市政雨水生物滞留处理装置设计和实现 环境工程管理专业

1、摘 要随着人类活动和城市影响力的迅速发展,水循环被破坏,城市屋顶绿化,道路材质本来就是不透水表面，由于大雨所产生的问题也逐渐显露出来,主要在洪涝灾害、雨水径流污染和生态环境的破坏。雨水属于非传统水源，在一定条件下可以减轻水资源匮乏的压力。本说明书是对市政雨水生物滞留处理装置进行了系统设计，并对江苏大学新校区图书馆的屋面雨水进行具体的方案设计说明。本设计说明书主要围绕以下几点进行展开：（1）对市政雨水生物滞留处理装置的重要意义进行了分析，对面国内外研究发展现状与建设情况进行介绍。（2）对江苏大学图书馆汇水面积进行了划分，并屋面、路面的排水系统进行介绍，同时对屋面雨水生物滞留处理装置进行设计计算和

2、图纸说明。（3）对现阶段的雨水生物滞留装置进行了介绍，并对江苏大学新校区图书馆的屋面雨水的生物滞留处理装置进行具体的设计及说明。（4）对市政雨水生物滞留处理装置进行经济、环境效益等分析。经过方案分析和比较，本设计采取的市政雨水生物滞留处理装置主要是由雨水花园、弃流装置组合而成的，无论从经济的角度上，还是从环境效益及社会效益上看，都具有很好的效果，同时具有很强的适用性和重要的推广意义。在水资源紧缺的情况下，合理利用雨水资源是本设计最重要的设计理念。关键词：市政雨水、生物滞留处理装置、雨水花园ABSTRACTWith the rapid development of human activitie

3、s and the rapid development of urbanization, the original hydrological cycle has been destroyed, the urban green space by the roof, roads and other impervious surface replaced, the rain caused the problem has been gradually highlighted, mainly in the runoff pollution, Floods, rainwater loss and ecol

4、ogical damage. Rain as a non-traditional water source, to a certain extent, ease the pressure of water resources.This manual is a systematic design of the municipal rainwater biological treatment device, and the Jiangsu University of the new campus library roof rainwater specific program design desc

5、ription. The design brochure focuses on the following points:(1) The importance of municipal rainwater biological retention treatment device is analyzed, and the present situation and construction situation of research and development at home and abroad are introduced.(2) The river area of Jiangsu U

6、niversity library is divided, and the drainage system of roof and pavement is introduced. At the same time, the design and calculation of the roof rainwater biological treatment device are described.(3) This paper introduces the rainwater biological retention device at present stage, and designs and

7、 explains the biological retentive treatment device of the roof rainwater of the new campus library of Jiangsu University.(4) Analyze the economic and environmental benefits of the municipal rainwater biological detention device.After the program analysis and comparison, the design of the municipal

8、rainwater biological retention treatment device is mainly composed of rainwater garden, abandoned flow device combination, both from the economic point of view, or from the environmental and social benefits point of view, have a very Good effect, but also has a strong applicability and important sig

9、nificance of the promotion. In the case of water shortage, the rational use of rainwater resources is the design of the most important design concept.KEY WORDS: Municipal rainwater、 biological retention treatment device、rainwater garden目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc484024116 第一章 绪论 PAGEREF _To

10、c484024116 h 1 HYPERLINK l _Toc484024117 1.1引言 PAGEREF _Toc484024117 h 1 HYPERLINK l _Toc484024118 1.2生物滞留装置概述 PAGEREF _Toc484024118 h 1 HYPERLINK l _Toc484024119 1.2.1概念与构造 PAGEREF _Toc484024119 h 1 HYPERLINK l _Toc484024120 1.2.2生物滞留装置应满足的要求 PAGEREF _Toc484024120 h 1 HYPERLINK l _Toc484024121 1.3国

11、内外研究现状及进展 PAGEREF _Toc484024121 h 2 HYPERLINK l _Toc484024122 1.3.1国外研究现状 PAGEREF _Toc484024122 h 2 HYPERLINK l _Toc484024123 1.3.2国内研究现状 PAGEREF _Toc484024123 h 3 HYPERLINK l _Toc484024124 1.4研究的目的及主要内容方法 PAGEREF _Toc484024124 h 3 HYPERLINK l _Toc484024125 1.4.1研究的目的及意义 PAGEREF _Toc484024125 h 3 HY

12、PERLINK l _Toc484024126 1.4.2设计的主要内容及方法 PAGEREF _Toc484024126 h 4 HYPERLINK l _Toc484024127 第二章 装置设计背景介绍 PAGEREF _Toc484024127 h 5 HYPERLINK l _Toc484024128 2.1 装置设计选址概述 PAGEREF _Toc484024128 h 5 HYPERLINK l _Toc484024129 2.2 集雨面划分 PAGEREF _Toc484024129 h 6 HYPERLINK l _Toc484024130 2.3雨水降水情况 PAGERE

13、F _Toc484024130 h 6 HYPERLINK l _Toc484024131 第三章 市政雨水生物滞留装置方案设计 PAGEREF _Toc484024131 h 7 HYPERLINK l _Toc484024132 3.1生物滞留装置分类 PAGEREF _Toc484024132 h 7 HYPERLINK l _Toc484024133 3.2生物滞留装置介绍 PAGEREF _Toc484024133 h 7 HYPERLINK l _Toc484024134 3.2.1雨水花园 PAGEREF _Toc484024134 h 7 HYPERLINK l _Toc484

14、024135 3.2.2生物滞留带 PAGEREF _Toc484024135 h 8 HYPERLINK l _Toc484024136 3.2.3滞留花坛 PAGEREF _Toc484024136 h 9 HYPERLINK l _Toc484024137 3.2.4生态树池 PAGEREF _Toc484024137 h 9 HYPERLINK l _Toc484024138 3.3生物滞留装置设计方案的选定 PAGEREF _Toc484024138 h 10 HYPERLINK l _Toc484024139 3.3.1方案具体介绍 PAGEREF _Toc484024139 h

15、10 HYPERLINK l _Toc484024140 3.3.2方案的比较分析 PAGEREF _Toc484024140 h 10 HYPERLINK l _Toc484024141 3.3.3市政雨水生物滞留装置方案确定 PAGEREF _Toc484024141 h 11 HYPERLINK l _Toc484024142 第四章 市政雨水生物滞留装置设计 PAGEREF _Toc484024142 h 12 HYPERLINK l _Toc484024143 4.1雨水花园设计 PAGEREF _Toc484024143 h 12 HYPERLINK l _Toc484024144

16、 4.1.1雨水花园的结构设计 PAGEREF _Toc484024144 h 12 HYPERLINK l _Toc484024145 4.1.2蓄水层和树皮覆盖层的选择 PAGEREF _Toc484024145 h 12 HYPERLINK l _Toc484024146 4.1.3植物的选择 PAGEREF _Toc484024146 h 13 HYPERLINK l _Toc484024147 4.1.4种植土层及人工填料层的选择 PAGEREF _Toc484024147 h 13 HYPERLINK l _Toc484024148 4.1.5砾石层的选择 PAGEREF _Toc

17、484024148 h 14 HYPERLINK l _Toc484024149 4.1.7雨水花园表面积的设计与计算 PAGEREF _Toc484024149 h 14 HYPERLINK l _Toc484024150 4.1.7.1雨水花园表面积公式推导 PAGEREF _Toc484024150 h 14 HYPERLINK l _Toc484024151 4.1.7.2 雨水花园表面积计算 PAGEREF _Toc484024151 h 15 HYPERLINK l _Toc484024152 4.1.9雨水花园结构设计图 PAGEREF _Toc484024152 h 17 HY

18、PERLINK l _Toc484024153 4.2雨水初期弃流装置 PAGEREF _Toc484024153 h 18 HYPERLINK l _Toc484024154 4.3.1弃流量设计 PAGEREF _Toc484024154 h 18 HYPERLINK l _Toc484024155 4.3.2弃流装置的计算 PAGEREF _Toc484024155 h 18 HYPERLINK l _Toc484024156 4.3预处理设施及进口设施设计 PAGEREF _Toc484024156 h 19 HYPERLINK l _Toc484024157 4.4溢流设施 PAGE

19、REF _Toc484024157 h 19 HYPERLINK l _Toc484024158 4.4管道设计 PAGEREF _Toc484024158 h 20 HYPERLINK l _Toc484024159 4.4.1雨水花园管道 PAGEREF _Toc484024159 h 20 HYPERLINK l _Toc484024160 4.4.2 雨水管道 PAGEREF _Toc484024160 h 21 HYPERLINK l _Toc484024161 4.4.3屋面雨水管道 PAGEREF _Toc484024161 h 21 HYPERLINK l _Toc484024

20、162 第五章 装置经济分析及应用前景 PAGEREF _Toc484024162 h 22 HYPERLINK l _Toc484024163 5.1 经济效益分析 PAGEREF _Toc484024163 h 22 HYPERLINK l _Toc484024164 5.1.1 预计总投资 PAGEREF _Toc484024164 h 22 HYPERLINK l _Toc484024165 5.1.2 经济方面 PAGEREF _Toc484024165 h 23 HYPERLINK C:UsersAdministratorDesktopcr毕业设计tu市政雨水生物滞留装置.doc

21、l _Toc484024166 5.2环境效益及社会效益 PAGEREF _Toc484024166 h 24 HYPERLINK C:UsersAdministratorDesktopcr毕业设计tu市政雨水生物滞留装置.doc l _Toc484024167 5.3推广应用的背景及条件 PAGEREF _Toc484024167 h 25 HYPERLINK l _Toc484024168 参考文献 PAGEREF _Toc484024168 h 25 HYPERLINK l _Toc484024169 致谢 PAGEREF _Toc484024169 h 28第一章 绪论1.1引言随着社

22、会经济活动的快速变化，城市化的程度逐渐提升，水泥、沥青路面逐渐替代了原来的泥石路面，由于其透水特性的改变，引发城市不透水面积增大，一方面会致使城市的气候特征的变化，比如会产生城市热岛效应，使得城市化程度高的地区温度同比周边地区更加炎热；另一方面还可能会引起地表径流峰值增大, 汇流时间减短，径流系数变大,地下水补给量下降，当暴雨侵袭时，超过安全阀值的径流量就会引起严重的城市洪涝灾害，城市人口的生活生产将承受巨大的损失。因此，为了新时代城市的可持续性发展，我们急切需要创新的雨洪处理技术，低影响开发技术（Low Impact Development，LID）就是基于这样的发展下产生的一种先进的雨洪处

23、理理念。而生物滞留装置则是体现这种技术的一种常见方式。1.2生物滞留装置概述1.2.1概念与构造生物滞留装置是指在低洼地区通过植物、微生物和土壤综合作用从而储存和净化雨水和径流的设施。生物滞留装置分为简单型和复杂型生物滞留装置,主要包括以下四种：雨水花园、生物滞留带,根据不同的应用位置来分有：高位花坛和滞留树池。1.2.2生物滞留装置应满足的要求a. 应使用植被缓冲带和草沟对汇水区雨水进行预先处理,大颗粒的污染物去除效果差且速度缓慢；应采取弃流或其他措施来防止或避免高浓度污染物对植物的破坏。b. 屋面径流通过生物滞留设施雨水管道、道路雨水径流进入，通过遏制间隙的数量和大小应依据公路边坡的坡度来

24、计算确定的。c.生物滞留装置应用于道路绿化带的情况，若道路纵坡比1%大，要求设置堰坎，这样可以减缓水流和增强雨水对道路的穿透力；装置离路基比较近的部分要求进行防渗处理，避免对道路路基稳定性造成破坏。d.生物滞留装置要求设置安全设施,可用于溢出管或雨水箅，溢流设施一般要求比100mm汇水面积低。e.生物滞留装置要求分散布置,规模不应该过大。生物滞留装置的表面积与水面面积之比在5% - 10%之间。f.复杂的生物滞留装置,结构部分的外侧和底部要求设置可渗透的土工织物，以避免旁边土壤的侵入。如果进行评估,认为渗漏会导致周围建筑物(或建筑物)倒塌的风险,或底层水将被收集和再利用,防渗膜可以安放在生物滞

25、留装置的周边和底部。g. 生物滞留装置水的深度要求依据植物承受洪水能力和土壤入渗性能来确定,一般在200-300毫米之间；要求土壤介质类型和深度应满足水质要求,并且要求与种植和园林绿化养护管理的技术要求相同；为了避免改变土壤中的土壤侵蚀,一般情况下将其设置在透水土工布隔离层的底部,也可以用砂厚度比100mm(细砂和粗砂砾层代替)小；排水应该满足250-300毫米的厚度,但在埋管底部打孔排水管在100-150毫米之间,砾石层被冲刷和尺寸应不小于孔的直径的穿孔管;为提高生物滞留装置监管,穿孔管可以在一定厚度的砂砾层的底部添加。1.3国内外研究现状及进展1.3.1国外研究现状目前，生物滞留(雨水花园

26、)技术在各国已经获到广泛应用和发展，也是BMP与LID管理体系中必不可少的一种高效经济的生态处理措施，在往后的很多年都将是学者们和工程师们研究和应用的。随着生物保留1993指南的出现,越来越多的暴雨手册和指南包括技术，将它作为独立的一章来介绍。与此同时很多研究机构甚至公司已经开始研究该项技术，其中包括其工作原理、方法和应用程序的设计和施工,如西密歇根环境委员会来研究当地的雨水花园的发展,对生物滞留系统概述,历史的雨水花园的净化机理,雨水花园的例子,在具体施工步骤雨水罐和雨水花园，建造步骤等进行了详述:1.实验研究1993年，马里兰州大学的Allen Davis开始对第一个生物滞留设施进行监测试

27、验(2001)1521。在90年代末2000年初，维拉诺瓦大学、马里兰州立大学、北加利福尼亚大学和宾夕法尼亚大学等陆续开始对生物滞留设施进行研究与实验，最初是实验室小试牛刀，如今现场的试验已经非常普遍，具体成果有以下3点：（1）水质净化效果；（2）水力特性；（3）改良型生物过滤设施实验结论 2. 经验总结与反思 虽然生物滞留装置已经有许多种装置,许多应用仍然有许多局限性。近年来,许多学者根据实际经验总结和反思,提出了许多技术改进措施。2001,Hunt对加利福尼亚北部地区的设计准则、标准和程序等提出了几点建议,如表面积、初始流量设计、砾石床排水系统设计等。在2007,卡梅伦等人提出了改进的主要

28、设计参数的设施在奥克兰风暴指南,如设计降雨,土壤和包装选项,蓄水高度。1.3.2国内研究现状我国对雨水问题关注比国外来得晚，直到近几年来,研究者才更加关注它,其研究范围还不够广泛，而且研究的范围也不够广，目前对生物滞留装置技术的研究和公开出版物比较少。2008年，北京建筑工程学院研究生罗红梅女士从基本概念、工作机理、功能、分类、设计计算、植物选择、维护管理及应用案例等对雨水花园做了比较详细的介绍，然后展望了这种装置在中国的应用前景，可广泛用于我国广大城市和农村地区。还有几点试验研究如下：(1)生态边沟(滞留带)2008,北京建筑工程学院研究生张杰在生态主沟中对城市道路的高浓度径流和降雨进行了研

29、究,设计了不同长度、不同深度的生态沟渠。道路径流雨水流入沟装置净化后直接排入湖泊。试验表明：COD(60扣70)、SS(76。88)、TP(530,-68)，对TN的去除效果比较差，TDS去除率显示负值。生态边沟的长度和深度对去除效果的影响并不是非常大，综合考虑经济问题和施工方面，长度取1.01.5m，深度取600-800mm较为合适!。(2)土壤快渗滤池(雨水花园)在北京市政府大院和十一学校设置了土壤渗滤池主要用于处理管道内混合径流，其平均去除率如下： TP(73) 、 COD(92)、浊度(8l)、色度(86)，对TN的去除效果比较差，值为负数。1.4研究的目的及主要内容方法1.4.1研究

30、的目的及意义本课题的目的是学习国内外成果，研究和发展一种经济高效、施工简便的装置，生物滞留装置已经使专家学者、特别是民众产生了较大的关注，为了普及人们的雨水处理知识，帮助政府有效落实各种雨水政策，最终设计一套适合江苏大学新校区图书馆的雨水生物滞留体系。本课题的意义在于比选出了适合江苏大学新校区的雨水生物滞留装置的设计，对雨水生物滞留装置的来源、发展及国内外研究现状等，进行了精细、全方位的研究和设计。阐述了装置的具体作用、系统结构等基本内容，并全面分析了装置的设计和经济效益评价。同时，在江苏大学新校区图书馆附近建造了雨水生物滞留装置(雨水花园)。1.4.2设计的主要内容及方法针对我国雨水得不到有

31、效处理的问题，我国急需一种比较健全和先进的雨水生物滞留体系，而雨水花园作为构成该体系的重要部分，有着经济效益高和优化环境等特点，切合可持续发展的要求。本论文主要分为两大部分，第一部分介绍先进且比较普遍的生物滞留装置体系，主要介绍生物滞留装置的比选，第二部分为雨水生物滞留装置的设计应，具体设计内容及方法如下：（1）对市政雨水生物滞留处理装置的重要意义进行了分析，对面国内外研究发展现状与建设情况进行介绍。（2）对江苏大学图书馆汇水面积进行了划分，并屋面、路面的排水系统进行介绍，同时对屋面雨水生物滞留处理装置进行设计计算和图纸说明。（3）对现阶段的雨水生物滞留装置进行了介绍，并对江苏大学新校区图书馆

32、的屋面雨水的生物滞留处理装置进行具体的设计及说明。（4）对市政雨水生物滞留处理装置进行经济、环境效益等分析。本设计主要是对面江苏大学新校区的图书馆的屋面雨水进行生物滞留处理装置设计，其他的雨水花园装置均可按照这个设计流程进行设计并计算。第二章 装置设计背景介绍2.1 装置设计选址概述江苏大学具体位于镇江市京口区学府路301号，新校区在学校的西侧，新校区内包含13栋大楼、5个景观湖、广场有3个。如下图2.1-1。 图2.1-1 江苏大学新校区因为图书馆占地面积较大，是屋面雨水径流和雨水污染的主要发生场所，因此，在本次的市政雨水生物滞留装置的设计主要就是针对图书馆为代表的较大建筑物，其余建筑的生物

33、滞留装置设计可以依照图书馆的设计部分简单化后进行设计。而且图书馆附近路面比较多，如图2.1-2，路面雨水根据汇流方向大致可以分成3个汇流区域，因此选用此处作为路面雨水的设计地点是合适的。图2.1-2 新图书馆及周边2.2 集雨面划分设计包括3部分:屋顶、道路和广场。经过现场勘察，测量，计算后：（1）屋顶的集水面积为S1 = 7800平方米,屋顶面积主要是图书馆屋顶。（2）集水区的S2 = 7450 m2，包括图书馆周边的道路。本设计总集水面积为S=23090 m2。本设计主要是对面屋面雨水进行设计，所以以图书馆屋面汇水面积为主，在落水管下方进行市政雨水生物滞留处理装置设计。2.3雨水降水情况镇

34、江属于北亚热带季风气候区,降水多,年最大降水量为1801.1毫米,全年降水量最小值为457.6毫米,降雨量最大值为262.5毫米,年平均降雨量值为1074.1毫米 ,年平均雨日总共有119天,季节性分布春季为23%,夏季为45%,秋季为21%,4-10个月的降水量占全年80%。镇江在年平均蒸发量846.3毫米,扬子江的边缘(1980-2000年)。根据扬子江月平均蒸散量计算月平均蒸发量。扬子江的表面月平均蒸发(1980-2000年)如表2.1所示。表2.1 镇江市降雨量及长江水面多年月均蒸发量月份123456789101112降雨量/mm51.557.872.0121.764.7210.924

35、9.6128.646.937.161.328.81130蒸发量/mm27.334.751.571.7100.691.9111.2111.890.871.548.335.0846.3第三章 市政雨水生物滞留装置方案设计3.1生物滞留装置分类生物滞留装置的分类方式有以下3种，具体如下：(1)依据本地土壤入渗能力和具体要求,可分为生物滞留装置土壤和非生物滞留装置土壤,如果土壤的通透性弱,可以通过填砂提高, 填砂要求不同配比的人工填料。(2) 依据与地下水位距离和建筑环境条件可以分为渗透、半渗透和非渗透性的生物滞留装置。渗透设施没有穿孔的底部收集管,所有到地面径流的处理；半渗透装置包括多孔水收集管，但

36、是收集管的位置处于砾石排水层的中间(有一定深度的内部贮存区)；非渗透装置可设置在底部防渗膜或土壤入渗能力很小的地方,适用于近地下水的水平低的地区。 (3) 根据装置的外观、大小、位置及范围,可分为雨水花园、生物滞留带、高位花坛、树池等四种类型,本设计主要是设计面屋面雨水生物滞留处理装置，因此以下均按第（3）种分类方式对生物滞留装置进行分析。3.2生物滞留装置介绍3.2.1雨水花园（1）雨水花园概念雨水花园是由自然或人工挖掘的浅凹绿色的形成,是用来收集从屋顶或地面吸收雨水,通过植物的综合作用,砂使雨水净化,并逐渐进入土壤、地下水,或供应水、花露水等城市景观水。它是一种可持续的雨水生物滞留和利用装

37、置。如图3.2-1雨水花园结构典型示意图。图3.2-1 雨水花园典型结构示意图（2）雨水花园功能雨水花园除了能够有效地渗透雨水外,还有许多功能：A能有效去除悬浮颗粒、径流中的有机污染物和重金属、病原体等有害物质；B通过合理的植物选择,雨水花园能为动物提供良好的栖息条件；C雨水花园可以调节环境中空气的湿度和温度,通过蒸腾作用改善小气候环境；D. 雨水花园建设成本较低,养护管理较草坪简单；E. 与传统的草坪景观相比,雨水花园可以给人们新的景观感知和视觉感知。3.2.2生物滞留带滞留带一般呈长方形，,长且宽比大于3:1,类似一般绿化带的外观。本实用新型主要用于道路径流的处理,可代替停车场采用直线布置

38、方式。主要用于处置路面径流，可呈线性布置，替代停车场，道路及高速公路中间的绿化隔离带，达到水力功能和美景的多重目的。滞留带不可以做成渗透或半渗透型设施，底部必须做好防渗透设施，避免渗漏雨水蚀化路基从而造成道路塌坏，溢流管和穿孔管的水排入管网系统中。图3.2-2为滞留带典型结构示意图。图3.2-2 滞留带典型结构示意图3.2.3滞留花坛高位花坛一般高于地面。作为一个半地下,周围十个凝固墙块宿舍,也可以是预制混凝土单位。本实用新型主要用于屋面雨水收集,适用于住宅小区、工业区、商业区等建筑物。应位于建筑物外3M建筑外,如果建筑物位于建筑物的300米以内。图3.2-3为滞留花坛典型结构示意图。 图3.

39、2-3 滞留花坛典型结构示意图3.2.4生态树池与一般的树池类似，植物主要以大中型抗负压能力强的本土植物为主，因此,对土壤的深度要求较高,至少1米左右,应用范围广,主要用于处理道路径流,在街道、公园、广场和人行道两侧均可应用。相邻道路或建筑物的建造应设置防渗膜设施。溢流和流出的雨水流入管网中，图3.2-4为滞留树池典型结构示意图。 图3.2-4 滞留树池典型结构示意图3.3生物滞留装置设计方案的选定3.3.1方案具体介绍（1）方案一：重力流生态滤池重力流生态滤池结构（如下图3.3-1）图3.3-1 重力流生态滤池结构示意图（1-预制处理设备；2-滤网；3-水生植物；4-生态介质；5-石笼网；6

40、-基流状态下管道）（2）方案二：雨水花园、弃流装置组合处理装置组合装置结构（如图3.3-2）雨水花园弃流装置屋面雨水弃流补给地下水集水池：景观湖图3.3-2雨水花园、弃流装置组合处理装置图3.3.2方案的比较分析（1）方案一的综合分析 该方案是重力流生态滤池，前面设置了一个预制处理设备，该设备造价高，且施工工作量大；后面设置了生态介质，用于生物滞留，效果不明显，且该装置在生态介质后设置了石笼网，虽说可以生物滞留，但明显处理效果不大。（2）方案二的综合分析从以下两点进行分析：1.雨水花园优缺点A优点1、能有效去除悬浮颗粒物,在径流中的有机污染物和重金属、病原体等有害物质；2,通过合理的植物配置,

41、使雨园能为鸟类和鸟类提供良好的栖息环境；3、在雨水花园中,根据植物的蒸腾作用稳定周围空气的温度和湿度,改善良好的气候环境；4,雨水花园建设成本较低,养护管理比草坪简单；5、与传统草坪相比,雨水花园可以给人以全新的景观感知和视觉感知。B缺点如果地下水位高于岩层,土体渗透性差,地形陡峭,应采取必要的换土、防渗和设置措施,避免次生灾害,提高施工成本。2.装置的综合分析该方案是弃流装置与雨水花园相结合，弃流装置设备费用低，可补给地下水，回用水利用率高，可供给广场的透水铺装设施，一举两得，利用雨水率高。然后。雨水花园的施工比较方便，人工费少，且雨水花园的净化能力强，生物滞留高效。3.3.3市政雨水生物滞

42、留装置方案确定综合上述几种设施的比较，分别讨论了雨水花园、滞留区、高位花坛、树池等四种生物滞留设施的适用条件和适用范围，同时给出了不同种类设施的内部结构详图，以便更加清楚地了解该设计。 总体来说，新校区的总体可透水面积足够，本设计主要解决的不是雨水的内涝问题，而是现有的雨水系统的主要功能是排水，对于雨水资源的利用不足。我们的方案设计通过对雨水系统的设计使雨水资源处理后能集中收集利用，同时强化现有雨水的畜排水能力，为新校区的后期建设预留好足够的处理能力。本设计方案主要是针对江苏大学新校区图书馆的屋面雨水，在图书馆的背部屋面雨水落水管处，连接一个弃流装置，再放置一个雨水花园，经过弃流装置的初期弃流

43、作用，然后经过雨水花园的下渗，对雨水生物进行滞留，对雨水进行有效的利用。第四章 市政雨水生物滞留装置设计本装置设计主要是由以下几部分组成：雨水花园、初期雨水弃流装置、预处理设施及进口设施、溢流设施、管道设计等。4.1雨水花园设计4.1.1雨水花园的结构设计雨水花园主要由5个不同结构层组成，见图4.1-1。图4.1-1 雨水花园典型结构示意图（从上到下依次是：蓄水层，树皮覆盖层、种植土层、人工填料层、砂层、砾石层）4.1.2蓄水层和树皮覆盖层的选择 （1）蓄水层蓄水层是雨水暂时的储存空间，径流一部分通过下渗消纳一部分通过蒸发散失有一定的调蓄作用为避免影响植物的正常生长，其排空时间应不超过24hr

44、。同时,作为预处理设施,大量的沉积物沉积在该层中,然后同意去除粘附在沉淀物上的金属有机离子。它的高度是依据附近的地形地貌,土壤渗透能力,本地的雨水下降的特点,以及每天的使用等因素,通常比100 250mm高，按照种植士渗透系数为5x10，排空时间为24hr计算，得出最大的蓄水层高度约为43Zmm，则取值范围为100-400mm。当场地太小、设计降雨量较人或设计以削峰为目的时可选择较大的蓄水层高度，但要在种植植物时应注意选择高棵的耐湿植物。故此处取250mm。（2）树皮覆盖层它通常覆盖着新鲜的树皮、根或叶子。在树皮,土界面创造一个有利于微生物生长的生态环境,有机物降解、吸附、固定植物氨和金属,也

45、有助于减少雨水径流的侵蚀,有效保持土壤水分,避免造成土壤板结,通透性降低。覆盖层必须均匀铺放在十壤上。避免在植物根部堆积太厚伤害植物，其最大深度通常在50-80mm之间。本设计采用80mm。4.1.3植物的选择植物在去除污染物中起着重要的作用。主要通过吸收和蒸腾。我们应该注意到植物的选择:(1)应种植和短期耐涝的早期陆生植物的淹水时间应大于48hr;(2)本地多年生植物具有较强的气候和土壤的适应性十,所以当地的植物应占总数的一半以上,而多年生植物可以减少种植和维护的负担;(3)植物根系发达,能渗透土壤和充填层,不仅起到了疏松土壤和提高渗透性的作用,而且增加了根系的表面积,吸收了更多的污染物。(

46、4)应注意物种的合理规划与配置,结合景观,兼顾植物的高度、开花、质疑和色彩。适当种植不同花期的植物,延长生物设施的开花时间,或选择一些季节性植物,如灌木、草、蕨类等。(5)防止植物长得太大,互相竞争,可一些莎草,在双开花植物种植的草。特别要注意清除有毒和阻碍植物或交通问题。目前比较适合江苏大学的植物:含笑、芙蓉、红树莓、杜鹃、海桐,栀子、希美丽、贾斯敏、一叶兰、麦冬、吉祥草、白蝴蝶、蜘蛛兰、蚌兰、薄荷、叶子华、高峰、炮仗花、唐纳德、金银花的嘴,常春藤等。故本设计的植被种类选择草本植物。4.1.4种植土层及人工填料层的选择（1）种植土层的选择表层土壤应提供充足的水分和养分,以维持植物的生长,同时

47、也应具有更大的渗透水消耗能力。提供一种土壤里的植物根系吸收和微生物对碳氢化合物、金属离子、营养物和其他污染物的降解, 具有很好的滤波效果,在沙质土壤的渗透系数一般用较大的比例不同,60个主要部件,。其厚度取决于植物的类型。当草本植物的使用,厚度为250mm。这里的植物种类是草本植物，厚度选取250mm。（2）人工填料层的选择种植土下的填料层可根据不同的目的、设计方法和当地土质确定，可以采用种植土、当地土壤或适当添加蛭石和珍珠岩等大颗粒填料，增加渗透能力,填料层高度主要是0.5-1。堵塞是所有渗透设施(包括生物滞留设施)一直存在且难以解决的问题，可以通过经常监测维护缓解，但解决不了根本问题。当径

48、流进入设施时，土壤和填料凭借其巨大的表面积大量吸附N、P、污染物,如金属,离子等,然后植物和微生物开始降解吸附的污染物,并永久删除它们。可见只要水力负荷,植物、填料层等匹配得当，堵塞问题可从根本上进行削减，系统对污染物的去除也能长久保持较好的效果。此处厚度取1m。4.1.5砾石层的选择这层主要用于保护穿孔管,防止堵塞,并提供一个临时的存储空间,以减少径流的体积。由不大于50mm直径冲刷砾石,厚度约为强度,可适当加深,根据具体要求。PVC多孔管的直径为100mm的嵌入,和渗透的雨水是由穿孔管到附近的河水或收集其他排放系统。在砾石层和填充层的中间应布置一层土工布,以防止土颗粒进入砾石层。但容易造成

49、土工织物的堵塞。一层150mm厚砂或细砾石可以把人工填土层和砂砾层防止土壤颗粒堵塞穿孔管和通风之间发挥作用。4.1.7雨水花园表面积的设计与计算4.1.7.1雨水花园表面积公式推导达西定律表示渗流能损失与渗流速度的关系，其表达式如式1所示： （1）其中断面平均流速，m/s；渗透系数（砂质土壤），m/s；水力坡度下渗起止断面；水头损失沿下渗方向，m；下渗起止断面问的距离，m。当蓄水层蓄满水时，流速如式（2）所示： （2）当储水层不充满水时,流量显示在方程(3):： （3）其中断面流速，m/s；蓄水层平均水深设计一般为1、2 m；雨花园的深度一般由种植土层和填充层组成，m。计算时，取其平均值，用式

50、（4）表示如下： （4） 渗滤的基本规律有： （5） （6）其中水花园的表面积，m2；V水花园的雨水汇流总量，m3；蓄水层中，水被消纳所耗费的时间，s；汇流面积，m2；H表示降雨量（根据设计目的），m；径流系数。将式（4）、（6）代入式（5）中得： （7）4.1.7.2 雨水花园表面积计算蓄水层设计水深h： 雨水花园的深度：其中为植土层深度，取250mm 为填料层厚度，取1m 设计降雨量H： 设计降雨量一般不超过0.03mH=0.03m土壤的渗透系数K：松散岩体渗透系数（m/s）砾石310-4310-2粗砂910-7610-3中砂910-7510-4细砂210-7210-4粉砂110-9210

51、-5漂积土110-12210-6黏土 110-114.710-9根据表格中砂土的渗透系数，取此处K值为覆盖在层的水被消纳所需的时间:被消纳所需的时间：含水层中的水是一般12 d的消耗时间，取1d径流系数：屋面地面种类径流系数屋面0.901.00混凝土和沥青路面0.90块石路面0.60级配碎石路面0.45干砖及碎石路面0.40非铺砌路面0.30公园绿地0.15汇流面积： NO.1雨水花园汇流面积有绿地7800m2和水泥路面1000m2 NO.2雨水花园汇流面积有水泥路面7800m2NO.1雨水花园表面积：NO.2雨水花园表面积：取较大的雨水花园直径D： 因此不管是1号还是2号设计直径为20m都是

52、足够的取4.1.9雨水花园结构设计图根据以上的设计计算，得出雨水花园的尺寸，画出以下的设计草图出来。设计出直径为20m的圆形雨水花园，每一层的高度为：蓄水层厚度250mm、覆盖层80mm、种植土层250mm、人工填料层1000mm、砂层150mm、砾石层300mm、围壁10mm。 图4.1-4雨水花园设计图4.2雨水初期弃流装置4.3.1弃流量设计采用体积弃流方法雨水流装置的初步设计,该设计方法是合理流动,根据径流侵蚀法简单有效,不受降水量变化的影响,只需要在排空雨停后打开门(也可设计自动排空)和定期清理池底,操作方便。主要的问题是,当水面大,池容量也大,使投资增加。当储罐容量大,雨水水质相对

53、较好,而主要的污染物是颗粒污染物,沉淀后的上清液可以考虑去净化和利用雨水调蓄池,以提高雨水利用效率。在本次设计中,屋面排水池的汇水面积为7800平方米,分为雨水收集、获取信息、初始弃流3毫米,但实际施工应根据当地冲刷规律确定弃流调整尺寸。4.3.2弃流装置的计算（1）汇水面积F：图书馆屋顶面积7800 m2，分6个雨水管收集 =1300 （2）初期径流厚度 ：参考数据,初始流量是从3到5mm， 取 初期雨水弃流量 ：根据计算所需的池容为3.9 m3，可以取弃流的区长、宽各2 m，高1米，则可以完成所需的弃流量。弃流水补充地下水用，装置底部采用渗透性材料如透水混凝土，在正方体上方斜75度角，设置

54、一个直径为1670mm的圆形盖高度为1m。弃流装置结构示意图如图4.3-1所示图4.3-1 弃流装置结构示意图4.3预处理设施及进口设施设计（1）预处理设施依据场地情况和汇流面的污染程度可不设置或设置不一样的预处理措施，如设置植被过滤带、植被浅沟及前池等能去除大颗粒沉淀物，减缓流速，减轻生物滞留装置的维护负担并延长其寿命。对于汇流面积较大且污染严重的区域，如果允许的话,前面可以作为预处理措施；对于汇流区面积较小的植被,可以根据现场进行植被过滤带和浅层植被的冲刷,污染程度较低的地区为汇流面面积可不用设置预处理措施。对于本设计，由于江苏大学回流面污染较轻，因此本设计不采用植物过滤带作为预处理措施。

55、（2）进口设施生物滞留装置的重要组成部分是进口设施,其结构和实施方式直接影响设施的净化效果、维护和使用寿命。进口的最佳方式是允许水流以片状流的形式进入设施。目前最常见的应用是在入口处设置砾石导流,同时达到消能的目的、减缓流速的作用。对建图书馆屋面径流可经过雨水管马上排入装置中，而道路径流、停车场可经过生物滞留装置附近的石豁口进入装置中。本设计主要是屋面各路面雨水，所以采用雨水管直接排入设施和多个石豁口。如图4.1-3。如图4.1-3下凹式雨水花园实景图4.4溢流设施溢流设施对于在道路、停车场、街道等不透水面积较多的区域应用的生物滞留设施尤为重要，对于周边绿地较多且汇流面积较小的居民区可根据具体

56、情况选择。溢流设施一般采用圆形竖管的形式，上面设置格栅截污，如图4.2-1所示，管项与蓄水层最高水位平齐，其上超高至少为100mm，管项以下的出流管与检查井或雨水箅子连接，当地雨水或雨水径流组合成暴雨下水道。 图4.2-1 溢流设施实景图4.4管道设计4.4.1雨水花园管道（1）进水管：DN400，管材与排水管道一致，覆土厚度取1米。这些管道主要是根据现场布置情况进行连接，江苏大学屋面路水管与弃流装置连接，然后与雨水花园连接，连接图如4.4-1所示。图4.4-1 管道连接图（2）净水管：DN100塑料穿孔管，管道设置坡度i=0.003，在上半管段与中心线45度夹角开的孔，孔距0.4m。单个管子

57、长度不超过10m，考虑到市面上销售的管长多为6m，取单个管长6m，以带颈法兰连接。法兰规格可以参考图4.4-2。图4.4-2法兰规格4.4.2 雨水管道DN400钢筋混凝土圆管的采用,和管壁的粗糙度为n = 0.013，覆土厚度控制在1m为宜，管道坡度与地面坡度相同，采用满流设计。4.4.3屋面雨水管道（1）落水管：采用PVC圆管，尺寸为DN400。（2）溢流管：采用PVC圆管，尺寸为DN400。第五章 装置经济分析及应用前景5.1 经济效益分析5.1.1 预计总投资本设计主要是由三部分雨水花园、弃流装置、管道组成，因此总费用主要是由这几部分构成，详细情况如表5.1-1所示表5.1-1市政雨水

58、生物滞留装置设计总投资雨水花园成本费材料费10000加工费800运输费300安装费20000弃流装置材料费1000制造费3000安装及运输费10000管道连接100米的管500安装及运输费5000场地平整及其他施工费设备租借8000施工费6000本装置的基础建设投资为64600元，加上后期维护费用，维护具体操作如下：1、在暴雨过后检查雨水花园的覆盖层以及植被的受损情况，及时更换受损的覆盖层材料与植物。2、定期清理雨水花园表面的沉积物，以免使其渗透能力下降，降低其效果。3、期清除杂草，同时对生长过快的植物进行适当修剪。4、根据植物生长状况及降水情况，适当对植物进行灌溉。所以维护费用为1000元/

59、年（雨水花园不需要日常管理，只需间隔维护）5.1.2 经济方面a.直接收益1）水费节约部分由于采用雨水利用技术，节约自来水的成本,将节约用水成本作为收入。随着项目的实施,新校区的雨后,绿色的水是3000立方米,除考虑了雨水的洗涤,冲洗道路和医院塘景观水,冲洗厕所等新的建筑物,同时考虑水量计算过去的一部分,这部分水9000 m3。长期项目实施后,可以使用6000立方米的总雨量,因此这部分水可作为节约用水的金额,计算10000立方米,按照自来水市场价格为3.61元/立方米米,现在可以节省每年元。2）运行费用主要是雨花园,最初的废物流池清洁和维护费用,人工成本,管理费,维修费将转换成每立方米水的成本

60、总和,这是该装置的运行成本,依据现场操作来估算运作成本大概为0.15元/立方米：元。3）总共直接经济收益总共直接经济收益是和降低运营成本节约用水成本，则元。b.投资收益率及回收期雨水利用工程是综合性的,涉及多方面的经济、环境和社会效益,综合效益包括雨水利用和节约自来水,自来水的成本,节约用水和提高边际成本为国家财政收入,由于污染的消除和减少社会损失,节省城市排水设施的建设和运行成本等。投资回报与单位投资额增加造成的年度成本差额的计算如下：式中：对于投资收益率的差异,分别方案1、方案年成本分别为2、方案1、计划总投资的2。这里,第一个方案是在不实施雨水利用项目的情况下直接排放雨水;第二个方案是实