城市道路雨水收集就地利用系統研究

郭巧玲++馬志華++楊云松

摘要：針對道路雨水收集利用具有成本低、實施便利、見效快的特點，設計了一種可按道路兩側綠化帶植物墑情灌溉的道路雨水就地自動利用系統。該系統由雨水收集凈化系統、自動控制系統、雨水自動灌溉系統3部分組成，可有效地解決目前城市內澇和水資源匱乏并存這一問題，以期為解決城市干旱缺水、洪澇災害、水環境惡化三大水問題提供參考。

關鍵詞：城市道路； 雨水； 收集利用； 自動灌溉

中圖分類號：U417

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12019103

1引言

雨水循環是自然界水循環系統中的重要環節[1]，也是最根本、最直接、最經濟的水資源[2]。在我國城市化進程中，大量不透水路面雨水通過排水管道直接進入城市排污管網系統，雨水資源大量流失。同時，大量的道路兩側綠化帶卻采用中水[3]或自來水[4]進行澆灌，造成水資源的嚴重浪費。因此，城市道路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。

2國內外研究現狀

20世紀60年代以來，世界各國開始注重城市雨水利用技術的開發和應用。德國、日本及英國等城市雨水收集利用理論研究和技術已很成熟[5～7]。我國的城市雨水利用研究與應用開始于20世紀80年代[8]，目前雖然有了相對完善的雨水收集系統，但國內對雨水的利用主要集中在社區、廣場和公共綠地等，城市道路雨水的收集與利用還處于起步階段[9]。城市道路雨水利用分為直接利用與間接利用兩種方式：直接利用的工藝流程為：徑流雨水—初期棄流裝置

—貯存沉淀池—人工土壤滲濾—中水池—回用[10]，用于城市清潔、消防、綠化等[11，12]；間接利用的雨水入滲方式主要有透水路面、綠地、滲透溝、滲透管、滲透池、滲透井等[13]。透水路面使雨水滲透到路基或土壤中，實現雨水貯蓄或回灌地下水[14]。綠地入滲是在綠色植被與土壤之間增設貯水層、透水層等減緩雨水地表徑流速度，降低暴雨期間城市防洪壓力，使城市地下水得到有效補償[15，16]。除此之外，將路面雨水與滲透管相連引入到地下滲渠中，通過滲渠向周圍土壤滲透，這種系統集蓄水與滲水功能于一身，是較為理想的滲透設施[17]。

本文在對我國現有雨水利用方案分析的基礎上，研究一種新型的雨水收集就地利用方案。該方案具有2方面的優點：①就近收集道路徑流作為路邊綠化帶水源，②實現依據道路綠化帶植物墑情進行自動灌溉。

3城市道路雨水收集利用方案

3.1可收集雨量分析

一個地區可收集雨量分析是方案中工程規模設計的依據。可采用以下2種方法計算：

①依據《雨水設計——雨水收集·貯存·回用》設計規范中相應公式：

W=A×R×E×7.48 （1）

式中：A為集水區面積，m2；R為降雨量，mm；E為徑流系數；其中，徑流系數可依據《建筑給水排水設計規范》GB50015-2009規定取值。

②暴雨強度公式法：

W=∫1200ψFqdt （2）

式中：W是可收集的水量，m3；ψ是徑流系數；F是設計匯水面積，m2；q是焦作市暴雨強度，mm/h；t是降雨歷時。

3.2總體方案及原理

本文提出的城市道路雨水收集利用系統由3部分組成：雨水自動收集系統、自動控制系統、自動灌溉系統。整個系統以一個雨水口控制的道路長度為一個單元。雨水在路面形成徑流后，通過道路兩側的雨水口進入沉淀池，沉定池具有蓄水攔污的作用；當沉淀池中的雨水到達一定高度時，雨水通過虹吸管進入儲水池。儲水池中安裝離心泵，當植物需要灌溉時，自動控制系統會根據土壤濕度感應器反饋的數據發出相應指令，控制水泵抽水通過滴灌管澆灌綠化帶。

3.3實地勘察

本文以河南理工大學南門口自東向西的一條道路綠化帶為例進行實例研究。經實地考察，道路長294 m，從中間向兩邊依次為機動車道寬26 m、綠化帶寬5 m、非機動車道寬 7 m、路邊綠化帶寬 5 m，呈對稱分布。每隔40 m設置了一個排水口，綠化帶側邊的非機動車道從南向北坡降為0.03。排水口設置在非機動車道與路邊綠化帶結合處，排水口長140 cm、寬50 cm、深100 cm，排水口底部連接有管徑為400 mm的混凝土管道。通過此管將收集的雨水排入設置在非機動車道的集水井內（深140 cm、直徑80 cm），集水井底部設置有管徑為60 cm的混凝土管道，將集水井中的雨水集中排入附近的河道中。

3.3具體方案

本方案以一個雨水口控制一個單元，即40 m為一個單元，系統的規模尺寸依據當地降雨和實地勘查確定。

3.3.1雨水收集系統

雨水降落到地面，通過雨水篦子1進入沉淀池2，雨水篦子起到初次攔污作用。沉淀池是雙層孔狀過水攔污結構，內部孔狀截污掛籃可再次對雨水進行過濾，沉淀池在蓄水的同時可沉積大顆粒沙粒。當雨水在沉淀池存蓄到一定高度，可通過虹吸管4進入雨水收集管道5流進儲水池，在虹吸管前端入口處布置一層過濾裝置3，攔截透過雨水篦子進來的一些雜質和能達到此高度的漂浮沙粒，使得進入儲水池中的雨水不含雜質。儲水池建在綠化帶，頂部采用推拉蓋結構，既保證儲水池的密封性，又方便工作人員檢修和投放殺菌藥劑。儲水池設有排水管，當儲雨量超過集水箱容量時，多余雨水通過排水管道排入市政排污管網（圖1）。具體尺寸為道路沉淀池長140 cm、寬50 cm、深100 cm，在距沉淀池底部20 cm處設置管徑400 mm，PPR材質的虹吸管，管弧度為28°。雨水收集管道為混凝土管，管徑400 mm。儲水池6在非機動車道一個雨水口控制面積280 m2，儲水池長5 m、寬3 m、深2 m；機動車道一個雨水口控制面積520 m2，儲水池長7 m、寬4 m、深2 m，混凝土材質。在距儲水池底部1.8 m處連接管徑為100 mm的混凝土排水管。在集水箱上部連接管徑為200 mm的市政供水管道。

3.3.2自動控制系統

雨水通過混凝土管道5進入儲水池6，當綠化帶中的土壤濕度低于植物生長所需值時，濕度感應器7將采集的數據以電壓值的方式發送給主控板8，主控板根據接收到的數據發出相應指令，控制水泵10抽水灌溉。儲水池同時裝有水位感應器9，當池中水位下降到一定高度時，水位感應器將反饋數據給主控板和單片機給出相應指令，提示市政供水管道給儲水池供水（圖2）。使用Keil編程軟件編寫土壤濕度感應器和水位感應器的控制程序。

3.3.3雨水灌溉系統

自動控制系統通過接收土壤濕度感應器反饋的數據發出指令，控制水泵抽水通過PP-R管13分流到綠化帶14的滴灌管15中。通過滴灌管對植物進行灌溉。其中，水泵外部包有過濾膜，防止進入儲水池的細小雜質吸入水泵而導致水泵和滴灌管的堵塞。滴灌管外表面也包有濾膜，防止外部土壤沙粒堵塞滴管口（圖3）。具體尺寸為PP-R管管徑為10 cm。滴灌管管徑為6 cm，斜三孔式，定額流量為5 L/h。

4結語

本文著眼于解決目前城市建設中存在的防洪與水資源短缺并存的問題，以雨水的就地利用為理念，設計了一種城市道路雨水就地收集并根據道路兩側綠化帶植物墑情進行自動灌溉的雨水利用系統。該系統的實施不僅可以大大節省城市管網造價，同時還可大幅度降低城市綠地養護成本，有效的促進我國道路雨水利用技術的發展。

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