植草沟设计的指南.docx

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植草沟设计的指南

植草沟设计指南

1.前言

植草沟是通过模拟自然绿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的海绵设施。

植草沟利用沟渠和植物的协同作用来实现雨水的收集、转输以及净化，是实现径流总量控制、污染物总量削减、洪峰延缓、地下水补充的重要技术手段。

在气候温和、雨量充沛、河网密布、城市化进程较快的地区，植草沟可以发挥重要作用。

2.目标功能

植草沟主要有以下功能：

（1）转输雨水径流；

（2）雨水径流滞蓄；

（3）径流污染物削减

（4）补充地下水。

根据其功能可将植草沟分为转输型植草沟和渗透型植草沟，转输型植草沟主要是起到收集、转输雨水径流的作用，渗透型植草沟主要起渗透、滞蓄、净化雨水径流的作用。

在海绵城市建设中应优先应用植草沟转输雨水径流。

3.适用条件

下列几种情况下宜采用植草沟技术：

（1）比较窄的城市道路两侧的机非分隔带；

（2）建筑落水管断接口与生物滞留池、湿地或高位花坛等海绵设施之间的雨水径流转输；

（3）小型地块的雨水径流收集和转输。

4.设计计算

4.1规模计算

在给定设计进出水水质的基础上，根据各污染物目标去除率，按表4-1可查得植草沟与集水区面积比R。

表3-1各污染物目标去除率与R对应关系

TSS

TP

TN

目标去除率/%

R1/%

目标去除率/%

R1/%

目标去除率/%

R1/%

87

0.5

60

0.5

10

0.5

90

1

63

1

12

1

92

1.5

66

1.5

15

1.5

94

2

68

2

17

2

植草沟面积可由式4-1计算：

a=Rx×A      （4-1）

式中a—植草沟面积，㎡；

Rx—控制性目标污染物去除率所对应的R值，%；

    A—集水区面积，㎡。

4.2流量确定

根据城市暴雨强度公式（式3-2），在给定重现期下计算设计流量。

4.2.1暴雨强度计算

式中q—暴雨强度，L/（s·hm2），下同；

P—降雨重现期，a，应取2~10a进行设计，50~100a进行校核;

t—降雨历时,min，包括地面集水时间t1（10min）和雨水流行时间t2，t2根据实际情况通过计算确定。

4.2.2综合径流系数

集水区综合雨量径流系数的计算按各地块渗透性质进行面积加权，具体参照表4-2。

表3-2不同下垫面的径流系数

汇水面种类

雨量径流系数

流量径流系数

绿化屋面（绿色屋顶，基质层厚度≥300mm）

0.30-0.40

0.40

硬屋面、未铺石子的屋面和沥青路面

0.80-0.90

0.85-0.95

铺石子的平屋面

0.60-0.70

0.80

混泥土、沥青路面和广场

0.80-0.90

0.85-0.95

大块石铺设路面及广场

0.50-0.60

0.55-0.65

沥青表面处理的碎石路面及广场

0.45-0.55

0.55-0.65

级配碎石路面及广场

0.40

0.40-0.50

干砌砖石或碎石路面及广场

0.40

0.35-0.40

非铺砌的土路面

0.3

0.25-0.35

绿地

0.15

0.10-0.20

水面

1.00

1.00

地下建筑覆土绿地（覆土厚度≥500mm）

0.15

0.25

地下建筑覆土绿地（覆土厚度＜500mm）

0.30-0.40

0.40

透水铺装地面

0.08-0.45

0.08-0.45

下沉广场（50年及50年一遇以上）

—

0.85-1.00

注：

以上数据参照《室外排水设计规范》（GB50014）和《雨水控制与利用工程设计规范》（DB11/685）。

4.2.3设计流量计算

设计流量及校核流量按式43计算，将各自重现期下暴雨强度分别带入即可。

       Q=α·q·A×10-7       （4-3）

式中Q—设计流量，m³/s;

α—综合径流系数;

q—暴雨强度，L/（s·h㎡）；

A—集水区总面积，㎡。

4.3纵坡和边坡设计

4.3.1纵坡坡度

植草沟纵坡坡度不应大于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。

4.3.2边坡系数

植草沟宽度的确定应遵循如下原则：

保证处理效果、实现转输目标、满足景观要求、便于维护管理、保障公众安全。

受场地因素限制，植草沟的宽度一般根据城市建设预留地的范围来确定。

边坡系数取值宜处于0.1~0.25之间。

道路两侧的植草沟边坡系数通常会受十字路口影响。

在不经过交叉路口时，边坡系数的取值主要考虑维护管理和公众安全。

在交叉路口处，若路面高度高于植草沟边缘高度，边坡系数通常应在1/6~1/4之间取值，此时应在路面以下预留排水管道。

若路面与植草沟边缘在同一高程，边坡系数应取1/9。

植草沟高程的选择应由城市规划和景观设计者共同决定，在设计过程中也应参考当地公路配套设施设计规范和标准图集。

4.4断面尺寸计算

在确定长、宽、边坡和纵坡系数的基础上，过水断面取水力最优断面，利用曼宁公式并结合具体断面形式求得植草沟断面尺寸。

式中Q—设计流量，m³/s;

   A1—过水断面面积，㎡;

   R—水力半径，m;

   S—渠底坡度；

   n—曼宁系数，一般取0.02~0.1。

4.5进水系统设计

4.5.1地表漫流进水系统

地表漫流进水指的是雨水通过路缘与植草沟的高程差自然流入或通过路缘石开口流入植草沟的方式（如图4-1），一般需考虑在进水口设置消能设施，减少对植草沟的冲刷作用。

这种进水系统的优点是雨水能最大程度的与植物接触，起到良好缓冲作用，具有出色的预处理效果，相应地其转输能力相对较弱。

路缘石开口宽度的计算采用宽顶堰公式：

       Q=Cw·L·h3/2                    （4-5）

式中Q—单个开口设计流量，m3/s;

     Cw—流量系数，取1.66；

        L—堰宽，即路缘石开口宽度，m；

        h—堰上水深，即开口处径流深度，m。

图4-1路缘石的布置形式

4.5.2单点溢流进水系统

单点溢流进水指雨水通过雨水口收集并经过溢流口进入植草沟的方式（如图3-2）。

这种进水系统也要注意尽量减小冲刷效应，可以通过设置消能石或增加植物密度来实现。

图3-2溢流进水系统

当采用单点溢流进水时需计算溢流口（进水口）尺寸，其尺寸在设计时需分别按照自由出流和淹没出流计算，然后取二者中较大的值作为结果。

自由出流按照宽顶堰流量公式（4-6）计算，淹没出流按照孔口出流公式（4-7）计算。

由于格栅的阻滞作用，导致进水口过流能力有所降低，在计算中引入阻滞因子B，一般取0.5。

       Q堰=B·Cw·L·h3/2                   （4-6）

式中Q堰—设计流量，m3/s;

    B—阻滞因子，取0.5；

    Cw—流量系数，取1.66；

    L—堰宽（溢流口呈矩形时即为其周长），m；

    h—堰上水深，设计时取植草沟最大水深（即竖向深度），m。

       Q孔=B·Cd·A（2·g·h）1/2     （ 3-7）

式中Q孔—设计流量，m3/s；

    B—阻滞因子，取0.5；

    Cd—流量系数，取0.6；

        A— 孔口面积，m2；

        g—重力加速度，取9.80m/s2；

        h—水面与孔口中心的高度差，m。

4.6设计校核

4.6.1流速校核

植草沟水流流速应满足：

短重现期（2~10年）降雨事件发生时，流速不应超过0.5m/s；大重现期（50~100年）降雨事件发生时，流速不应超过1.0m/s，最大不得超过2.0m/s。

3.6.2安全校核

考虑到植草沟的开放性所造成的安全隐患，需要对其进行安全校核，植草沟的安全性一般通过其深度与流速之积来评估。

在道路两侧人行道旁的植草沟应满足：

（1）在大重现期降雨事件发生时，沟内水流深度与流速之积小于0.4m2/s；

（2）边缘与路面等高的植草沟在交叉路口处水深不超过0.3m。

4.6.3处理能力校核

在植草沟断面尺寸及纵坡等参数确定的情况下，比较按照断面尺寸和长度求得的植草沟面积a1与2.1中求得的a。

若a1

4.7植物配置

转输型植草沟主要是起到收集、转输雨水径流的作用，植物配置应优先考虑设施的功能性，转输型植草沟应选择满铺草坪，最大限度的实现雨水径流的转输。

渗透型植草沟有渗透、滞蓄、净化雨水径流的作用，植物配置应遵循以下原则：

（1）应兼顾设施功能和景观效果相结合，营造三季有花、四季有景的效果；

（2）选择乡土树种为主的植物，提高植物成活率；

（3）选择具有耐水湿、耐涝、耐旱等生长习性的植物；

（4）选择吸收能力强，对径流污染物有一定的净化效果的植物，特别是氮、磷的去除。

    （5）选择有观赏性，满足景观效果的植物。

图4-4渗透型植草沟示意图

渗透型植草沟的植物配置建议：

（1）路旁绿地：

植物配置以垂丝海棠、樱花、碧桃、紫荆、紫薇、木槿、花石榴、金桂、腊梅、山茶等小乔木为主干树种，搭配红叶石楠、毛鹃、小叶栀子、金森女贞、南天竹、红花继木、迎春、大花萱草、红花美女樱、红帽月季、大花金鸡菊、花叶玉簪、茶梅、常下石竹、红花酢酱草、金边麦冬、花叶络石等灌木、地被，常绿、落叶、观叶、观花、观果不同植物的搭配，凸显植物的季相变化、层次分明，增加观赏性。

（2）耐水湿植物：

水生美人蕉、黄花美人蕉、西伯利亚鸢尾、黄菖蒲、千屈菜、旱伞草、花叶芦竹、金叶石菖蒲等。

（3）观赏草类：

矮蒲苇、花叶芒、细叶针茅、紫叶狼尾草、狼尾草、日本血草、金叶苔草等。

5.施工图要求

5.1植草沟施工设计说明编制要点

（1）植草沟方案的设计计算书，主要包括按照水文和水质目标计算植草沟的面积、断面尺寸、边坡和纵坡、进出水口设计计算等。

（2）植草沟溢流口（管）材质、强度，格栅规格、材质等。

（3）植草沟种植植物的配置要求。

（4）植草沟施工工艺要求，主要包括管道连接、土壤压实、进水口和溢流口的布置、植物栽植等。

（5）植草沟维护管理要求，主要包括植物管养和枯枝清理、进出水口清理等。

5.2植草沟施工图图纸要求

5.2.1植草沟平面布置图

（1）植草沟雨水管网和其他海绵设施位置关系。

（2）植草沟长度。

（3）进水口与溢流口数量、间距。

5.2.2植草沟横断面布置图

（1）植草沟与道路位置关系。

（2）道路坡度、宽度。

（3）植草沟横断面尺寸。

（4）雨水管位置、管径。

5.2.3植草沟纵断面布置图

（1）植草沟纵坡坡度。

（2）植草沟底部标高。

5.2.4进水系统大样图

（1）若采用表面漫流进水系统，需给出路缘石开口横、纵剖面图，注明开口尺寸和高程布置。

（2）若采用单点溢流进水系统，需给出溢流设施横、纵剖面图，俯视图。

5.2.5植草沟末端与其他设施连接处大样图

（1）俯视图，各构筑物和管道材质、尺寸。

（2）横剖面图，标明关键位置高程，地面高程。

（3）必要时，纵剖面图辅助说明。