一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法与流程
本发明属于城市道路建设领域，具体是指一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法。
背景技术：
《海绵城市建设技术指南》从设计和工程建设方面提出了城市道路的相关建设要求，但该指南是一个面向全国的总则性的规定，不能有效指导适应山地雨洪灾害的城市道路的具体建设。在山地城市建设中，需要一种量化可行的控制方法，结合当地水文特点及建设水平，以及规划设计范围内的山地地势影响，使海绵城市建设要求能最终落实到山地城市具体的道路建设或改造项目设计要点中。
城市道路适应山地雨洪灾害的总体思路，即在降水过程中将道路路面径流引入路边生物滞留设施。为确保生物滞留设施在暴雨时有足够的蓄水空间，从而避免城市道路在暴雨时形成内涝灾害，影响城市正常运转，本发明提出了城市道路断面中生物滞留设施的最小宽度值确定方法。
技术实现要素：
针对现有技术中所存在的不足，本发明提出一种城市道路断面中生物滞留设施的最小宽度值确定方法，对适应山地雨洪灾害的山地城市道路建设的指导性和地方适应性显著提高。
本发明通过以下方案来实现：一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法，包括以下步骤：
步骤1：确定本计算方法所需要的相关数据指标，包括：由《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》划定的我国大陆地区城市年径流总量控制率分区确定所在城市年径流总量控制率，根据所在城市年径流总量控制率确定所在城市降水量设计值p，所述p的确定由对应的城市年径流总量控制率通过统计学方法获得。
年径流总量控制率指标是指通过自然和人工强化的渗透、集蓄、利用、蒸发、蒸腾等方式，场地内累计全年得到控制(不外排)的雨量占全年总降雨量的比例。按此定义，年径流总量控制率＝100％-全年外排的径流雨量占全年总降雨量的比例。年径流总量控制率可通过日降雨量统计分析，折算到设计降雨量：选取至少近30年(反映长期的降雨规律和近年气候的变化)日降雨(不包括降雪)资料，扣除≤2mm的降雨事件的降雨量(一般不产生径流)，将日降雨量由小到大进行排序，统计小于某一降雨量的降雨总量在总降雨量(小于该降雨量的按实际雨量计算出降雨总量，大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量，两者累计总和)中的比率，此比率(即年径流总量控制率)对应的降雨量(日值)即为所在城市降水量设计值p。
步骤2：城市道路汇水面包括：混凝土或沥青路面、大块石等铺砌路面、沥青表面处理的碎石路面、级配碎石路面、干砌砖石或碎石路面、非铺砌的土路面、透水铺装地面、绿地；根据所在城市道路汇水面的构成确定汇水面宽度，单位为m；
步骤3：径流系数α具体数据范围如下：
混凝土或沥青路面的综合径流系数为0.8-0.9、大块石等铺砌路面的综合径流系数为0.5-0.6、沥青表面处理的碎石路面的综合径流系数为0.45-0.55、级配碎石路面的综合径流系数为0.4、干砌砖石或碎石路面的综合径流系数为0.4、非铺砌的土路面的综合径流系数为0.4、绿地的综合径流系数为0.15、透水铺装地面的综合径流系数为0.08-0.45；
根据步骤2中所述所在城市道路汇水面的构成在本步骤数据中确定对应汇水面径流系数α。
步骤4：确定生物滞留设施的蓄水层高度H：
城市道路断面中的生物滞留设施按构造方式可分为简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施，其中，所述简易型生物滞留设施的结构由上至下包括厚度为200-300mm的蓄水层、厚度为50-100mm的覆盖层、以及原土；所述复杂型生物滞留设施结构由上至下包括厚度为200-300mm的蓄水层、厚度为50-100mm的树皮覆盖层、厚度为250-1200mm的换土层、透水土工布或厚度为100mm的砂层、通径为100-150mm的穿孔排水道、厚度为250-300mm的砾石层；由上述可知，所述简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施的蓄水层厚度H均为200-300mm；
步骤5：根据城市道路的一般形式建立数学模型，并代入步骤1-步骤4中的数据，计算得出生物滞留设施宽度c；
城市道路断面的一般形式汇水面的主要构成分别为:总宽度为a的地面，包括人行道；总宽度为b的路面，包括机动车道；以及总宽度为c的下沉式绿地，即为生物滞留设施；
为保证生物滞留设施在暴雨时有足够的蓄水空间收集道路路面雨水，即在生物滞留设施宽度c为最小时，各路面的径流量之和等于生物滞留设施的蓄水量，用如下公式表示：
p·(αa·a+αb·b+αc·c)＝H·c
其中p为该地区的降水量设计值，由步骤1确定；a、b、c为本步骤所确定的汇水面的宽度；αa、αb、αc分别对应a、b、c三种路面的径流系数，根据步骤2所确定的道路断面的形式在步骤3中选取；H为生物滞留设施的蓄水层高度。
则城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值为：
c＝(αb·b+αa·a)/(H/p-αc)
其中p为该地区的降水量设计值，由步骤1确定；a、b为本步骤所确定的两种路面的宽度；αa、αb、αc分别对应a、b、c三种路面的径流系数，根据步骤2所确定的道路断面的形式在步骤3中选取；H为生物滞留设施的蓄水层高度。
进一步的，所述步骤5中，总宽度为a的为透水铺装地面，包括人行道；总宽度为b为混凝土或沥青路面，包括机动车道；以及总宽度为c的下沉式绿地，即为生物滞留设施。
本发明针对山地水文体系的可持续发展，结合当地水文特点及建设水平，以及规划设计范围内的山地地势影响，提出一种量化直接的控制方法，使海绵城市建设要求能最终落实到山地城市具体的道路建设或改造项目设计要点中；应用本发明，对适应山地雨洪灾害的山地城市道路建设的指导性和地方适应性显著提高。
附图说明
图1为本发明一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法实施例1重庆城市道路断面的一般形式示意图。
图2为本发明一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法实施例1重庆城市山地道路断面的一般形式示意图。
图3为本发明一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法实施例1的简易型生物滞留设施典型构造示意图。
图4为本发明一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法实施例1的复杂型生物滞留设施典型构造示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
以重庆为例，一种城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值计算方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1：确定本计算方法所需要的相关数据指标，包括：根据所在城市年径流总量控制率确定所在城市降水量设计值p；
《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》划定了我国大陆地区年径流总量控制率分区，城市年径流总量控制率a对应的设计降雨量值p的确定，则通过统计学方法获得。以重庆为例，依据1983-2012年降雨资料计算，重庆市年径流总量控制率对应的设计降雨量值如下所示，当年径流总量控制率为80％和85％时，对应的设计降雨量为25.5mm和31.9mm，分别对应约0.5年一遇和1年一遇的1小时降雨量。
表1重庆市不同年径流总量控制率对应的设计降雨量
步骤2：确定所在城市道路汇水面的各种构成及其宽度a，单位为m，包括：混凝土或沥青路面的宽度、大块石等铺砌路面的宽度、沥青表面处理的碎石路面的宽度、级配碎石路面的宽度、干砌砖石或碎石路面的宽度、非铺砌的土路面的宽度、透水铺装地面的宽度；
重庆城市道路断面的一般形式如图2，其汇水面的主要构成为(单位m):总宽度为a的透水铺装地面(人行道)、总宽度为b的混凝土或沥青路面(机动车道)以及总宽度为c的下沉式绿地(生物滞留设施)。
步骤3：通过各种汇水面类型径流系数的经验值，按照各类汇水面面积比重加权计算得出各种类型汇水面的综合径流系数α。
道路的综合径流系数α可通过各种地表类型径流系数的经验值(表2)，按照各类地表面积比重加权计算而得。
表2不同类型道路汇水面雨量径流系数表
步骤4：确定生物滞留设施的蓄水层高度H。
城市道路断面中的生物滞留设施通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水，按构造方式可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。简易型和复杂型生物滞留设施典型构造如图2和图3。由图可知，所述简易型生物滞留设施和复杂型生物滞留设施的蓄水层厚度H均为200-300mm；
步骤5：根据城市道路的一般形式建立数学模型，并代入步骤1-步骤4中的数据，计算得出生物滞留设施宽度c；
城市道路断面的一般形式汇水面的主要构成分别为:总宽度为a的地面，包括人行道；总宽度为b的路面，包括机动车道；以及总宽度为c的下沉式绿地，即为生物滞留设施；
为保证生物滞留设施在暴雨时有足够的蓄水空间收集道路路面雨水，即在生物滞留设施宽度c为最小时，各路面的径流量之和等于生物滞留设施的蓄水量，用如下公式表示：
p·(αa·a+αb·b+αc·c)＝H·c
其中p为该地区的降水量设计值，由步骤1确定；a、b、c为本步骤所确定的汇水面的宽度；αa、αb、αc分别对应a、b、c三种路面的径流系数，根据步骤2所确定的道路断面的形式在步骤3中选取；H为生物滞留设施的蓄水层高度。
则城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值为：
c＝(αb·b+αa·a)/(H/p-αc)
其中p为该地区的降水量设计值，由步骤1确定；a、b为本步骤所确定的两种路面的宽度；αa、αb、αc分别对应a、b、c三种路面的径流系数，根据步骤2所确定的道路断面的形式在步骤3中选取；H为生物滞留设施的蓄水层高度。
重庆城市道路断面的一般形式已在步骤2中说明，按80％的年径流总量控制率对应的设计降雨量p＝25.5mm，并依据径流系数表取值：αa＝0.25、αb＝0.8、αc＝0.15，H＝200mm，因此城市道路断面中生物滞留设施最小宽度值为：
c＝0.03250a+0.10399b，(单位m)
在实际情况下，坡度在2％-7％之间的道路，生物滞留带应设计成梯级跌落的形式，适应地形要求，同时生物滞留带宽度同时需根据道路等级确定，主干道为3.5m，次干道、支路为1.5-2m。
本发明针对山地水文体系的可持续发展，结合当地水文特点及建设水平，以及规划设计范围内的山地地势影响，提出一种量化直接的控制方法，使海绵城市建设要求能最终落实到山地城市具体的道路建设或改造项目设计要点中；应用本发明，对适应山地雨洪灾害的山地城市道路建设的指导性和地方适应性显著提高。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
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