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统衔接,渗透塘外围应设安全防护措施和警示牌。

渗透塘典型构造如图2⁃11、图2⁃12所示。

(2)适用性　渗透塘适用于汇水面积较大(大于1hm2)且具有一定空间条件的区域,但应用于径流污染严重、设施底部渗透面距离季节性最高地下水位或岩石层小于1m及距离建筑物基础小于3m(水平距离)的区域时,应采取必要的措施防止发生次生灾害。

(3)优缺点　渗透塘可有效补充地下水、削减峰值流量,建设费用较低,但对场地条件要求较严格,对后期维护管理要求较高。

2.4.1.6　渗井

渗井指通过井壁和井底进行雨水下渗的设施,为增大渗透效果,可在渗井周围设置水平渗排管,并在渗排管周围铺设砾(碎)石。渗井调蓄容积不足时,也可在渗井周围连接水平渗排管,形成辐射渗井。

(1)技术要点

① 雨水通过渗井下渗前应通过植草沟、植被缓冲带等设施对雨水进行预处理。

② 渗井井深一般宜小于等于1.4m,大于1.4m时可采用井座与井筒分体式成品井。

③ 渗井井壁及井底均开孔,具有渗透功能,开孔率为1%~3%。

④ 渗井出水管的内底高程应高于进水管管内顶高程,但不应高于上游相邻井的出水管管内底高程。

渗井典型构造如图2⁃13所示。

(2)适用性　渗井主要适用于建筑与小区、道路及停车场的周边绿地内。渗井应用于径流污染严重、设施底部距离季节性最高地下水位或岩石层小于1m及距离建筑物基础小于3m(水平距离)的区域时,应采取必要的措施防止发生次生灾害。

(3)优缺点　渗井占地面积小,建设和维护费用较低,但其水质和水量控制作用有限。

2.4.2　储存技术

2.4.2.1　湿塘

湿塘指具有雨水调蓄和净化功能的景观水体,雨水同时作为其主要的补水水源。湿塘一般由进水口、前置塘、主塘、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道等构成。

(1)技术要点

① 进水口和溢流出水口应设置碎石、消能坎等消能设施,防止水流冲刷和侵蚀。

② 前置塘为湿塘的预处理设施,起到沉淀径流中大颗粒污染物的作用;池底一般为混凝土或块石结构,便于清淤;前置塘应设置清淤通道及防护设施,驳岸形式宜为生态软驳岸,边坡坡度(垂直∶水平)一般为1∶2~1∶8;前置塘沉泥区容积应根据清淤周期和所汇入径流雨水的悬浮物(SS)污染物负荷确定。

③ 主塘一般包括常水位以下的永久容积和储存容积,永久容积水深一般为0.8~2.5m,储存容积一般根据所在区域相关规划提出的“单位面积控制容积”来确定;具有峰值流量削减功能的湿塘还包括调节容积,调节容积应在24~48h内排空。

④ 主塘与前置塘间宜设置水生植物种植区(雨水湿地),主塘驳岸宜为生态软驳岸,边坡坡度(垂直∶水平)不宜大于1∶6。

⑤ 溢流出水口包括溢流竖管和溢洪道,排水能力应根据下游雨水管渠或超标雨水径流排放系统的排水能力确定。

⑥ 湿塘应设置护栏、警示牌等安全防护与警示措施。

湿塘典型构造如图2⁃14、图2⁃15所示。

(2)适用性　湿塘适用于建筑与小区、城市绿地、广场等具有空间条件的场地。

(3)优缺点　湿塘可有效削减较大区域的径流总量、径流污染和峰值流量,是城市内涝防治系统的重要组成部分;但对场地条件要求较严格,建设和维护费用高。

2.4.2.2　雨水湿地

雨水湿地利用物理、水生植物及微生物等作用净化雨水,是一种高效的径流污染控制设施。雨水湿地常与湿塘合建。雨水湿地与湿塘的构造相似,一般由进水口、前置塘、沼泽区、出水池、溢流出水口、护坡及驳岸、维护通道等构成。

(1)技术要点

① 进水口和溢流出水口应设置碎石、消能坎等消能设施,防止水流冲刷和侵蚀。

② 雨水湿地应设置前置塘对径流雨水进行预处理。

③ 调节容积应在24h内排空。

④ 沼泽区包括浅沼泽区和深沼泽区,是雨水湿地主要的净化区,其中浅沼泽区水深不宜大于300mm,深沼泽区水深范围一般为300~500mm,根据水深不同种植不同类型的水生植物。

⑤ 出水池主要起防止沉淀物的再悬浮和降低温度的作用,水深一般为700~1200mm,出水池容积约为总容积(不含调节容积)的10%。

雨水湿地构造如图2⁃16、图2⁃17所示。

(2)适用性　雨水湿地适用于具有一定空间条件的建筑与小区、城市道路、城市绿地、滨水带等区域。

(3)优缺点　雨水湿地可有效削减污染物,并具有一定的径流总量和峰值流量控制效果,但建设及维护费用较高。

2.4.3　利用技术

2.4.3.1　蓄水池

蓄水池指具有雨水储存功能的集蓄利用设施,同时也具有削减峰值流量的作用,主要包括钢筋混凝土蓄水池,砖、石砌筑蓄水池及塑料蓄水模块拼装式蓄水池,用地紧张的城市大多采用地下封闭式蓄水池。蓄水池典型构造可参照国家建筑标准设计图集《雨水综合利用》(10SS705)。

(1)技术要点

① 蓄水池入水口上游宜设泥砂分离装置,池内构造应便于清除沉积泥砂,并应设检修维护口;应设有溢流排水措施,溢流出水进入雨水管道,应设通气管。

② 地上敞口式蓄水池,池边应设置护栏、警示牌等安全防护与警示措施;地下封闭式蓄水池应设置通气管及自冲洗设施,减少日常维护工程量,防止池底淤积。

钢筋混凝土蓄水池和塑料模块蓄水池应用如图2⁃18所示。

(2)适用性　蓄水池适用于有雨水回用需求的建筑与小区、城市绿地等,根据雨水回用用途(绿化、道路喷洒及冲厕等)不同需配建相应的雨水净化设施;不适用于无雨水回用需求和径流污染严重的地区。

(3)优缺点　蓄水池具有节省占地、雨水管渠易接入、避免阳光直射、防止蚊蝇滋生、储存水量大等优点,雨水可回用于绿化灌溉、冲洗路面和车辆等,但建设费用高,后期需重视维护管理。

2.4.3.2　雨水罐

雨水罐也称雨水桶,为地上或地下封闭式的简易雨水集蓄利用设施,可用塑料、玻璃钢或金属等材料制成。

(1)技术要点

① 在落水管断接位置前分离一根弃流管,弃流出口宜优先考虑接入绿地中净化。

② 溢流管出口位置设置卵石效能,卵石粒径为50~100mm。

③ 雨水罐应设置格栅拦截漂浮或悬浮物。

雨水罐应用如图2⁃19所示。

(2)适用性　适用于单体建筑屋面或高架桥路面雨水的收集利用。

(3)优缺点　雨水罐多为成型产品,施工安装方便,便于维护,但其储存容积较小,雨水净化能力有限。

2.4.4　调节技术

2.4.4.1　调节塘

调节塘也称干塘,以削减峰值流量功能为主,一般由进水口、调节区、出水设施、护坡及堤岸构成,也可通过合理设计使其具有渗透功能,起到一定的补充地下水和净化雨水的作用。

(1)技术要点

① 进水口应设置碎石、消能坎等消能设施,防止水流冲刷和侵蚀。

② 应设置前置塘对径流雨水进行预处理。

③ 调节区深度一般为0.6~3m,塘中可以种植水生植物以减小流速、增强雨水净化效果。塘底设计成可渗透时,塘底部渗透面距离季节性最高地下水位或岩石层不应小于1m,距离建筑物基础不应小于3m(水平距离)。

④ 调节塘出水设施一般设计成多级出水口形式,以控制调节塘水位,增加雨水水力停留时间(一般不大于24h),控制外排流量。

⑤ 调节塘应设置护栏、警示牌等安全防护与警示措施。

调节塘典型构造如图2⁃20、图2⁃21所示。

(2)适用性　调节塘适用于建筑与小区、城市绿地等具有一定空间条件的区域。

(3)优缺点　调节塘可有效削减峰值流量,建设及维护费用较低,但其功能较为单一,宜利用下沉式公园及广场等与湿塘、雨水湿地合建,构建多功能调蓄水体。

2.4.4.2　调节池

调节池为调节设施的一种,主要用于削减雨水管渠峰值流量,一般常用溢流堰式或底部流槽式,可以是地上敞口式调节池或地下封闭式调节池。

(1)技术要点

① 调节池应设置自冲洗设施,减少日常维护工作量,防止池底淤积,自冲洗装置应满足调节池冲洗强度要求。

② 对于地上敞口式调节池,池边应设置护栏、警示牌等安全防护和警示措施。对于地下封闭式调节池,应设置通气、除臭等设施和检修通道,通气管末端加装防虫网。

③ 调节池排空时间宜为6~24h,且放空流量不超过下游管道排水能力,应优先采用重力自流排空。

④ 应设有溢流排水措施,溢流出水进入雨水管道。

调节池应用如图2⁃22所示。

(2)适用性　调节池适用于城市雨水管渠系统,削减管渠峰值流量。

(3)优缺点　调节池可有效削减峰值流量,但其功能单一,建设及维护费用较高,宜利用下沉式公园及广场等与湿塘、雨水湿地合建,构建多功能调蓄水体。

2.4.5　转输技术

2.4.5.1　植草沟

植草沟指种有植被的地表沟渠,可收集、输送和排放径流雨水,并具有一定的雨水净化作用,可用于衔接其他各单项设施、城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统。根据地表径流方式不同分为转输型植草沟、干式植草沟和湿式植草沟。

(1)技术要点

① 浅沟断面形式宜采用倒抛物线形、三角形或梯形。

② 植草沟的边坡坡度(垂直∶水平)不宜大于1∶3,纵坡(i)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。

③ 植草沟最大流速应小于0.8m/s,曼宁系数宜为0.2~0.3。

④ 转输型和干式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。

⑤ 植草沟末端深度不宜超过40cm,平均深度不宜超过30cm。

⑥ 进水管进入植草沟时,周围15cm范围内应铺设碎石减少冲刷。

植草沟典型构造如图2⁃23所示。

(2)适用性　植草沟适用于建筑与小区内道路,广场、停车场等不透水面的周边,城市道路及城市绿地等区域,也可作为生物滞留设施、湿塘等低影响开发设施的预处理设施。

(3)优缺点　植草沟具有建设及维护费用低,易与景观结合的优点,但已建城区及开发强度较大的新建城区等区域易受场地条件制约。

2.4.5.2　渗管/渠

渗管/渠指具有渗透功能的雨水管/渠,可采用穿孔塑料管、无砂混凝土管/渠和砾(碎)石等材料组合而成。

(1)技术要点

① 渗管/渠应设置植草沟、沉淀(砂)池等预处理设施。

② 渗管/渠开孔率应控制在1%~3%之间,无砂混凝土管的孔隙率应大于20%。

③ 渗管/渠的敷设坡度应满足排水的要求。

④ 渗管/渠四周应填充砾石或其他多孔材料,砾石层外包透水土工布,土工布搭接宽度不应少于200mm。

⑤ 渗管/渠设在行车路面下时覆土深度不应小于700mm。

渗管/渠典型构造如图2⁃24、图2⁃25所示。

(2)适用性　渗管/渠适用于建筑与小区及公共绿地内转输流量较小的区域,不适用于地下水位较高、径流污染严重及易出现结构塌陷等不宜进行雨水渗透的区域(如雨水管渠位于机动车道下等)。

(3)优缺点　渗管/渠对场地空间要求小,但建设费用较高,易堵塞,维护较困难。

2.4.6　截污净化技术

2.4.6.1　植被缓冲带

植被缓冲带为坡度较缓的植被区,经植被拦截及土壤下渗作用减缓地表径流流速,并去除径流中的部分污染物,植被缓冲带坡度一般为2%~6%,宽度不宜小于2m。

(1)技术要点

① 植被缓冲带前应设置碎石消能,碎石粒径一般为30~40mm。

② 植被缓冲带距离城市水系较远时需设置渗排管道,安装在植被缓冲带下,连接集水渠,将净化后的雨水排入城市水系中,缺水地区还可将雨水收集回用。

③ 植被缓冲带后可根据需要设置净化区,根据用地现状情况选择布置,尽量利用滨水区,下游水系水质要求不高或建设场地限制时可采用生物滞留设施,下游水系水质要求高时通常选用雨水湿地、土壤渗滤技术。

植被缓冲带典型构造如图2⁃26、图2⁃27所示。

(2)适用性　植被缓冲带适用于道路等不透水面周边,可作为生物滞留设施等低影响开发设施的预处理设施,也可作为城市水系的滨水绿化带。

(3)优缺点　植被缓冲带建设与维护费用低,但对场地空间大小、坡度等条件要求较高,且径流控制效果有限。

2.4.6.2　初期雨水弃流设施

初期雨水弃流指通过一定方法或装置将存在初期冲刷效应、污染物浓度较高的降雨初期径流予以弃除,以降低雨水的后续处理难度。

(1)技术要点

① 弃流设施的径流弃流量应按下垫面实测收集雨水的重铬酸盐指数(CODcr)、SS、色度等污染物浓度确定,当无资料时,初期雨水弃流厚度屋面1~3mm、小区路面2~5mm、市政路面7~15mm。

② 弃流设施截流的初期径流应有相应的处理措施,一般建议排入市政污水管网,由市政污水处理厂集中处理;当弃流雨水污染物浓度不高时,也可引入周围下凹绿地、生物滞留设施等海绵城市工程设施进行处理。

初期雨水弃流设施典型构造如图2⁃28所示。

(2)适用性　初期雨水弃流设施是其他低影响开发设施的重要预处理设施,主要适用于屋面雨水的雨落管、径流雨水的集中入口等低影响开发设施的前端。

(3)优缺点　初期雨水弃流设施占地面积小,建设费用低,可降低雨水储存及雨水净化设施的维护管理费用,但径流污染物弃流量一般不易控制。

2.4.6.3　人工土壤渗滤

人工土壤渗滤主要作为蓄水池等雨水储存设施的配套雨水设施,以达到回用水水质指标。人工土壤渗滤设施的典型构造可参照复杂型生物滞留设施。

(1)技术要点

① 人工土壤渗滤设施自上而下一般可为布水层、人工土壤层、填料层、人工土壤层、砾石层及防渗膜,砾石层与人工土壤层间设置透水土工布隔离或增设一个过渡层。

② 人工土壤渗滤设施滤速不大于1m/d。

③ 人工土壤渗滤最大有效水深不超过300mm。

④ 布水管和集(出)水管宜采用实壁聚乙烯管或聚乙烯缠绕结构壁管,管径不小于150mm。

人工土壤渗滤设施应用如图2⁃29所示。

(2)适用性　人工土壤渗滤适用于有一定场地空间的建筑与小区及城市绿地。

(3)优缺点　人工土壤渗滤雨水净化效果好,易与景观结合,但建设费用较高。