表流湿地计算案例

1 基础资料

拟在昆山某地建设一处河滨表面流人工湿地处理附近城市道路路面雨水径流，道路长度为2km，汇水面积为8ha，路面雨水径流经由雨水管网输送至湿地处理系统，雨水管网设计标准为100年一遇，要求湿地建成后该段道路年径流总量控制率达到80%。

2 参数计算

2.1设计流量

一般降雨事件径流量Q1：降雨重现期P取10年，降雨历时t取15min。

径流系数α根据下表取得0.9。

极端降雨事件径流量Q2：降雨重现期P取100年，降雨历时t取10min。

径流系数α取得0.9，

2.2进水区设计

进水区设计包括沉淀池尺寸确定、沉淀池入口设计、沉淀池出口设计、植物选配。其中，沉淀池出口设计包括沉淀池至湿地处理区出口设计和沉淀池至溢洪道出口设计。

进水区主要结构如图1。

(1)沉淀池入口：

沉淀池入口设置100mm粒径砾石消能。入口示意图如图2所示。

(2)沉淀池尺寸：

沉淀池面积A：

沉淀池深度H取2m。

沉淀池最小长度Lmin：

Lmin=2.55m明显不满足沉淀池长宽比应不小于4的要求，结合场地实际情况，沉淀池长宽比取5:1，即沉淀池实际长度B定为34m，实际宽度B定为7m，深度H为2m。

(3)沉淀池出口（至湿地处理区）：

沉淀池出口（至湿地处理区）采用混凝土溢流坑，置于沉淀池末端，溢流坑上设置格栅。

溢流坑周长P：

溢流坑表面积：

综上，溢流坑选用圆形混凝土溢流井，直径为6.2m。

排水管出口设计在湿地处理区水面以下，进出水口高度差h取0.6m，由式3-6可得，

排水管断面面积

因此选取DN1200混凝土管。

(4)沉淀池出口（至溢洪道）：

溢流堰周长L：

结合沉淀池实际尺寸，溢流堰采取增设出水支渠的方式设置于沉淀池最末端，具体样式及实际尺寸如下图所示，溢流堰顶高度高出湿地处理区正常水位0.6m。

2.3湿地处理区设计

(1)处理区尺寸：

对于表面流人工湿地，湿地处理区面积可采用汇水区面积百分比法（WWAR）确定。根据各污染物目标去除率，按表2可查得湿地处理区与集水区面积比R，一般取0.5％~5％。

由于高速公路路面雨水径流较高的的污染程度以及路面较高的不透水性，湿地面积与汇水区面积比取5%，汇水区面积为8ha，因此湿地处理区面积a=

a=Rx×A =80000×5%=4000m2。湿地处理区进水采用单点进水，长宽比取6:1，则湿地处理区尺寸为155m×26m。

(2)处理区水深设计：

湿地处理区水深设计包括正常水深设计和调蓄水深计算。

正常水深：

正常水深设计见下表，具体如图4所示。

调蓄水深：

根据年径流总量控制率85%的要求，查得设计降雨量为27.5mm，则处理区储存容积V=10HφF=10*27.5*0.9*8=1980m3，则调蓄水深至少应为

V/a=1980/4000=0.495m，因此湿地调蓄水深取0.5m。

(3)湿地植物选择：

不同沼泽区植物类型及栽植密度见下表：

(4)湿地出水口设计：

a.竖管出口设计：

湿地水力停留时间取72h，最大滞留深度为0.5m。

竖管分4层布置，分别高于湿地正常水深0m、0.125m、0.25m、0.375m。分别计算各层所需孔口面积，以最底层孔口为例，当滞留深度为0.12m时，湿地滞留体积

V=4000×0.125=500m3，

为达到72h的水力停留时间，所需流量

Q=500×1000/（72×3600）=1.93L/s

则最底层孔口所需孔口面积

可采用2个孔口设计，单个孔口直径取38mm，实际面积为0.002036m2，实际流量为1.96L/s，实际水力停留时间为

T=500/（1.96×3.6）=70.86h。

对于其余三层孔口布置，列下表进行计算：

竖管孔口具体布置如下表：

b．放空管设计：

根据曼宁公式，

其中，设计流量Q采用湿地放空管12小时排出湿地处理区内水的平均流量，

（湿地平均水深取0.5m），计算可得，放空管半径r≈340mm，实际选取DN800混凝土管。

c．出水排水管设计

湿地出水排水管设计流量取湿地出水最大流量与放空管流量中的最大值，因此，本案例中，出水排水管同样选取DN800混凝土管。

湿地处理区出水口实际样式及尺寸如下图所示。

2.4溢洪道设计

溢洪道设计具体方法参考植草沟设计方法，设计流量取极端降雨事件径流量Q=4.26 m3/s。

3 设计校核

Qmax=7.72L/s=0.00772m3，最小横截面积A=8.3×0.1=0.83m2（横截面深度取浅沼泽区深度，取0.1m）。

满足要求。