城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于 宵

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司道路橋梁設(shè)計(jì)研究院，上海 200092）

0 引言

隨著城市化的進(jìn)一步加速，城市缺水的矛盾也進(jìn)一步加深，環(huán)境與生態(tài)問(wèn)題也同步擴(kuò)展。我國(guó)是一個(gè)非常缺水的國(guó)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(guó)有三百多個(gè)城市屬于缺水城市。由于城市化的迅速發(fā)展，道路、建筑群等不透水面積的擴(kuò)大。這一方面使得雨水不能再入滲地下補(bǔ)充地下水，加上地下水的嚴(yán)重超采，使得城市周圍的水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境惡化；另一方面大雨時(shí)，徑流迅速匯集造成地面積水和城市局部洪災(zāi)。

為了解決缺水、環(huán)境、生態(tài)等一連串的矛盾，人們開(kāi)始把注意力放到雨水的收集和利用上。自上世紀(jì)70年代起，世界各國(guó)開(kāi)始注重城市雨水利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。為充分收集利用雨水資源，實(shí)現(xiàn)雨水資源化、涵養(yǎng)地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力、改善和修復(fù)城市水環(huán)境，城市建設(shè)工程項(xiàng)目配套建設(shè)雨水收集利用設(shè)施，雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水、補(bǔ)充河道景觀水等。降雨后自然產(chǎn)生徑流，只要修建一些簡(jiǎn)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(shù)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(chǎng)和停車場(chǎng)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(shí)施便利、見(jiàn)效快的一種方式。作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的城市市政道路，面積一般占城市規(guī)劃面積的15%～25%，且道路兩側(cè)一般都存在有作為道路附屬設(shè)施的綠化帶，或者道路紅線兩側(cè)有規(guī)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(jìn)入排水系統(tǒng)，最終排入周邊水體。收集道路路面雨水，先通過(guò)道路雨水收水口進(jìn)入地下盲溝網(wǎng)路，對(duì)綠帶進(jìn)行灌溉可以達(dá)到雨水過(guò)濾、綠化灌溉、綠化儲(chǔ)水的三大功能，而當(dāng)收水口集滿雨水后會(huì)溢流至側(cè)面雨水井實(shí)現(xiàn)排水的功能。因此一個(gè)簡(jiǎn)便有效的城市道路雨水收集與利用系統(tǒng)，將能對(duì)雨水進(jìn)行有效利用，特別對(duì)于缺水的地區(qū)，不僅效益是十分明顯的，而且對(duì)治理和保護(hù)環(huán)境、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力均具有重要的意義。

1 國(guó)內(nèi)外利用雨水資源的狀況及發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代城市雨水利用是一種新型的多目標(biāo)綜合性技術(shù)，其技術(shù)應(yīng)用有著廣泛而深遠(yuǎn)的意義。此項(xiàng)課題為城市道路雨水利用，作為城市雨水收集利用的一個(gè)分支，對(duì)雨水的回收利用起著十分重要的作用?？蓪?shí)現(xiàn)節(jié)水、水資源涵養(yǎng)與保護(hù)、控制城市水土流失和水澇、減輕城市排水和處理系統(tǒng)的負(fù)荷、減少水污染和改善城市生態(tài)環(huán)境等目標(biāo)。

城市雨水利用是解決城市水資源短缺、減少城市洪災(zāi)和改善城市環(huán)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(tài)環(huán)境的改善相結(jié)合，堅(jiān)持技術(shù)和非技術(shù)措施并重，有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

上世紀(jì)80年代開(kāi)始，世界各國(guó)就開(kāi)始探索雨水資源化。德國(guó)是歐洲開(kāi)展此項(xiàng)工程最好的國(guó)家之一。目前德國(guó)的雨水利用技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化階段，市場(chǎng)上已經(jīng)大量存在收集、過(guò)濾、儲(chǔ)存、滲透雨水的產(chǎn)品。德國(guó)的城市雨水利用方式主要有三種：一是屋面雨水積蓄系統(tǒng)。二是雨水截污與滲透系統(tǒng)。道路雨水通過(guò)下水道排入大型蓄水池或通過(guò)滲透補(bǔ)充地下水。三是生態(tài)小區(qū)雨水利用系統(tǒng)，即通過(guò)滲透淺溝，供雨水徑流流過(guò)時(shí)下滲。

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

我國(guó)城市雨水利用起步較晚，目前主要在一些缺水地區(qū)有一些小型、局部的非標(biāo)準(zhǔn)性應(yīng)用。大中城市的雨水利用基本處于探索與研究階段，但已經(jīng)顯現(xiàn)出良好發(fā)展趨勢(shì)。北京、上海、大連、哈爾濱、西安、昆明等許多城市相繼開(kāi)展研究。

與農(nóng)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(jié)約用水，它還包括減緩城區(qū)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(tài)環(huán)境等廣泛意義。因此，城市雨水利用是一種多目標(biāo)的綜合性技術(shù)。目前應(yīng)用的技術(shù)可分為以下幾大類：分散住宅的雨水收集利用中水系統(tǒng)；建筑群或小區(qū)集中式雨水收集利用中水系統(tǒng)；分散式雨水滲透系統(tǒng)；集中式雨水滲透系統(tǒng)；屋頂花園雨水利用系統(tǒng)；生態(tài)小區(qū)雨水綜合利用系統(tǒng)等。

2 類似系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)，在一些類似項(xiàng)目里已經(jīng)逐漸開(kāi)始采用。但在目前的實(shí)施過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)諸多不足。圖1為某城市中采用的地表盲溝雨水系統(tǒng)。圖2為在立緣石外側(cè)設(shè)置30 cm的碎石盲溝，盲溝沿道路平行設(shè)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(guò)立緣石中間的孔洞平行進(jìn)入到碎石盲溝中。

圖1 盲溝與雨水井實(shí)景

圖2 立緣石實(shí)景

上述的系統(tǒng)，目的也是利用盲溝將雨水進(jìn)行綠化灌溉，多余的雨水通過(guò)雨水井進(jìn)入到排水系統(tǒng)。但通過(guò)工程實(shí)施及運(yùn)營(yíng)的效果，存在以下幾個(gè)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(méi)有土工織物進(jìn)行過(guò)濾，臟物會(huì)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(huì)因?yàn)槲勰嗟扰K物而擁堵；

（3）全線街沿石打孔，施工難度大，對(duì)目前市面上常見(jiàn)的立緣石改觀較大，難以批量生產(chǎn)。而且就性能而言，容易導(dǎo)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(huì)造成縱向匯水大于橫向，導(dǎo)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(dǎo)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(tǒng)。

3 城市道路路面雨水收集

3.1 設(shè)計(jì)目的及現(xiàn)實(shí)價(jià)值

我國(guó)有多個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的城市，將雨水收集起來(lái)再利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，治理和保護(hù)河湖，實(shí)現(xiàn)水資源持續(xù)利用的一項(xiàng)重要措施。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和城市規(guī)模的擴(kuò)大，大量的硬化地面減弱了雨水的滲透，雨季降雨量大時(shí)容易形成洪峰，導(dǎo)致城市部分區(qū)域淹水，同時(shí)城市綠化面積的增加也使水資源短缺形勢(shì)嚴(yán)竣。按照目前市價(jià)，城市綠化用水的價(jià)格是每噸約3.8元，而雨水收集處理設(shè)施僅只是建設(shè)工程和設(shè)施的投入，雨水收集后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的過(guò)濾處理就可直接用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水和回灌地下水、補(bǔ)充河道景觀水等，每噸至少可節(jié)約3元左右，不僅效益是十分明顯的，而且對(duì)治理和保護(hù)河湖、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)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(tǒng)，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(shè)計(jì)，只需要在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上加以巧妙的組合后就可達(dá)到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造價(jià)合理。

3.3 設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.3.1 系統(tǒng)運(yùn)作機(jī)理（見(jiàn)圖3）

圖3 流程示意圖

雨水通過(guò)道路橫波匯流至雨水箅子，流入收水口后過(guò)濾進(jìn)入地下盲溝網(wǎng)路，盲溝對(duì)綠化土壤實(shí)現(xiàn)滲流灌溉，盲溝網(wǎng)路儲(chǔ)水能力飽和后，多余雨水從溢水口溢流至道路雨水管網(wǎng)排放，從而達(dá)到雨水與綠化用水之間的轉(zhuǎn)化利用，形成雨水資源化利用的生態(tài)道路，以達(dá)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(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成：集水系統(tǒng)，以及轉(zhuǎn)輸、灌溉、儲(chǔ)水系統(tǒng)。其中集水系統(tǒng)主要由落水篦子和集水井構(gòu)成，灌溉儲(chǔ)水系統(tǒng)由盲溝網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

落水篦子沿道路平緣石，每隔25～35 m左右設(shè)置一個(gè)。落水篦子與形成棋盤狀的碎石盲溝網(wǎng)絡(luò)橫向連接。雨水通過(guò)落水篦子進(jìn)行盲溝系統(tǒng)。而在落水篦子下游，立緣石內(nèi)側(cè)，設(shè)置雨水井，兩者之間通過(guò)溢水口相連接，見(jiàn)圖4～圖6所示。

圖4 雨水收集與利用系統(tǒng)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(xì)設(shè)計(jì)

3.3.3.1 路緣石及落水箅子

該系統(tǒng)中的路緣石與落水篦子外觀與普通雨水篦子無(wú)異。落水篦子處的平緣石可活動(dòng)，以方便清理收水口里日久累計(jì)的從機(jī)動(dòng)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(wú)需特制，經(jīng)濟(jì)且外形較為美觀。機(jī)動(dòng)車道雨水可隨道路橫坡較為順暢地通過(guò)雨水口進(jìn)入碎石盲溝網(wǎng)路，車道不易積水，見(jiàn)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(wǎng)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(jī)動(dòng)車輪胎橡膠粉末，以及灰塵、雜質(zhì)及汽油、柴油、機(jī)油殘留物等。該系統(tǒng)中考慮了把這些臟物進(jìn)行過(guò)濾。

雨水篦子連接集水井，集水井上方設(shè)過(guò)濾網(wǎng)。雨水經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾臟物后，通過(guò)集水井盲溝進(jìn)入轉(zhuǎn)輸、灌溉及儲(chǔ)水系統(tǒng)。過(guò)濾網(wǎng)可更換，集水井可清洗，以保持進(jìn)入灌溉系統(tǒng)的雨水干凈，見(jiàn)圖8所示。

圖8 濾網(wǎng)及集水井示意圖

3.3.3.3 雨水井及溢水口

機(jī)動(dòng)車道雨水收集匯流至收水口后滲入盲溝網(wǎng)絡(luò)，盲溝網(wǎng)絡(luò)含水飽和后，收水口內(nèi)水位逐漸上升，當(dāng)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(tǒng)中的雨水井與常規(guī)的雨水井無(wú)異。但在集水井與雨水井之間設(shè)置溢流檻。溢流檻為倒三角形，當(dāng)雨量過(guò)大、水位過(guò)高時(shí)，通過(guò)溢流檻進(jìn)入雨水井及排水管道，而倒三角形溢流檻的設(shè)置，可以將贓物留在集水井中，不進(jìn)入雨水井，見(jiàn)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(wǎng)絡(luò)

一個(gè)雨水收集系統(tǒng)包含一套完全水平的地下盲溝網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)盲溝網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立，分別接一個(gè)收水口和一個(gè)雨水井（見(jiàn)圖10）。水平的盲溝網(wǎng)絡(luò)可以保證水通過(guò)盲溝內(nèi)的透水管自由流動(dòng)，從而均勻地灌溉盲溝所覆蓋的綠化土壤。

圖10 盲溝網(wǎng)絡(luò)示意圖

該盲溝由碎石組成，內(nèi)含能透水的軟管，能夠保證雨水在盲溝系統(tǒng)中的快速轉(zhuǎn)輸（見(jiàn)圖11）。碎石盲溝外側(cè)包裹土工布。在盲溝與路面結(jié)構(gòu)之間采用C15混凝土隔水墻，防止雨水反滲進(jìn)入機(jī)動(dòng)車道路面結(jié)構(gòu)。

圖11 碎石盲溝及透水軟管示意圖

盲溝采用分段設(shè)置，每段盲溝為獨(dú)立水平盲溝網(wǎng)絡(luò)，確保每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)處于同一標(biāo)高，避免因?yàn)樗吞幜鲗?dǎo)致灌溉不均勻。

4 應(yīng)用實(shí)例

該城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)便利，效果顯著，已經(jīng)在昆明市呈七公路改擴(kuò)建工程中得到應(yīng)用。

呈七路是呈貢綠色產(chǎn)業(yè)基地中的主要道路，是呈貢新城其他片區(qū)進(jìn)出呈貢綠色產(chǎn)業(yè)基地的必經(jīng)之路（見(jiàn)圖12）。呈七路定位為城市Ⅱ級(jí)主干路，設(shè)計(jì)車速50 km/h，紅線寬度60 m，雙向6車道外加非機(jī)動(dòng)車道與人行道，全長(zhǎng)約8.6 km。呈七公路改擴(kuò)建工程的重要性不僅體現(xiàn)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(cè)機(jī)非分隔綠化帶各寬5.25 m，兩側(cè)人行道綠化帶各寬2.5 m。即便不計(jì)道路兩側(cè)植草護(hù)坡，紅線范圍內(nèi)的道路綠化覆蓋率也接近50%。

圖12 呈七路效果圖

5 小結(jié)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的主要是通過(guò)對(duì)道路橫斷面的布置的調(diào)整，增設(shè)雨水收集設(shè)施，將道路路面的雨水先通過(guò)道路雨水收水口進(jìn)入地下盲溝網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到雨水過(guò)濾、綠化灌溉、綠化儲(chǔ)水的三大功能。收水口集滿雨水后會(huì)溢流至側(cè)面雨水井實(shí)現(xiàn)排水的功能。為充分收集利用雨水資源，實(shí)現(xiàn)雨水資源化、涵養(yǎng)地下水、降低面源污染、減輕城市洪澇和排水系統(tǒng)壓力、改善和修復(fù)城市水環(huán)境，城市道路建設(shè)工程項(xiàng)目有必要配套建設(shè)雨水收集利用設(shè)施。雨水收集處理后主要用于綠化、道路清潔、沖廁、景觀環(huán)境用水、補(bǔ)充河道景觀水等。

該城市道路路面雨水收集與利用系統(tǒng)具有極大的應(yīng)用價(jià)值。

（1）高效利用雨水。通過(guò)對(duì)對(duì)道路橫斷面的布置的調(diào)整，增設(shè)雨水收集設(shè)施，將道路路面的雨水先通過(guò)道路雨水收水口進(jìn)入地下盲溝網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到雨水過(guò)濾、綠化灌溉、綠化儲(chǔ)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(shè)置，每段盲溝為獨(dú)立水平盲溝網(wǎng)絡(luò)，確保每個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)處于同一標(biāo)高，避免因?yàn)樗吞幜鲗?dǎo)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(qū)道路。

（3）景觀效果好。由于盲溝網(wǎng)絡(luò)在地下，外觀上只見(jiàn)到常規(guī)的落水篦子，不影響景觀效果。

（4）施工便利，造價(jià)合理。該系統(tǒng)中的構(gòu)造均不需要另外特殊設(shè)計(jì)，只需要在標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上加以巧妙的組合后就可達(dá)到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造價(jià)合理。

[1]CJJ37-2012，城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DGJ08-2106-2012/J12100-2012,城市道路設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[3]GB50332-2002，給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB50069-2002，給水排水工程構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]呈七路道路改建工程工程可行性研究報(bào)告[R].

[6]張玉婷，劉雪松.利用雨水收集回用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市小區(qū)雨水資源化[J].南水北調(diào)與水利科技，2009，（3）.

[7]昆明城市雨水收集利用規(guī)定[Z].

[8]葫蘆島市城市道路雨水收集利用系統(tǒng)可行性研究報(bào)告[R].