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生物滞留池设计示例

1 基础资料
现计划在某城市道路边设计一个矩形生物滞留池。该滞留池对应的汇水区域包括200 m2的沥青道路、240 m2的建筑和160m2的绿地；道路长20m、宽10m，绿地长20m且与道路相邻，建筑和道路之间相隔约3m，如下图所示。

图1 汇水区域现状示意
2 参数计算
拟定各污染物目标去除率分别为：TSS去除80 %、TP去除60 %、TN去除45 %。按下表，取得R最大值为1.8 %，由此根据下式可求得生物滞留池至少应达到的规模：
a=1.8%×600=11m2
表1 各污染物目标去除率与R对应关系

根据场地实际条件，确定生物滞留池长为5.5m、宽为2m，位于建筑和道路之间，如下图所示。

图2 生物滞留池平面位置示意
1）综合径流系数
根据下表2和汇水区不同下垫面性质加权平均可得汇水区综合径流系数α=0.76。
表2 不同下垫面的径流系数

2）设计流量
设计流量和校核流量的计算分别取重现期为2年和50年的降雨，降雨历时分别取15 min和13 min。不同重现期下暴雨强度如下：

设计流量计算如下： 

式中Q—设计流量（m3/s）；
α—综合径流系数；
i—暴雨强度（mm/min）；
A—集水区总面积（m2）。
3）开口路缘石宽度
本生物滞留池拟采用路缘石开口单点进水的形式，开口位于生物滞留池与道路相邻的长边与短边相交处。
通过Q=Cw*L*h2/3可求得L，L即为路缘石开口宽度。Cw为堰流系数取1.7，h是流量为Q2时的水深取0.05m，则

4）防冲刷保护措施
本生物滞留池采用集中进水形式，须设计防冲刷保护措施。应在集中进水口布置石块，降低流速并分散水流，如下图所示。

图3 石块布置示意
预处理池位于进水口与生物滞留池之间，旨在去除粒径大于1mm的颗粒，并暂时储存。预处理池尺寸计算如下。
预处理池体积：VS=AC*R*LO*FC=0.06*0.8*1.6*2=0.1536m³
式中VS——预处理区体积（m3）；
AC——汇水区面积（ha）；
R——截留效率（设定为80%）；
LO——沉淀负荷率（1.6m3/ha/年）；
FC——清理频率（年）。
预处理池面积：As=Vs÷Ds=0.1536÷（0.3+0.2）=0.3072㎡。
式中Ds——预处理池深度（m）
截留效率可通过下式校核（针对粒径大于1mm的粒子）： 

式中vs——截留沉速（100mm/s）；
Q/A——流量除以预处理区面积；
n——湍流系数（0.5）。
过滤层表面滞蓄水深为200mm。
过滤层厚度600mm，滤料渗透系数为100mm/h；填料为细砂，有机质含量3%、外掺营养土，pH为中性。
过渡层厚度100mm，填料为粗砂，其粒径和过滤层填料为一个数量级。
排水层厚度200mm，填料为碎石，粒径平均为5mm。排水层朝向溢流井有0.5%的坡降。
此生物滞留池为直立壁形式，在其下底和四周设置防水土工布。

图4 生物滞留池竖向深度设计
2.5 排水系统设计
1）穿孔排水管
参考穿孔排水管产品规格，拟定此生物滞留池穿孔排水盲管管径100mm、小孔孔口尺寸1.5mm*7.5mm、开孔面积2010mm2/m；在池底中间布置一根穿孔排水盲管。
需保证穿孔排水管最大过流能力Qperf大于生物滞留池最大过滤流量Qmax。
生物滞留池最大过滤流量：

       式中Qmax——最大过滤流量（m3/s）；
       K sat——渗透系数（m/s）；
       W base——底宽（m）；
       h max——生物池表面滞蓄水深（m）；
       d——过滤层深度（m）。
穿孔排水管最大过流流量： 

  式中Qperf——穿孔排水管流量（m3/s）；
       B——堵塞系数（取0.5）；
       Cd——孔口出流系数（0.6）；
       A——孔口总面积（000105m2）；
       g——重力加速度（9.80m/s2）；
       h——管道上方最大水深（m）。
Q perf>Q max,穿孔排水管满足要求。
2）溢流井（管）
利用宽顶堰公式和孔口出流公式分别确定溢流井的堰长和宽度。
宽顶堰公式：

得L=0.45m，则溢流井（管）尺寸为120mm*120mm。
孔口出流公式: 

得A=0.3m2，则溢流井（管）尺寸为175mm*175mm。
比较二者，选取175mm*175mm为溢流井最小尺寸。
考虑将生物滞留池溢流井作为道路雨水篦子，选择300mm*500mm的溢流井。
选择麦冬、黄菖蒲等地被植物，覆盖生物滞留池表面；选择红叶石楠、龟甲冬青等灌木，种植密度1株/m2，不种植乔木。
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