城市綠色道路徑流雨水控制利用與設(shè)計(jì)

朱 敏，黨清平

(1.中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院深圳分院，廣東深圳518003；2.深圳市市政工程咨詢中心有限公司，廣東深圳518028)

隨著城市化的進(jìn)程，郊區(qū)、農(nóng)村、山林逐漸被城區(qū)、道路取代，人類的建設(shè)改變了地表原始地形和天然的排水流域，大部分降水無法滲入地面進(jìn)行自然水循環(huán)，而是漫流進(jìn)入道路雨水管渠排直接排入江河水體，這樣無疑加大了徑流量，縮短了匯流時(shí)間，最終增大了雨洪流量和洪峰峰值，導(dǎo)致城市水患加劇，內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)。道路作為城市重要組成部分，其下埋設(shè)的雨水系統(tǒng)對(duì)雨、洪排放至關(guān)重要。采用低沖擊模式建設(shè)綠色城市道路，雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循自然水循環(huán)規(guī)律，還原降水分配，合理規(guī)劃降水過程中下滲、滯留以及回用的雨水量，實(shí)現(xiàn)雨水的下滲、收集、回用以及排放等過程的控制，有效減少因暴雨而引發(fā)的洪澇災(zāi)害，同時(shí)開辟水資源利用的新途徑。

1 城市綠色道路徑流控制目標(biāo)

一個(gè)自然植被覆蓋的林區(qū)，雨水下滲量、蒸發(fā)量和地表徑流量分別約占降雨總量的50 %、40 %、10 %；而城市化后硬地比例大大增加，以商業(yè)區(qū)為例，不透水地面的比例高達(dá)60 %～90 %，雨水下滲量和蒸發(fā)量迅速下降為降雨總量的5 %和20 %左右，地表徑流量則增加至降雨總量的75 %，增大了雨水管渠的負(fù)擔(dān)。城市綠色道路是以低沖擊開發(fā)為目標(biāo)，使建成區(qū)域內(nèi)的雨水徑流量、地面污染物排放量基本維持在開發(fā)前水平，對(duì)周邊環(huán)境幾乎無影響或者有較小影響，具體要求是規(guī)劃控制徑流雨水，增大其下滲量和回用率，使其接近開發(fā)前的狀態(tài)，從而減少地面徑流。深圳市規(guī)定采用低沖擊開發(fā)的道路雨量徑流系數(shù)不大于0.40。

2 道路徑流雨水水質(zhì)分析及利用性

城市市政道路主要由車道、人行道和綠地組成，除了路面雨水，雨水系統(tǒng)還接收附近地塊的徑流雨水。徑流雨水水質(zhì)與地理環(huán)境、周邊地塊性質(zhì)、道路等級(jí)、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)有密不可分的關(guān)系。降雨初期雨水由于面源污染，水質(zhì)較差，根據(jù)交通量和地塊屬性初雨水質(zhì)有以下四類。

I類：以綠地為主道路初雨SS在100 mg/L以下，COD小于100 mg/L；

II類：輕交通量道路、居住小區(qū)道路初雨SS在100～400 mg/L之間，COD在100～400 mg/L之間；

III類：中交通量道路、公共建筑、商業(yè)區(qū)道路初雨SS在500～1 000 mg/L之間，COD在400～800 mg/L之間；

IV類：重交通量道路初雨SS大于1 000 mg/L，COD大于800 mg/L。

可見初雨水質(zhì)指標(biāo)遠(yuǎn)超再生水回用指標(biāo)，如作為回用系統(tǒng)的源水利用則需進(jìn)行處理，其處理流程復(fù)雜、投資回報(bào)和利用性較低，故一般棄流初雨；隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，部分地區(qū)收集初雨后排入污水系統(tǒng)或簡(jiǎn)單處理后排入附近水體。在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，地面棄流可按照3～5 mm徑流厚度計(jì)[1]。

I、II、III類區(qū)域棄流后的雨水較為清潔，可作為回用系統(tǒng)源水，經(jīng)過沉淀、過濾和消毒等工藝后回用。

IV類區(qū)域路面污染較為嚴(yán)重，建議其地面徑流不作為回收系統(tǒng)源水用。

3 道路雨水控制利用系統(tǒng)概述

綠色道路雨水工程設(shè)計(jì)包括雨水水質(zhì)分析，確定雨水分流形式、用途和排放途徑，并進(jìn)行相應(yīng)的收集、調(diào)蓄、處理、回用和排放等系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

道路雨水控制利用示意圖詳見圖1。

4 綠色道路低沖擊開發(fā)設(shè)計(jì)

以深圳市某道路設(shè)計(jì)為例，該路利用下凹綠地、透水路面以及雨水收集回用系統(tǒng)，達(dá)到分流雨水、控制路面徑流、緩解暴雨對(duì)雨水收集管路和排放水體的沖擊。

4.1 雨水水質(zhì)分析

道路位于深圳東北部，地處規(guī)劃商住混合區(qū)，由于無實(shí)測(cè)徑流水質(zhì)資料，故參考II類輕交通量道路初雨指標(biāo)和澳門類似道路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。表1中數(shù)據(jù)分別為澳門商住混合區(qū)地面徑流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、地表水V類標(biāo)準(zhǔn)、城鎮(zhèn)雜用水(城市綠化)和景觀環(huán)境用水的再生水水質(zhì)(河道類)的相關(guān)指標(biāo)。

圖1 道路雨水控制利用示意

由表1可以看出，商住混合區(qū)地面徑流水CODMn和TSS平均值為67.97 mg/L和119.3 mg/L，超過地表V類水、綠化和觀賞性景觀水標(biāo)準(zhǔn)；TP的平均值超過V類和觀賞性景觀水指標(biāo)；TN的平均值在綠化和觀賞性景觀水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，但是超過V類水體標(biāo)準(zhǔn)；Cu、Zn、Pb均滿足V類水體要求。如果考慮棄流初雨僅收集較潔凈雨水，后期地面徑流指標(biāo)會(huì)優(yōu)于以上數(shù)據(jù)。故設(shè)計(jì)棄流徑流厚度不低于5 mm，棄流后的雨水進(jìn)入收集系統(tǒng)。

4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2.1 設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和暴雨強(qiáng)度公式

根據(jù)該道路所處地區(qū)性質(zhì)、地形和氣候特征，雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用2年，暴雨強(qiáng)度公式為：

表1 澳門商住混合區(qū)、公園綠地地面徑流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)

注：( )內(nèi)數(shù)字為平均值。

q=1455.259/(t+4.097)0.518[(L/(s·hm2)]

式中：t為降雨歷時(shí)(min)t=t1+mt2。

t1為地面集雨時(shí)間(min)，街坊取t1=8～12 min;m為折減系數(shù)，當(dāng)?shù)孛嫫露?0.002時(shí),取m=2；當(dāng)?shù)孛嫫露仍?.002～0.005之間時(shí),取m=1.5；當(dāng)?shù)孛嫫露?0.005時(shí),取m=1。

t2為管內(nèi)流行時(shí)間(min)。

4.2.2 滲透系數(shù)

雨水入滲系數(shù)的土壤滲透系數(shù)宜為10-6～10-3m/s[1]。針對(duì)深圳市，25℃時(shí)，綠地表層土壤滲透系數(shù)約1.2×10-5m/s[3]。

該項(xiàng)目道路地下水埋深大于1.0 m，滿足雨水滲透的水文地質(zhì)要求。

4.2.3 綜合徑流系數(shù)

根據(jù)規(guī)范，車行道路面徑流系數(shù)為0.85～0.90，人行道徑流系數(shù)為0.50～0.60。設(shè)計(jì)引入低沖擊建設(shè)綠色道路理念，綜合徑流系數(shù)目標(biāo)為0.4。徑流系數(shù)采用加權(quán)平均法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2。

表2 道路面積與綜合徑流系數(shù)計(jì)算表

注：道路總寬36 m，以100 m道路計(jì)。

4.3 工程方案設(shè)計(jì)

4.3.1 下凹式綠地

下凹式綠地是一種滲透貯存設(shè)施，在一定程度上可彌補(bǔ)降水和滲透的不均衡，減少硬化地面的外排水量，分流雨水，同時(shí)可減緩徑流洪峰，起到調(diào)蓄作用。

常規(guī)道路綠地高出車行道0.15 m，地面徑流雨水通過設(shè)置在車行道道牙處雨水口收集，如圖2，這樣車行道的雨水全部進(jìn)入雨水管道，給管路系統(tǒng)帶來不小的沖擊。

圖2 常規(guī)道路橫斷面布置

綜合植物截流、土壤蓄水、植被耐淹性等因素考慮，將綠地標(biāo)高降低0.15 m，形成下凹綠地。雨水由設(shè)置在綠地內(nèi)或車行道和綠地交接處的溢流雨水口收集，雨水口頂冒出綠地0.05 m，低于車行道和人行道0.10 m，具體高程詳見圖3。經(jīng)過綠地下凹設(shè)計(jì)，第一，使非綠地鋪裝表面產(chǎn)生的初雨匯入下凹綠地，通過土壤的過濾截再滲進(jìn)入地下水循環(huán)系統(tǒng)，起到了棄流及凈化的作用；第二，由于雨水口高出綠地約0.05 m，大到暴雨時(shí)可起到調(diào)蓄作用；第三，雨水口收集的上層較潔凈的雨水便于后續(xù)回收利用。

圖3 綠色道路橫斷面布置

4.3.2 人行道透水路面設(shè)計(jì)

人行道采用透水磚和透水基礎(chǔ)。透水磚是以無機(jī)非金屬材料為主要原料，經(jīng)過成型工藝處理后制成的，具有較強(qiáng)透水性能，規(guī)范規(guī)定透水系數(shù)≥0.3 mm/s(一等品)；保水系數(shù)≥1.0 g/cm2[4]。透水磚下滲系數(shù)大于0.07 m/s時(shí)可保證2年重現(xiàn)期暴雨初期雨水全部下滲。設(shè)計(jì)采用透水系數(shù)≥0.5 mm/s高性能透水磚。為了便于雨水滯留，人行道設(shè)計(jì)坡度不大于2 %。

透水路面除了有滲透雨水降低徑流的作用，還有過濾污染物的作用。人行道設(shè)置透水鋪裝地磚和透水基礎(chǔ)，可以去除SS 50 %～70 %，COD 30 %～53 %。

4.3.3 雨水管道收集系統(tǒng)

收集系統(tǒng)由雨水口和雨水管道組成。為防治樹葉、垃圾和較大懸浮固體等污染物進(jìn)入，在雨水箅子下設(shè)置截污掛籃。在雨水管道間隔約150 m左右設(shè)置雨水沉泥井，并定期人工清理，保證雨水收集系統(tǒng)不被阻塞。

由于本道路路幅限制，無富裕地面設(shè)置調(diào)蓄和處理系統(tǒng)，所以將雨水輸送至下游2 km外空地統(tǒng)一處理。

經(jīng)過低沖擊設(shè)計(jì)，徑流雨水量減少約22 %，減小了下游雨水管道直徑，節(jié)約了投資。另外，遠(yuǎn)期的雨水回用后，還可以提供該區(qū)域的綠化用水，社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4.3.4 路基處理

路基是道路的重要組成部分。為避免雨水浸入路基及路面結(jié)構(gòu)層，造成道路整體強(qiáng)度下降，影響道路使用壽命，在分隔帶兩側(cè)與路基相接處，采取防水處理措施，阻止雨水浸入道路路基范圍，使多余的雨水通過溢流雨水口進(jìn)入雨水管道系統(tǒng)，保證路基的整體穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

綠色道路雨水控制利用應(yīng)以低沖擊開發(fā)為核心，保證區(qū)域水文狀態(tài)和雨水徑流量與開發(fā)前的狀態(tài)基本一致。

下凹綠地和透水路面作為道路的主要組成部分，具有滲水的功能，在實(shí)際工程中具有一定的可實(shí)施性。

隨著雨水綜合利用技術(shù)的不斷發(fā)展，城市綠色道路徑流雨水回收利用越來越得到人們的重視，勢(shì)必會(huì)得到大范圍的推廣運(yùn)用，在綠色、低碳概念逐漸深入人心的今天，具有十分積極的意義。

[1] GB 50400-2006建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范[S]

[2] 黃金良.澳門城市暴雨徑流污染特性研究[J].中國(guó)給水給水排水，2006,22(9):62-67

[3] 史正軍.深圳城市綠地土壤質(zhì)量狀況研究[J].園林科技，2006，25(1)：20-24

[4] DBJ 13-104-2008透水磚路面(地面)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程[S]