城市綠色道路徑流雨水控制利用與設計

朱 敏，黨清平

(1.中國市政工程西南設計研究總院深圳分院，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)

隨著城市化的進程，郊區、農村、山林逐漸被城區、道路取代，人類的建設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行自然水循環，而是漫流進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，縮短了匯流時間，最終增大了雨洪流量和洪峰峰值，導致城市水患加劇，內澇災害頻發。道路作為城市重要組成部分，其下埋設的雨水系統對雨、洪排放至關重要。采用低沖擊模式建設綠色城市道路，雨水系統設計遵循自然水循環規律，還原降水分配，合理規劃降水過程中下滲、滯留以及回用的雨水量，實現雨水的下滲、收集、回用以及排放等過程的控制，有效減少因暴雨而引發的洪澇災害，同時開辟水資源利用的新途徑。

1 城市綠色道路徑流控制目標

一個自然植被覆蓋的林區，雨水下滲量、蒸發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，以商業區為例，不透水地面的比例高達60 %～90 %，雨水下滲量和蒸發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擔。城市綠色道路是以低沖擊開發為目標，使建成區域內的雨水徑流量、地面污染物排放量基本維持在開發前水平，對周邊環境幾乎無影響或者有較小影響，具體要求是規劃控制徑流雨水，增大其下滲量和回用率，使其接近開發前的狀態，從而減少地面徑流。深圳市規定采用低沖擊開發的道路雨量徑流系數不大于0.40。

2 道路徑流雨水水質分析及利用性

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，雨水系統還接收附近地塊的徑流雨水。徑流雨水水質與地理環境、周邊地塊性質、道路等級、降雨強度和降雨歷時有密不可分的關系。降雨初期雨水由于面源污染，水質較差，根據交通量和地塊屬性初雨水質有以下四類。

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、商業區道路初雨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。

可見初雨水質指標遠超再生水回用指標，如作為回用系統的源水利用則需進行處理，其處理流程復雜、投資回報和利用性較低，故一般棄流初雨；隨著環境保護意識的增強，部分地區收集初雨后排入污水系統或簡單處理后排入附近水體。在無實測資料時，地面棄流可按照3～5 mm徑流厚度計[1]。

I、II、III類區域棄流后的雨水較為清潔，可作為回用系統源水，經過沉淀、過濾和消毒等工藝后回用。

IV類區域路面污染較為嚴重，建議其地面徑流不作為回收系統源水用。

3 道路雨水控制利用系統概述

綠色道路雨水工程設計包括雨水水質分析，確定雨水分流形式、用途和排放途徑，并進行相應的收集、調蓄、處理、回用和排放等系統設計。

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設計

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

4.1 雨水水質分析

道路位于深圳東北部，地處規劃商住混合區，由于無實測徑流水質資料，故參考II類輕交通量道路初雨指標和澳門類似道路監測數據進行分析。表1中數據分別為澳門商住混合區地面徑流實測數據、地表水V類標準、城鎮雜用水(城市綠化)和景觀環境用水的再生水水質(河道類)的相關指標。

圖1 道路雨水控制利用示意

由表1可以看出，商住混合區地面徑流水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準；TP的平均值超過V類和觀賞性景觀水指標；TN的平均值在綠化和觀賞性景觀水標準內，但是超過V類水體標準；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，后期地面徑流指標會優于以上數據。故設計棄流徑流厚度不低于5 mm，棄流后的雨水進入收集系統。

4.2 設計參數

4.2.1 設計重現期和暴雨強度公式

根據該道路所處地區性質、地形和氣候特征，雨水系統設計重現期采用2年，暴雨強度公式為：

表1 澳門商住混合區、公園綠地地面徑流監測數據及相關標準指標

注：( )內數字為平均值。

q=1455.259/(t+4.097)0.518[(L/(s·hm2)]

式中：t為降雨歷時(min)t=t1+mt2。

t1為地面集雨時間(min)，街坊取t1=8～12 min;m為折減系數，當地面坡度<0.002時,取m=2；當地面坡度在0.002～0.005之間時,取m=1.5；當地面坡度>0.005時,取m=1。

t2為管內流行時間(min)。

4.2.2 滲透系數

雨水入滲系數的土壤滲透系數宜為10-6～10-3m/s[1]。針對深圳市，25℃時，綠地表層土壤滲透系數約1.2×10-5m/s[3]。

該項目道路地下水埋深大于1.0 m，滿足雨水滲透的水文地質要求。

4.2.3 綜合徑流系數

根據規范，車行道路面徑流系數為0.85～0.90，人行道徑流系數為0.50～0.60。設計引入低沖擊建設綠色道路理念，綜合徑流系數目標為0.4。徑流系數采用加權平均法進行計算，結果如表2。

表2 道路面積與綜合徑流系數計算表

注：道路總寬36 m，以100 m道路計。

4.3 工程方案設計

4.3.1 下凹式綠地

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

常規道路綠地高出車行道0.15 m，地面徑流雨水通過設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入雨水管道，給管路系統帶來不小的沖擊。

圖2 常規道路橫斷面布置

綜合植物截流、土壤蓄水、植被耐淹性等因素考慮，將綠地標高降低0.15 m，形成下凹綠地。雨水由設置在綠地內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。經過綠地下凹設計，第一，使非綠地鋪裝表面產生的初雨匯入下凹綠地，通過土壤的過濾截再滲進入地下水循環系統，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，大到暴雨時可起到調蓄作用；第三，雨水口收集的上層較潔凈的雨水便于后續回收利用。

圖3 綠色道路橫斷面布置

4.3.2 人行道透水路面設計

人行道采用透水磚和透水基礎。透水磚是以無機非金屬材料為主要原料，經過成型工藝處理后制成的，具有較強透水性能，規范規定透水系數≥0.3 mm/s(一等品)；保水系數≥1.0 g/cm2[4]。透水磚下滲系數大于0.07 m/s時可保證2年重現期暴雨初期雨水全部下滲。設計采用透水系數≥0.5 mm/s高性能透水磚。為了便于雨水滯留，人行道設計坡度不大于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。人行道設置透水鋪裝地磚和透水基礎，可以去除SS 50 %～70 %，COD 30 %～53 %。

4.3.3 雨水管道收集系統

收集系統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入，在雨水箅子下設置截污掛籃。在雨水管道間隔約150 m左右設置雨水沉泥井，并定期人工清理，保證雨水收集系統不被阻塞。

由于本道路路幅限制，無富裕地面設置調蓄和處理系統，所以將雨水輸送至下游2 km外空地統一處理。

經過低沖擊設計，徑流雨水量減少約22 %，減小了下游雨水管道直徑，節約了投資。另外，遠期的雨水回用后，還可以提供該區域的綠化用水，社會、環境、經濟效益明顯。

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構層，造成道路整體強度下降，影響道路使用壽命，在分隔帶兩側與路基相接處，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入雨水管道系統，保證路基的整體穩定性。

5 結束語

綠色道路雨水控制利用應以低沖擊開發為核心，保證區域水文狀態和雨水徑流量與開發前的狀態基本一致。

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，在實際工程中具有一定的可實施性。

隨著雨水綜合利用技術的不斷發展，城市綠色道路徑流雨水回收利用越來越得到人們的重視，勢必會得到大范圍的推廣運用，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建筑與小區雨水利用工程技術規范[S]

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

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

[4] DBJ 13-104-2008透水磚路面(地面)設計與施工技術規程[S]