城市道路路面雨水收集與利用系統設計

于 宵

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司道路橋梁設計研究院，上海 200092）

0 引言

隨著城市化的進一步加速，城市缺水的矛盾也進一步加深，環境與生態問題也同步擴展。我國是一個非常缺水的國家，目前人均水資源的占有率僅是全球人均水資源占有率的1/4。我國有三百多個城市屬于缺水城市。由于城市化的迅速發展，道路、建筑群等不透水面積的擴大。這一方面使得雨水不能再入滲地下補充地下水，加上地下水的嚴重超采，使得城市周圍的水環境和生態環境惡化；另一方面大雨時，徑流迅速匯集造成地面積水和城市局部洪災。

為了解決缺水、環境、生態等一連串的矛盾，人們開始把注意力放到雨水的收集和利用上。自上世紀70年代起，世界各國開始注重城市雨水利用技術的開發和應用。為充分收集利用雨水資源，實現雨水資源化、涵養地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統壓力、改善和修復城市水環境，城市建設工程項目配套建設雨水收集利用設施，雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環境用水、補充河道景觀水等。降雨后自然產生徑流，只要修建一些簡單的雨水收集和蓄存工程，就可將雨水資源化，用于城市清潔、綠地灌溉、維持城市水景等。

目前城市雨水利用收集技術主要有三種：屋頂雨水收集、城市路面雨水利用和城市綠地、花壇和園林雨水集蓄。城市道路路面、廣場和停車場等都是良好的雨水收集方式。

其中，城市道路路面雨水收集是成本低、實施便利、見效快的一種方式。作為基礎設施建設的城市市政道路，面積一般占城市規劃面積的15%～25%，且道路兩側一般都存在有作為道路附屬設施的綠化帶，或者道路紅線兩側有規劃的城市綠帶。目前一般這些綠帶的灌溉方式均使用中水，而道路路面的雨水沿雨水口進入排水系統，最終排入周邊水體。收集道路路面雨水，先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網路，對綠帶進行灌溉可以達到雨水過濾、綠化灌溉、綠化儲水的三大功能，而當收水口集滿雨水后會溢流至側面雨水井實現排水的功能。因此一個簡便有效的城市道路雨水收集與利用系統，將能對雨水進行有效利用，特別對于缺水的地區，不僅效益是十分明顯的，而且對治理和保護環境、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統壓力均具有重要的意義。

1 國內外利用雨水資源的狀況及發展趨勢

現代城市雨水利用是一種新型的多目標綜合性技術，其技術應用有著廣泛而深遠的意義。此項課題為城市道路雨水利用，作為城市雨水收集利用的一個分支，對雨水的回收利用起著十分重要的作用?？蓪崿F節水、水資源涵養與保護、控制城市水土流失和水澇、減輕城市排水和處理系統的負荷、減少水污染和改善城市生態環境等目標。

城市雨水利用是解決城市水資源短缺、減少城市洪災和改善城市環境的有效途徑。將雨水利用與雨水徑流污染控制、城市防洪、生態環境的改善相結合，堅持技術和非技術措施并重，有利于城市的可持續發展。

上世紀80年代開始，世界各國就開始探索雨水資源化。德國是歐洲開展此項工程最好的國家之一。目前德國的雨水利用技術已經進入標準化、產業化階段，市場上已經大量存在收集、過濾、儲存、滲透雨水的產品。德國的城市雨水利用方式主要有三種：一是屋面雨水積蓄系統。二是雨水截污與滲透系統。道路雨水通過下水道排入大型蓄水池或通過滲透補充地下水。三是生態小區雨水利用系統，即通過滲透淺溝，供雨水徑流流過時下滲。

日本利用雨水貯留滲透的場所一般為公園、停車場、建筑物、道路等。采用的滲透設施有滲透池、滲透管、滲透井等。

我國城市雨水利用起步較晚，目前主要在一些缺水地區有一些小型、局部的非標準性應用。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段，但已經顯現出良好發展趨勢。北京、上海、大連、哈爾濱、西安、昆明等許多城市相繼開展研究。

與農村雨水的收集與利用工程不同，城市雨水的利用不是狹義的利用雨水資源和節約用水，它還包括減緩城區雨水洪澇和地下水位的下降、控制雨水徑流污染、改善城市生態環境等廣泛意義。因此，城市雨水利用是一種多目標的綜合性技術。目前應用的技術可分為以下幾大類：分散住宅的雨水收集利用中水系統；建筑群或小區集中式雨水收集利用中水系統；分散式雨水滲透系統；集中式雨水滲透系統；屋頂花園雨水利用系統；生態小區雨水綜合利用系統等。

2 類似系統存在的不足

由于城市道路路面雨水的收集與利用，存在便利高效等優點，在一些類似項目里已經逐漸開始采用。但在目前的實施過程中，發現諸多不足。圖1為某城市中采用的地表盲溝雨水系統。圖2為在立緣石外側設置30 cm的碎石盲溝，盲溝沿道路平行設置，盲溝和綠化帶之間用立緣石阻隔。雨水井與盲溝連接，雨水通過立緣石中間的孔洞平行進入到碎石盲溝中。

圖1 盲溝與雨水井實景

圖2 立緣石實景

上述的系統，目的也是利用盲溝將雨水進行綠化灌溉，多余的雨水通過雨水井進入到排水系統。但通過工程實施及運營的效果，存在以下幾個不足：

（1）地表盲溝裸露在地面，景觀效果非常差，而且占用了有限的綠化帶，影響到了綠化景觀；

（2）盲溝裸露在地表，且沒有土工織物進行過濾，臟物會在盲溝中羈留，影響盲溝的灌溉效果，而盲溝和雨水井之間也會因為污泥等臟物而擁堵；

（3）全線街沿石打孔，施工難度大，對目前市面上常見的立緣石改觀較大，難以批量生產。而且就性能而言，容易導致排水孔淤積，排水不暢；

（4）由于盲溝完全按照道路縱坡布置，因此在縱坡大的路段，會造成縱向匯水大于橫向，導致匯水集中于部分路段，而水平向的盲溝難以充分集水，最終導致灌溉不均勻。

為解決以上的不足，提出了本文中的城市道路路面雨水收集與利用系統。

3 城市道路路面雨水收集

3.1 設計目的及現實價值

我國有多個水資源嚴重短缺的城市，將雨水收集起來再利用是發展循環經濟，治理和保護河湖，實現水資源持續利用的一項重要措施。隨著城市建設的發展和城市規模的擴大，大量的硬化地面減弱了雨水的滲透，雨季降雨量大時容易形成洪峰，導致城市部分區域淹水，同時城市綠化面積的增加也使水資源短缺形勢嚴竣。按照目前市價，城市綠化用水的價格是每噸約3.8元，而雨水收集處理設施僅只是建設工程和設施的投入，雨水收集后經過簡單的過濾處理就可直接用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環境用水和回灌地下水、補充河道景觀水等，每噸至少可節約3元左右，不僅效益是十分明顯的，而且對治理和保護河湖、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統壓力均具有重要的意義。

3.2 可行性分析

本文中所提出的系統，除盲溝與收水口以外，還包括雨水箅子、路緣石、雨水井。均不需要另外特殊設計，只需要在標準的設計基礎之上加以巧妙的組合后就可達到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造價合理。

3.3 設計說明

3.3.1 系統運作機理（見圖3）

圖3 流程示意圖

雨水通過道路橫波匯流至雨水箅子，流入收水口后過濾進入地下盲溝網路，盲溝對綠化土壤實現滲流灌溉，盲溝網路儲水能力飽和后，多余雨水從溢水口溢流至道路雨水管網排放，從而達到雨水與綠化用水之間的轉化利用，形成雨水資源化利用的生態道路，以達到道路綠化面積最大化、呼吸面積最大化、雨水最大限度截留的目的。

3.3.2 整體設計

該系統主要由兩個部分組成：集水系統，以及轉輸、灌溉、儲水系統。其中集水系統主要由落水篦子和集水井構成，灌溉儲水系統由盲溝網絡構成。

落水篦子沿道路平緣石，每隔25～35 m左右設置一個。落水篦子與形成棋盤狀的碎石盲溝網絡橫向連接。雨水通過落水篦子進行盲溝系統。而在落水篦子下游，立緣石內側，設置雨水井，兩者之間通過溢水口相連接，見圖4～圖6所示。

圖4 雨水收集與利用系統平面布置示意圖

圖5 剖面示意圖

圖6 整體效果圖

3.3.3 詳細設計

3.3.3.1 路緣石及落水箅子

該系統中的路緣石與落水篦子外觀與普通雨水篦子無異。落水篦子處的平緣石可活動，以方便清理收水口里日久累計的從機動車道上隨雨水流入的泥土及垃圾。

路緣石也使用普通路緣石，無需特制，經濟且外形較為美觀。機動車道雨水可隨道路橫坡較為順暢地通過雨水口進入碎石盲溝網路，車道不易積水，見圖7所示。

圖7 路緣石及落水篦子示意圖（單位：cm）

3.3.3.2 濾網及集水井

城市道路路面上存在諸多臟物，主要有：瀝青混凝土路面上的石油殘留物、機動車輪胎橡膠粉末，以及灰塵、雜質及汽油、柴油、機油殘留物等。該系統中考慮了把這些臟物進行過濾。

雨水篦子連接集水井，集水井上方設過濾網。雨水經過過濾網過濾臟物后，通過集水井盲溝進入轉輸、灌溉及儲水系統。過濾網可更換，集水井可清洗，以保持進入灌溉系統的雨水干凈，見圖8所示。

圖8 濾網及集水井示意圖

3.3.3.3 雨水井及溢水口

機動車道雨水收集匯流至收水口后滲入盲溝網絡，盲溝網絡含水飽和后，收水口內水位逐漸上升，當水位高于溢水口高度后流入雨水井排入市政雨水管道。該系統中的雨水井與常規的雨水井無異。但在集水井與雨水井之間設置溢流檻。溢流檻為倒三角形，當雨量過大、水位過高時，通過溢流檻進入雨水井及排水管道，而倒三角形溢流檻的設置，可以將贓物留在集水井中，不進入雨水井，見圖9所示。

圖9 雨水井及溢水口示意圖（單位：cm）

3.3.3.4 盲溝網絡

一個雨水收集系統包含一套完全水平的地下盲溝網絡，各個盲溝網絡相互獨立，分別接一個收水口和一個雨水井（見圖10）。水平的盲溝網絡可以保證水通過盲溝內的透水管自由流動，從而均勻地灌溉盲溝所覆蓋的綠化土壤。

圖10 盲溝網絡示意圖

該盲溝由碎石組成，內含能透水的軟管，能夠保證雨水在盲溝系統中的快速轉輸（見圖11）。碎石盲溝外側包裹土工布。在盲溝與路面結構之間采用C15混凝土隔水墻，防止雨水反滲進入機動車道路面結構。

圖11 碎石盲溝及透水軟管示意圖

盲溝采用分段設置，每段盲溝為獨立水平盲溝網絡，確保每個獨立網絡處于同一標高，避免因為水往低處流導致灌溉不均勻。

4 應用實例

該城市道路路面雨水收集與利用系統由于設計簡單，生產便利，效果顯著，已經在昆明市呈七公路改擴建工程中得到應用。

呈七路是呈貢綠色產業基地中的主要道路，是呈貢新城其他片區進出呈貢綠色產業基地的必經之路（見圖12）。呈七路定位為城市Ⅱ級主干路，設計車速50 km/h，紅線寬度60 m，雙向6車道外加非機動車道與人行道，全長約8.6 km。呈七公路改擴建工程的重要性不僅體現在作為一條必不可少的城市主干路所具有的交通功能。呈七路橫斷面總寬度60 m。其中中央分隔綠化帶寬12 m，兩側機非分隔綠化帶各寬5.25 m，兩側人行道綠化帶各寬2.5 m。即便不計道路兩側植草護坡，紅線范圍內的道路綠化覆蓋率也接近50%。

圖12 呈七路效果圖

5 小結

該系統設計的目的主要是通過對道路橫斷面的布置的調整，增設雨水收集設施，將道路路面的雨水先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網絡，達到雨水過濾、綠化灌溉、綠化儲水的三大功能。收水口集滿雨水后會溢流至側面雨水井實現排水的功能。為充分收集利用雨水資源，實現雨水資源化、涵養地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統壓力、改善和修復城市水環境，城市道路建設工程項目有必要配套建設雨水收集利用設施。雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環境用水、補充河道景觀水等。

該城市道路路面雨水收集與利用系統具有極大的應用價值。

（1）高效利用雨水。通過對對道路橫斷面的布置的調整，增設雨水收集設施，將道路路面的雨水先通過道路雨水收水口進入地下盲溝網絡，達到雨水過濾、綠化灌溉、綠化儲水的三大功能。

（2）適用于各種縱坡和斷面的道路。由于盲溝采用分段設置，每段盲溝為獨立水平盲溝網絡，確保每個獨立網絡處于同一標高，避免因為水往低處流導致灌溉不均勻，因此適用于各種縱坡的道路，特別是縱坡較大的山區道路。

（3）景觀效果好。由于盲溝網絡在地下，外觀上只見到常規的落水篦子，不影響景觀效果。

（4）施工便利，造價合理。該系統中的構造均不需要另外特殊設計，只需要在標準的設計基礎之上加以巧妙的組合后就可達到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造價合理。

[1]CJJ37-2012，城市道路工程設計規范[S].

[2]DGJ08-2106-2012/J12100-2012,城市道路設計規程[S].

[3]GB50332-2002，給水排水工程管道結構設計規范[S].

[4]GB50069-2002，給水排水工程構筑物結構設計規范[S].

[5]呈七路道路改建工程工程可行性研究報告[R].

[6]張玉婷，劉雪松.利用雨水收集回用系統實現城市小區雨水資源化[J].南水北調與水利科技，2009，（3）.

[7]昆明城市雨水收集利用規定[Z].

[8]葫蘆島市城市道路雨水收集利用系統可行性研究報告[R].