摘要：生物滞留设施在我国海绵城市建设中被广泛使用，但在具体应用过程中也存在许多问题。在工程设计中对生物滞留设施概念、设计主要参数，设施运行维护等方面考虑不全面。在分析介绍生物滞留技术、设计方法、植被选择和运行维护的基础上，给出常见生物滞留设施设计主要过程和需关注的环节，为生物滞留设施的设计提供参考。
关键词：海绵城市、生物滞留设施
生物滞留设施是目前流行的径流管理设施，可通过植被及土壤微生物等的共同作用去除雨水径流中的污染物，实现径流水质及水量的控制。但在实际工程应用中存在部分设计问题，如由于对“生物滞留”的认知不足而导致的设计形式、设施结构及应用场所不合理；调蓄容积设计未充分考虑设施的渗透能力、蓄水层植物的影响、排空时间等因素影响；以及缺乏长期运行维护的考虑等问题。不同地区由于在水文气象、土壤地下水物质及面源污染特性方面存在差异，生物滞留设施的植物选择、蓄水深度、填料组成构造和深度等设计也存在不同，本文在介绍常见生物滞留设施的过程中，分析探讨设计中需主要关注的环节。
一、常见生物滞留设施的设计
1、填料
常见生物滞留设施结构层从上到下依次为滞留层、覆盖层、过滤层、过渡层和排水层，其中，滞水层厚度一般为200mm，且滞水层距离周边汇水面保证100mm的超高；覆盖层厚度一般为50mm，敷设材料选用鹅卵石，并在雨水入口处增加消能石，防止冲刷；过滤层厚600mm，；砾石排水层为厚度200mm的5mm~10mm瓜子片，详见图1。
生物滞留系统中填料的组成及配比对系统功能的发挥尤为重要，每个地区土壤类型不同，所选的填料组成及配比也有差异，常见设计中较为推荐使用渗透性能良好、以土壤为基底、含一定有机质的填料混合物。若对去除特定污染物有相关设计要求可在滤料中添加相关处理填料，如添加碳源有助于提高硝氮去除，添加5%粉煤灰可提高除磷效果等。此外，填料的组成对渗透速率有直接的影响，美国环保局要求设施渗透速率至少12.7mm/h，必须严格规范填料，确保其满足设计要求。
2、穿孔管
常见穿孔收集管、溢流管可采用UPVC，PPR，双螺纹渗管或双壁波纹管等材料，沿宽度方向每1.5m设置一根穿孔管，穿孔收集管管径宜为DN100mm，开孔率应控制在1.5%（1%～3%），开孔孔径8mm，坡度大于0.5%，穿孔管大样如图2所示。穿孔排水管接入生物滞留池溢流井，排入周边雨水管网。
图2穿孔管大样
二、调蓄容积计算
生物滞留带有效蓄水深度一般为0.2m，覆盖层孔隙率50%，过滤层厚0.6m，孔隙率为15%，其单位面积调蓄量包括表层蓄水，土壤、砾石空隙蓄水能力及生物滞留设施渗透量。
VS=V－WP。
其中，VS为渗透设施的有效调蓄容积，包括设施顶部和结构内部蓄水空间的容积，m3；V为渗透设施进水量，m3；WP为渗透量，m3。
即：V=VS+WP。
渗透设施渗透量：
WP=K•J•AS•tS。
其中，K为土壤（渗透层）渗透系数，取值100mm/h；J为水力坡降，一般取J=1；AS为有效渗透面积，m2；tS为渗透时间，h，指降雨过程中设施的渗透历时，一般可取2h。
根据生物滞留池大样图进行计算，同时考虑到道路路基等因素对渗透面积及空隙体积的影响，考虑设置渗透面积折减系数0.80，覆盖层、过滤层空隙体积折减系数0.85。
滞留池滞留体积：
VS=滞留层体积+（覆盖层+过渡层）结构内部空隙体积×空隙体积折减系数=200×10－3+50×10－3×1×50%×0.85+600×10－3×1×15%×0.85=0.30m3。
滞留池渗透体积：
WP=100×10－3×1×1×0.80×2=0.16m3。
本次设计雨水滞留设施每平方米可调蓄容积为0.46m3。
生物滞留设施设计中土壤渗透系数是一个重要参数，美国北卡罗来纳州要求种植层土壤最小渗透系数不得低于25.4mm/h，英国《可持续排水系统手册》中规定种植层土壤渗透系数应为100-300mm/h。当原生土壤渗透系数小于12.7mm/h时，则需要考虑换土及埋设底部穿孔排水管等方式来满足渗透要求。
此外，生物滞留设施设计中需注意排空时间的设计，考虑植被耐淹程度及控制蚊蝇，一般排空时间宜为24~48h，若蓄水深度较深需适当下浮。
三、植物选择
1、植物选择原则
1）应根据基地的气候、土壤和水文条件优先选择适生的乡土植物，不应选择入侵物种。
2）应根据绿地雨水设施的主要功能，充分考虑水位、日照、水质、土壤、坡度及周边植被现状等因素，有针对性地选择适应各种环境的观赏植物品种，优先选择耐水湿、抗污染、根系发达的植物。
3）宜选择易栽培、成活率高、抗性强、维护管理简单的植物品种。
4）速生品种和慢生品种相结合，近期效果和远期效果兼顾。
5）应注重植物配置的艺术化处理，选择观赏性强的植物品种，与周边绿地植物相融合。
2、植物配置原则
1）遵循绿地种植设计总体要求，发挥植物生态、景观、游憩等功能。
2）充分尊重场地的原有植被，雨水设施建设不以牺牲绿地率为代价。
3）结合绿地雨水设施内部的微环境进行合理布置，要有利于植物在短期内产生系统功能。
4）应按照生态学原理，通过上层、中层、下层植物品种的合理搭配，逐步形成稳定的植物群落。通过速生树种与慢生树种的搭配、落叶与常绿植物的搭配，增强群落稳定性，构建地带性植物群落。
5）应正确处理植物群落的空间关系。全面考虑植物的观赏效果和季相变化，保证旱季和雨季的景观效果，并与周边环境相协调。
3、植物选择参考
综合植物种类分析，结合当地气候及景观需求，推荐选择以下几种海绵城市设施种植植物：旱伞草、千屈菜、矮蒲苇、风车草、菖蒲、美人蕉、萱草等。
四、维护管理
1）应编制养护管理计划，并按计划认真实施，必须严控植物高度、疏密度，保持适宜的根冠比和水分平衡。
2）应定期对生物滞留设施进水口进行清理，保证周边雨水可以汇入设施；定期清理溢流口，防止溢流口堵塞导致超量雨水无法溢流进入雨水管道，而进入周边绿地或道路。
3）当生物滞留设施边坡出现塌陷应及时修补。
4）覆盖层出现缺失，应及时补充，防止过滤层裸露。
5）生物滞留设施排空时间超过36h时，应及时置换树皮覆盖层或表层种植土。
6）如生物滞留设施出现堵塞可利用检查口对填料进行反冲洗。
五、结语
我国海绵城市建设尚处于起步阶段，生物滞留设施作为绿色设施中应用最广泛的设施之一，在设计过程中要充分理解生物滞留设施的概念，切实结合项目工程的实际条件，因地制宜的进行生物滞留设施的设计。根据需求选择填料、种植层需满足一定的渗透系数要求，设计合理的排时间要求。优先选择易于养护的本土植物，合理制定生物滞留设施运行维护制度，保障其正常功能的发挥。
参考文献：
[1]王云才.景观生态规划原理[M].北京：中国建筑工业出版社，2007：192～212.
[2]高晓丽，张书函，肖娟，等.雨水生物滞留设施中填料的研究进展[J].中国给水排水，2015，（20）：17-21.
[3]王建军，李田.雨水花园设计要点及其在上海市的应用探讨[J].环境科学与技术，2013，（07）：164-167.
[4]梁小光，魏忠庆，上官海东，喻良.海绵城市建设中生物滞留设施排空时间研究[J].给水排水，2018，（11）：26-30.
[5]杜晓丽，韩强，于振亚，等.海绵城市建设中生物滞留设施应用的若干问题分析[J].给水排水，2017，（01）：54-58.
[6]王宁.基于海绵城市理念的城市道路设计方案探讨[J].给水排水，2016，（11）：27-31.
论文作者:王腾旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/30
标签：设施论文; 生物论文; 植物论文; 填料论文; 土壤论文; 雨水论文; 系数论文; 《基层建设》2019年第4期论文;