本發(fā)明屬于城市道路建設(shè)領(lǐng)域，具體是指一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》從設(shè)計(jì)和工程建設(shè)方面提出了城市道路的相關(guān)建設(shè)要求，但該指南是一個(gè)面向全國的總則性的規(guī)定，不能有效指導(dǎo)適應(yīng)山地雨洪災(zāi)害的城市道路的具體建設(shè)。在山地城市建設(shè)中，需要一種量化可行的控制方法，結(jié)合當(dāng)?shù)厮奶攸c(diǎn)及建設(shè)水平，以及規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的山地地勢(shì)影響，使海綿城市建設(shè)要求能最終落實(shí)到山地城市具體的道路建設(shè)或改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)中。

城市道路適應(yīng)山地雨洪災(zāi)害的總體思路，即在降水過程中將道路路面徑流引入路邊生物滯留設(shè)施。為確保生物滯留設(shè)施在暴雨時(shí)有足夠的蓄水空間，從而避免城市道路在暴雨時(shí)形成內(nèi)澇災(zāi)害，影響城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)，本發(fā)明提出了城市道路斷面中生物滯留設(shè)施的最小寬度值確定方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足，本發(fā)明提出一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施的最小寬度值確定方法，對(duì)適應(yīng)山地雨洪災(zāi)害的山地城市道路建設(shè)的指導(dǎo)性和地方適應(yīng)性顯著提高。

本發(fā)明通過以下方案來實(shí)現(xiàn)：一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法，包括以下步驟：

步驟1：確定本計(jì)算方法所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，包括：由《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》劃定的我國大陸地區(qū)城市年徑流總量控制率分區(qū)確定所在城市年徑流總量控制率，根據(jù)所在城市年徑流總量控制率確定所在城市降水量設(shè)計(jì)值p，所述p的確定由對(duì)應(yīng)的城市年徑流總量控制率通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲得。

年徑流總量控制率指標(biāo)是指通過自然和人工強(qiáng)化的滲透、集蓄、利用、蒸發(fā)、蒸騰等方式，場(chǎng)地內(nèi)累計(jì)全年得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的比例。按此定義，年徑流總量控制率＝100％-全年外排的徑流雨量占全年總降雨量的比例。年徑流總量控制率可通過日降雨量統(tǒng)計(jì)分析，折算到設(shè)計(jì)降雨量：選取至少近30年(反映長期的降雨規(guī)律和近年氣候的變化)日降雨(不包括降雪)資料，扣除≤2mm的降雨事件的降雨量(一般不產(chǎn)生徑流)，將日降雨量由小到大進(jìn)行排序，統(tǒng)計(jì)小于某一降雨量的降雨總量在總降雨量(小于該降雨量的按實(shí)際雨量計(jì)算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計(jì)算出降雨總量，兩者累計(jì)總和)中的比率，此比率(即年徑流總量控制率)對(duì)應(yīng)的降雨量(日值)即為所在城市降水量設(shè)計(jì)值p。

步驟2：城市道路匯水面包括：混凝土或?yàn)r青路面、大塊石等鋪砌路面、瀝青表面處理的碎石路面、級(jí)配碎石路面、干砌磚石或碎石路面、非鋪砌的土路面、透水鋪裝地面、綠地；根據(jù)所在城市道路匯水面的構(gòu)成確定匯水面寬度，單位為m；

步驟3：徑流系數(shù)α具體數(shù)據(jù)范圍如下：

混凝土或?yàn)r青路面的綜合徑流系數(shù)為0.8-0.9、大塊石等鋪砌路面的綜合徑流系數(shù)為0.5-0.6、瀝青表面處理的碎石路面的綜合徑流系數(shù)為0.45-0.55、級(jí)配碎石路面的綜合徑流系數(shù)為0.4、干砌磚石或碎石路面的綜合徑流系數(shù)為0.4、非鋪砌的土路面的綜合徑流系數(shù)為0.4、綠地的綜合徑流系數(shù)為0.15、透水鋪裝地面的綜合徑流系數(shù)為0.08-0.45；

根據(jù)步驟2中所述所在城市道路匯水面的構(gòu)成在本步驟數(shù)據(jù)中確定對(duì)應(yīng)匯水面徑流系數(shù)α。

步驟4：確定生物滯留設(shè)施的蓄水層高度H：

城市道路斷面中的生物滯留設(shè)施按構(gòu)造方式可分為簡易型生物滯留設(shè)施和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施，其中，所述簡易型生物滯留設(shè)施的結(jié)構(gòu)由上至下包括厚度為200-300mm的蓄水層、厚度為50-100mm的覆蓋層、以及原土；所述復(fù)雜型生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)由上至下包括厚度為200-300mm的蓄水層、厚度為50-100mm的樹皮覆蓋層、厚度為250-1200mm的換土層、透水土工布或厚度為100mm的砂層、通徑為100-150mm的穿孔排水道、厚度為250-300mm的礫石層；由上述可知，所述簡易型生物滯留設(shè)施和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施的蓄水層厚度H均為200-300mm；

步驟5：根據(jù)城市道路的一般形式建立數(shù)學(xué)模型，并代入步驟1-步驟4中的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出生物滯留設(shè)施寬度c；

城市道路斷面的一般形式匯水面的主要構(gòu)成分別為:總寬度為a的地面，包括人行道；總寬度為b的路面，包括機(jī)動(dòng)車道；以及總寬度為c的下沉式綠地，即為生物滯留設(shè)施；

為保證生物滯留設(shè)施在暴雨時(shí)有足夠的蓄水空間收集道路路面雨水，即在生物滯留設(shè)施寬度c為最小時(shí)，各路面的徑流量之和等于生物滯留設(shè)施的蓄水量，用如下公式表示：

p·(α_a·a+α_b·b+α_c·c)＝H·c

其中p為該地區(qū)的降水量設(shè)計(jì)值，由步驟1確定；a、b、c為本步驟所確定的匯水面的寬度；α_a、α_b、α_c分別對(duì)應(yīng)a、b、c三種路面的徑流系數(shù)，根據(jù)步驟2所確定的道路斷面的形式在步驟3中選取；H為生物滯留設(shè)施的蓄水層高度。

則城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值為：

c＝(α_b·b+α_a·a)/(H/p-α_c)

其中p為該地區(qū)的降水量設(shè)計(jì)值，由步驟1確定；a、b為本步驟所確定的兩種路面的寬度；α_a、α_b、α_c分別對(duì)應(yīng)a、b、c三種路面的徑流系數(shù)，根據(jù)步驟2所確定的道路斷面的形式在步驟3中選?。籋為生物滯留設(shè)施的蓄水層高度。

進(jìn)一步的，所述步驟5中，總寬度為a的為透水鋪裝地面，包括人行道；總寬度為b為混凝土或?yàn)r青路面，包括機(jī)動(dòng)車道；以及總寬度為c的下沉式綠地，即為生物滯留設(shè)施。

本發(fā)明針對(duì)山地水文體系的可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合當(dāng)?shù)厮奶攸c(diǎn)及建設(shè)水平，以及規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的山地地勢(shì)影響，提出一種量化直接的控制方法，使海綿城市建設(shè)要求能最終落實(shí)到山地城市具體的道路建設(shè)或改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)中；應(yīng)用本發(fā)明，對(duì)適應(yīng)山地雨洪災(zāi)害的山地城市道路建設(shè)的指導(dǎo)性和地方適應(yīng)性顯著提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法實(shí)施例1重慶城市道路斷面的一般形式示意圖。

圖2為本發(fā)明一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法實(shí)施例1重慶城市山地道路斷面的一般形式示意圖。

圖3為本發(fā)明一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法實(shí)施例1的簡易型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造示意圖。

圖4為本發(fā)明一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法實(shí)施例1的復(fù)雜型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

以重慶為例，一種城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值計(jì)算方法，流程如圖1所示，具體包括以下步驟：

步驟1：確定本計(jì)算方法所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，包括：根據(jù)所在城市年徑流總量控制率確定所在城市降水量設(shè)計(jì)值p；

《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》劃定了我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)，城市年徑流總量控制率a對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量值p的確定，則通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲得。以重慶為例，依據(jù)1983-2012年降雨資料計(jì)算，重慶市年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量值如下所示，當(dāng)年徑流總量控制率為80％和85％時(shí)，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為25.5mm和31.9mm，分別對(duì)應(yīng)約0.5年一遇和1年一遇的1小時(shí)降雨量。

表1重慶市不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量

步驟2：確定所在城市道路匯水面的各種構(gòu)成及其寬度a，單位為m，包括：混凝土或?yàn)r青路面的寬度、大塊石等鋪砌路面的寬度、瀝青表面處理的碎石路面的寬度、級(jí)配碎石路面的寬度、干砌磚石或碎石路面的寬度、非鋪砌的土路面的寬度、透水鋪裝地面的寬度；

重慶城市道路斷面的一般形式如圖2，其匯水面的主要構(gòu)成為(單位m):總寬度為a的透水鋪裝地面(人行道)、總寬度為b的混凝土或?yàn)r青路面(機(jī)動(dòng)車道)以及總寬度為c的下沉式綠地(生物滯留設(shè)施)。

步驟3：通過各種匯水面類型徑流系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值，按照各類匯水面面積比重加權(quán)計(jì)算得出各種類型匯水面的綜合徑流系數(shù)α。

道路的綜合徑流系數(shù)α可通過各種地表類型徑流系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值(表2)，按照各類地表面積比重加權(quán)計(jì)算而得。

表2不同類型道路匯水面雨量徑流系數(shù)表

步驟4：確定生物滯留設(shè)施的蓄水層高度H。

城市道路斷面中的生物滯留設(shè)施通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水，按構(gòu)造方式可分為簡易型生物滯留設(shè)施和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施，按應(yīng)用位置不同又稱作雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態(tài)樹池等。簡易型和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施典型構(gòu)造如圖2和圖3。由圖可知，所述簡易型生物滯留設(shè)施和復(fù)雜型生物滯留設(shè)施的蓄水層厚度H均為200-300mm；

步驟5：根據(jù)城市道路的一般形式建立數(shù)學(xué)模型，并代入步驟1-步驟4中的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出生物滯留設(shè)施寬度c；

城市道路斷面的一般形式匯水面的主要構(gòu)成分別為:總寬度為a的地面，包括人行道；總寬度為b的路面，包括機(jī)動(dòng)車道；以及總寬度為c的下沉式綠地，即為生物滯留設(shè)施；

為保證生物滯留設(shè)施在暴雨時(shí)有足夠的蓄水空間收集道路路面雨水，即在生物滯留設(shè)施寬度c為最小時(shí)，各路面的徑流量之和等于生物滯留設(shè)施的蓄水量，用如下公式表示：

p·(α_a·a+α_b·b+α_c·c)＝H·c

其中p為該地區(qū)的降水量設(shè)計(jì)值，由步驟1確定；a、b、c為本步驟所確定的匯水面的寬度；α_a、α_b、α_c分別對(duì)應(yīng)a、b、c三種路面的徑流系數(shù)，根據(jù)步驟2所確定的道路斷面的形式在步驟3中選??；H為生物滯留設(shè)施的蓄水層高度。

則城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值為：

c＝(α_b·b+α_a·a)/(H/p-α_c)

其中p為該地區(qū)的降水量設(shè)計(jì)值，由步驟1確定；a、b為本步驟所確定的兩種路面的寬度；α_a、α_b、α_c分別對(duì)應(yīng)a、b、c三種路面的徑流系數(shù)，根據(jù)步驟2所確定的道路斷面的形式在步驟3中選取；H為生物滯留設(shè)施的蓄水層高度。

重慶城市道路斷面的一般形式已在步驟2中說明，按80％的年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量p＝25.5mm，并依據(jù)徑流系數(shù)表取值：α_a＝0.25、α_b＝0.8、α_c＝0.15，H＝200mm，因此城市道路斷面中生物滯留設(shè)施最小寬度值為：

c＝0.03250a+0.10399b，(單位m)

在實(shí)際情況下，坡度在2％-7％之間的道路，生物滯留帶應(yīng)設(shè)計(jì)成梯級(jí)跌落的形式，適應(yīng)地形要求，同時(shí)生物滯留帶寬度同時(shí)需根據(jù)道路等級(jí)確定，主干道為3.5m，次干道、支路為1.5-2m。

本發(fā)明針對(duì)山地水文體系的可持續(xù)發(fā)展，結(jié)合當(dāng)?shù)厮奶攸c(diǎn)及建設(shè)水平，以及規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的山地地勢(shì)影響，提出一種量化直接的控制方法，使海綿城市建設(shè)要求能最終落實(shí)到山地城市具體的道路建設(shè)或改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)要點(diǎn)中；應(yīng)用本發(fā)明，對(duì)適應(yīng)山地雨洪災(zāi)害的山地城市道路建設(shè)的指導(dǎo)性和地方適應(yīng)性顯著提高。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于上述實(shí)施方式，凡是屬于本發(fā)明原理的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理的前提下進(jìn)行的若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。