基于低冲击开发措施的城市社区雨水管理系统

摘要

本发明公开一种基于LID措施的城市社区雨水管理系统，包括上游措施，中游措施和下游措施；上游措施包括绿色屋顶措施和透水路面措施；中游措施包括植草沟措施；下游措施包括生物滞留设施和雨水管网措施；还包括一个或多个生物滞留设施，以及大部分设置在待管理社区道路下面的雨水管网措施。本发明还公开了一种基于LID措施的城市社区雨水管理系统的规划方法。

说明书

技术领域

本发明涉及雨水管理技术，具体涉及一种基于低冲击开发(LID)措施的城市社区雨水管理系统。

背景技术

目前，我国大多数城市的雨水排水系统依照传统雨水排水设计方法建造。传统的城市雨水排水设计多采用快速排出雨水的方式，在短期内保证了城市雨水排水系统安全。但是，随着城市化水平的提高，城市不透水面积比例逐年增加，传统设计方式下的重现期水平已不能满足现代城市的雨水排水需求。尤其是特大暴雨发生时，对短时间内汇集的大量雨水，缺乏有效的、及时的排水方式是造成城市排水系统瘫痪和内涝的根本原因。近年来，随着极端天气多发频发，我国许多城市频繁遭遇强暴雨袭击，引发严重的城市内涝，出现“逢雨必涝，遇涝则瘫”的现象。北京、天津、上海、重庆、南京、武汉、长沙、西安、杭州等大城市暴雨积涝成灾的报道屡见不鲜。另外，对于雨水这种污染轻，水量大的水资源的利用率却很低，每年北京市平均产生20亿立方米的雨水，但雨水利用率不到10％，雨水资源的流失无疑是一种巨大的浪费。还有，雨水对地面的快速冲刷和排放又会为区域水环境带来严重的面源污染问题。

因此，改变现有的我国传统的城镇排水系统的设计和建设理念，以期达到防治城市内涝、利用雨水资源和控制面源污染的目标具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是基于LID措施的城镇可持续排水系统(Sustainable UrbanDrainage System，简称SUDS)的研究，以社区为管理区域，提出基于LID措施的城市社区雨水管理系统。

为解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种基于LID措施的城市社区雨水管理系统，包括上游措施，中游措施和下游措施；其中，上游措施包括绿色屋顶措施和透水路面措施；中游措施包括植草沟措施；下游措施包括生物滞留设施和雨水管网措施；

其中，待管理社区的建筑物屋顶采用绿色屋顶措施，所述建筑物周边采用植草沟措施；主干道采用不透水路面措施；小区内部人行道、地面停车区域采用透水路面措施；所述待管理社区还包括一个或多个生物滞留设施，用于收集路面溢流的雨水；以及大部分设置在待管理社区道路下面的雨水管网措施，用于收集来自上中游措施的雨水径流；

其中，所述管理系统具有两路汇水路径，第一汇水路径将所述绿色屋顶措施作为上游措施，所述植草沟措施作为中游措施，雨水径流经所述绿色屋顶渗透后通过落水管道流入所述植草沟措施，随后通过管道传输至所述雨水管网措施；

第二汇水路径将所述透水路面措施作为上游措施，雨水径流经所述透水路面措施后借助地势通过管道汇入生物滞留设施，不透水路面溢流的雨水径流也通过地势通过管道汇入生物滞留设施。

本发明还公开了一种基于LID措施的城市社区雨水管理系统的规划方法，包括：

步骤1：获取待管理社区的地块类型及面积；其中地块类型包括建筑物屋顶，砖石路面，不透水路面，绿化区域和其他路面；

步骤2：模拟降雨事件获取LID开发前各类地面降雨径流系数；

首先利用暴雨管理模型(Storm water management model，SWMM)中LID控制编辑模块，获取各LID措施的径流系数；

步骤3：将步骤2中获得的各LID措施的径流系数与相应LID措施的面积的乘积做运算，计算第一和第二汇水路径中各LID措施的径流量；

步骤4：传统雨水管理系统的径流量：将步骤2中的LID开发前各类地面降雨径流系数与LID开发前各类地面的面积使用加权平均法进行计算：

式中，F

从而得出传统雨水管理系统的径流量；

步骤5：再将步骤3中得出的各LID措施的径流量与步骤4得出的传统雨水管理系统中各LID措施的径流量对比，从而评价城市社区雨水管理系统的规划合理程度。

与现有技术相比，本发明有益效果及显著进步在于：

本发明针对城市社区这类小范围区域，形成通过简单的管道连接的上中下游措施，有效的在社区内收集并管理雨水，将雨水通过各LID措施进行过滤与收集，有效的利用了雨水；

而且本发明的LID措施的区位布置采用串联设计，使上游区域产生的地表径流进入下游的透水区域。

附图说明

图1是本发明所述的城市社区雨水管理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合本发明实施例中所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

名词解释

所述生物滞留池是一类低于路面且种有多类型植物的小面积洼地，主要通过土壤和植被的过滤作用来达到削减水量和净化水质的目的，可按照城市区域的规划设计成下凹花园形式，具有一定的景观作用。

所述透水路面是指使用环保生态型材料铺设的透水地面，具有独特的孔隙结构，透水性能良好，雨水降落透水路面后可迅速渗入地下并有效的排除；

所述植草沟指种有植物的开放式的地表沟渠排水系统，断面通常呈现三角形或梯形，位于道路两侧居多，并且根据底部是否埋设有渗滤管可将其划分为渗滤型植草沟和表流型植草沟，植草沟具有较长距离传输雨水径流的功能，当地表径流以较低流速经植草沟持留、植物过滤和渗透，雨水径流中的多数悬浮颗粒污染物和部分溶解态污染物可得到有效去除

本实施例选取天津市某社区进行社区雨水管理系统规划。该社区未采用LID措施前的地块类型及面积如表1所示：

表1规划前地块类型及面积

如图1所示，一种基于LID措施的城市社区雨水管理系统，包括上游措施，中游措施和下游措施；其中，上游措施包括绿色屋顶措施和透水路面措施；中游措施包括植草沟措施；下游措施包括生物滞留设施和雨水管网措施；

其中，待管理社区的建筑物屋顶采用绿色屋顶措施，所述建筑物周边采用植草沟措施；主干道交通量较大，不宜建设透水路面，仍采用不透水路面，小区内部人行道、地面停车区域采用透水路面措施；所述待管理社区还包括一个或多个生物滞留设施，用于收集路面溢流的雨水；以及大部分设置在待管理社区道路下面的雨水管网措施，用于收集来自上中游措施的雨水径流。

根据各雨水管理措施的位置以及结合措施间组合布局原则可将上述社区内的雨水汇水路径划分如下：

第一汇水路径将所述绿色屋顶措施作为上游措施，所述植草沟措施作为中游措施，雨水径流经所述绿色屋顶渗透后通过落水管道流入所述植草沟措施，随后通过管道传输至所述雨水管网措施；

第二汇水路径将所述透水路面措施作为上游措施，雨水径流经所述透水路面措施后借助地势通过管道汇入生物滞留设施，不透水路面溢流的雨水径流也通过地势通过管道汇入生物滞留设施。

对该社区的雨水管理系统的规划方法如下：

步骤1：获取待管理社区的地块类型及面积；其中地块类型包括建筑物屋顶，砖石路面，不透水路面，绿化区域和其他路面；

步骤2：使用拉格朗日插值法获取开发前降雨径流系数；

研究区域暴雨强度公式为：

根据我国《室外排水设计规范》(2011版)中的规定取降雨重现期，降雨历时可取120min。

LID措施径流系数计算

根据公式和已知数据可知设计降雨强度：

根据各措施与其目标因素之间的函数关系可得其径流系数，如表2所示：

表2LID措施径流系数

注：不透水路面径流系数视为0.9。

步骤3：将步骤2中获得的各LID措施的径流系数与相应LID措施的面积的乘积做运算，计算第一和第二汇水路径中各LID措施的径流量；

(1)汇流路径1径流量计算

设经过绿色屋顶渗透后的径流量为Q

Q

上述径流量经植草沟渗透过滤后的径流量为Q

Q

设经过植草沟自身渗透后的径流量为Q

Q

故：经植草沟流入雨水管网的流量为：

Q

(2)汇流路径2径流量计算

设经过透水路面渗透后的径流量为Q

Q

设经过不透水路面渗透后的径流量为Q

Q

经过两种路面后的径流量经生物滞留池渗透后的径流量为Q

Q

设经过生物滞留池自身渗透后的径流量为Q

Q

故：经生物滞留池流入雨水管网的流量为：

Q

步骤4：计算传统雨水管理系统的径流量

通过将基于LID的雨水系统计算出的径流量与传统雨水系统进行对比，可在一定程度上对新型雨水系统进行相应的评价。研究区域在未采用LID措施前，主要以建筑物屋面、砖石路面、混凝土路面以及绿地等地面类型为主，可通过测量得到各地面类型的面积；各地面对应的面积和径流系数如表3所示：

表3不同地面的面积和径流系数

将步骤2中的LID措施的开发前径流系数与各LID措施的面积使用加权平均法进行计算：

(1)计算平均径流系数

如果汇水面积由径流系数不同的地面组合而成，则整个汇水面积上的平均径流系数值可按各类地面的面积用加权平均法计算：

式中，F

根据上述公式，可求得研究区域内平均径流系数：

(2)传统雨水系统径流量

Q＝ψ

从而得出传统雨水管理系统的径流量；

步骤5：再将步骤3中得出的各LID措施的径流量与步骤4得出的传统雨水管理系统中各LID措施的径流量对比；由上述计算可知，相比于传统雨水系统，基于LID的雨水系统径流削减率η为：

由计算结果可知，基于LID的城市雨水系统可有效削减雨水径流量，减缓城市发生内涝的风险，同时还可减轻城市雨水管网的负担，效果良好。

以上各实施例和具体案例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。