淺談道路設(shè)計中雨水減排的措施

周玲雪

杭州市城鄉(xiāng)建設(shè)設(shè)計院股份有限公司 浙江杭州 310000

摘要：隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的不斷加快，城市缺水問題不斷加深，水環(huán)境和生態(tài)問題進一步突出。為了解決這一系列問題，雨水利用工程不斷得到重視。本文通過改變機動車道、非機動車道傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將其設(shè)計成具有透水性的結(jié)構(gòu)，同時綠化帶設(shè)置成植草淺溝等達到減少徑流的目的。同時結(jié)合杭州市某道路，對雨水收集進行經(jīng)濟性分析，結(jié)果表明，匯水面積為10000m2的道路雨水收集利用系統(tǒng)能在17年內(nèi)實現(xiàn)初投資的全部回收。

關(guān)鍵詞：道路雨水；雨水利用；經(jīng)濟分析

1前言

目前，我國水資源總量居世界第六位，但人均水資源占有量僅為全球平均水平的1/4。同時隨著我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化步伐不斷加快，城市缺水問題日益加深，甚至不少受利益驅(qū)使的人們向水體肆意排放污染物，更加惡化了水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，使我國水資源短缺的矛盾進一步加深。

為了解決這一系列矛盾，雨水收集和利用問題越來越受到關(guān)注。作為一種非傳統(tǒng)水資源開發(fā)的方式--雨水收集利用，是一種既經(jīng)濟又實用的水資源開發(fā)方式，與其他資源相比，雨水受到的污染程度較輕，只需經(jīng)過簡單的處理，雨水便可進行使用。雨水若能得到充分收集利用，可以緩解北方城市水資源短缺的現(xiàn)狀，減少因水資源短缺造成的國家財政收入損失；大大減少南方城市內(nèi)澇和排水系統(tǒng)壓力，減少經(jīng)濟損失；同時能夠還原地下水，減少地下水開采量；減輕初期雨水污染，降低城區(qū)河流、湖泊面源污染；為城市增加可用水量的同時減輕了城市給排水設(shè)施的負(fù)荷。

2市政道路雨水收集利用的必要性

傳統(tǒng)的雨水排放形式為：

傳統(tǒng)的雨水排放方式?jīng)]有充分考慮雨水的循環(huán)利用，80%雨水直接隨地面徑流排走，排水壓力大，雨水資源流失嚴(yán)重。同時初期雨水未經(jīng)處理直接排放，將對河流、湖泊等受納水體造成污染。

我國城市市政道路面積一般占城市規(guī)劃面積的15%～25%[1]，大量的城市硬化面積減弱了雨水的滲透作用，降雨量大時，雨水得不到及時輸送，容易在路面上積水甚至發(fā)生洪澇。與此同時，道路雨水含多種污染物，包括有機或無機化合物、金屬類化合物、氮、磷、油類等 [2]。因此研究如何合理有效減少市政道路雨水顯得尤為重要。

3道路雨水減排的可行措施

雨水收集回用系統(tǒng)適用于年均降雨量大于400mm的地區(qū)。而雨水入滲系統(tǒng)要求土壤滲透系數(shù)宜為10-6～10-3m/s，并且土壤中的黏土含量應(yīng)小于20%，粉砂含量應(yīng)小于40%，且滲透面距地下水位大于1.0m[3]。

杭州市近年平均降雨量為1454.4mm，且地下水平均水位在1.2米左右。因此，杭州市可以采用道路雨水入滲系統(tǒng)、收集回用系統(tǒng)實現(xiàn)雨水減排。

3.1道路雨水入滲

道路雨水入滲系統(tǒng)通過道路透水路面（機動車道、非機動車道、人行道）以及綠地（機非隔離帶、中央分隔帶）滲透雨水實現(xiàn)。透水路面可以通過敷設(shè)透水混凝土、透水瀝青、透水水泥等透水性材料代替普通混凝土、瀝青、水泥等傳統(tǒng)建材。降雨時，雨水通過透水路面時能較快的滲透到路基下，對雨水徑流能達到50%～93%的削減率，減少了路面積水的可能性。透水路面可普遍應(yīng)用于小區(qū)道路、人行道、公園、廣場停車場等輕型路面。

（1）全透水道路滲透系統(tǒng)

透水鋪裝包括全透型與半透型兩種形式，全透型鋪地指的是基層與面層整個結(jié)構(gòu)層均可以進行雨水滲透，透水性能突出，能夠有效降低道路積水，較少雨水徑流，降低城市排水壓力，其空隙通透性較好。半透型鋪裝指的是基層不透水但面層透水的鋪地方式。

本文中全透水道路是指非機動車道、人行道、機動車道、機非隔離帶和中央分隔帶均具有滲透雨水的功能。

全透水路面結(jié)構(gòu)圖

①機動車道采用半透型透水鋪裝，只有面層具有透水性，采用透水性瀝青砼或者透水性水泥砼面層，其余墊層、找平層采用非透水性結(jié)構(gòu)；非機動車道整個結(jié)構(gòu)層采用全透型透水鋪裝，透水性能良好。

②綠化帶可設(shè)計為植草淺溝。植草淺溝就是在溝渠中（道路設(shè)計中指中央分隔帶、機非隔離帶與邊緣綠化帶）種植植被，利用種植植物及地表土壤截流、過濾、吸附、沉淀雨水中的污染物的一種徑流控制措施[4]。不僅減少初期雨水的徑流污染，同時減少了地面徑流量，但僅適用于小流量收集輸送雨水，設(shè)計降雨量為一年一遇30min降雨量[5]。

在道路設(shè)計中，可以將道路路緣石設(shè)置成開口，植草溝高程低于道路設(shè)計高程，雨水沿道路橫坡排向植草溝?；蛘邔⒅膊轀夏┒伺c地面雨水排水系統(tǒng)相連。多余雨水通過植草溝下設(shè)置的管道重新再排入雨水系統(tǒng)。

③人行道整個結(jié)構(gòu)具有透水性的做法應(yīng)用較少，因此在本文中人行道面層采用透水性鋪裝，如生態(tài)透水砂磚，利用透水性鋪裝能夠使雨水迅速地滲入地表，及時補充地下水資源，保持土壤濕度，改善城市地表植物和土壤微生物生存條件，同時可以調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，消除熱島現(xiàn)象。

（2）部分透水性道路滲透系統(tǒng)

部分透水性道路滲透系統(tǒng)中機動車道采用傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)做法，不具有透水性，非機動車道可以采用半透水型或全透水性鋪裝；人行道采用透水性鋪裝下滲雨水，以及機非隔離帶等依靠土壤和植物的作用入滲雨水。

部分透水路面結(jié)構(gòu)圖

3.2道路雨水收集回用

收集雨棄流裝格蓄水池水處理裝置清水池用水設(shè)備

（1）典型的道路雨水收集利用通過路面雨水口和雨水連接管，將路面雨水收集并輸送至雨水檢查井，進一步匯集、儲存，進入下一步處理。

（2）棄流裝置，主要針對初期雨水，因降雨初期，降落地面的雨水含污染物較多，若進行處理，處理工藝相對較復(fù)雜，因此將初期雨水直接排入雨水井，而不將其作為水處理的水源。

（3）格柵，主要針對道路、廣場、綠化帶、硬化地面等會產(chǎn)生較大垃圾、樹葉或泥沙而設(shè)置的一道工序，格柵可避免較大污染物對后續(xù)水處理工藝的堵塞。

（4）蓄水池，主要調(diào)節(jié)雨水量，儲存雨水，并為后續(xù)水處理裝置提供水源。

（5）清水池，對處理完的雨水進行儲存，供用水設(shè)備使用。

市政工程范圍內(nèi)若存在較大的景觀水體等較大容積的儲水設(shè)備，可用景觀湖（池）代替蓄水池發(fā)揮調(diào)蓄作用，能夠較大程度上節(jié)約成本。

4雨水回收利用經(jīng)濟分析

杭州的某一條市政道路，道路全長285.7m，道路橫斷面為：人行道3m+非機動車道3.5m+機非分隔帶2m+機動車道11m+中央分隔帶3m+機動車道11m+機非分隔帶2m+非機動車道3.5m+人行道3m=42m。其中機動車道、非機動車道、人行道路面均不具有透水性，可收集雨水的路面寬度為35m，匯水面積為10000m2，綠化帶總寬7m，綠化帶面積為2000 m2，對雨水回收利用進行經(jīng)濟性分析，具體分析如下：

（1）可收集雨水量

杭州地區(qū)近年平均降雨量為1454.4mm。

雨水設(shè)計徑流總量按下式計算：

式中：W-雨水設(shè)計徑流總量（m3）；

-雨水徑流系數(shù)；

-設(shè)計降雨量（mm）；

F-匯水面積（hm2）。

道路雨水徑流系數(shù)取0.8，杭州設(shè)計降雨量取36.6mm，則雨水設(shè)計徑流總量W值為：

W=10×0.8×36.6×1=292.8m3

（2）綠化灌溉用水量

《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》GB50400-2006規(guī)定回用系統(tǒng)的最高日設(shè)計用水量不宜小于集水面日雨水設(shè)計徑流總量的40%，相當(dāng)于管網(wǎng)系統(tǒng)有能力把日收集雨水量約3日或更短時間用完。

因此，回用系統(tǒng)的最高日設(shè)計用水量即可用于綠化及澆灑道路的雨水量為：

Q=W/3=97.6m3

按照《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GB 50015—2003）》中3.1.4規(guī)定，綠化澆灑用水定額可按澆灌面積1.0～3.0 L/（m2·d）計算；按照《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范（GB 50015-2003）》中3.1.5規(guī)定，小區(qū)道路、廣場的澆灑用水定額可按澆灑面積2.0～3.0 L/（m2·d）計算，因此，本次計算按綠化澆灌及道路澆灑用水定額按3.0 L/（m2·d）計算。

可供綠化及澆灑道路面積為：

97.6/0.003=32533.3 m2。

（3）處理設(shè)施處理能力計算

處理設(shè)施處理能力按下式計算：

式中：-設(shè)施處理能力（m3/h）；

-經(jīng)過水量平衡計算后的日用雨水量（m3）；

T-雨水處理設(shè)施的日運行時間（h）。

雨水處理設(shè)施的日運行時間取12h，則設(shè)施處理能力為：

=97.6/12=8.13（m3/h）

設(shè)計規(guī)模10（m3/h）。

（4）清水池容積

當(dāng)雨水回用系統(tǒng)設(shè)有清水池時，其有效容積應(yīng)根據(jù)產(chǎn)水曲線、供水曲線確定，并應(yīng)滿足消毒的接觸時間要求。在缺乏上述資料的前提下，可按雨水回用系統(tǒng)最高日設(shè)計用水量的25%～35%計算。

清水池容積：V=35%×97.6=34.16 m3

（5）水量平衡分析及總結(jié)

經(jīng)計算，面積為10000m2的道路面積可收集雨水總量為292.8 m3，處理設(shè)備規(guī)模為18.3（m3/h），綠化澆灌及道路沖洗的總用水量為97.6 m3，可供綠化及澆灑道路面積為32533.3m2。

（6）經(jīng)濟分析

①水泵揚程按10m計算電耗：

0.039×0.8996元/kW·h=0.035元/t水

年耗電費：1454.4×10×1×0.8×85%×85%×0.035=294.23元/a

其中1454.4mm為杭州平均年降雨量，0.8為道路雨水徑流系數(shù)，85%為扣除初期雨水棄流之后的系數(shù)，85%為季節(jié)折損系數(shù)。

②藥劑費按照0.02元/t水來計算：1454.4×10×1×0.8×85%×85%×0.02=168.1元/a

③更換濾料費：200元/a

④運行成本總費用核算：

年電費+年藥劑費+更換濾料費=294.23+168.1+200=662.33元/a

⑤綠化可節(jié)省水費，杭州水價為4.4元/t：4.4×1454.4×10×1×0.8×85%×85%=36988.3元/a

⑥年節(jié)省費用：36988.3-662.33=36325.97元/a

本項目投入使用的雨水回收利用系統(tǒng)投資回收動態(tài)分析見圖：

雨水投資回收期動態(tài)顯示

本次設(shè)計的雨水收集利用系統(tǒng)（匯水道路面積為10000m2）將在17年內(nèi)實現(xiàn)初投資的全部回收，設(shè)備運行年限不可能達到17年，因此，從短期經(jīng)濟角度考慮，這種規(guī)模的雨水利用幾乎沒有價值，因為蓄水池以及清水池的成本大，但是從減少地表水面源污染，削減洪峰流量減緩城市內(nèi)澇問題，從而減少內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的經(jīng)濟損失以及為缺水城市提供另一種水資源的角度看，收集道路雨水具有廣泛的環(huán)境、經(jīng)濟、資源效益。

5小結(jié)

市政道路雨水收集利用具有控制徑流污染，防止城市內(nèi)澇災(zāi)害，減少排水壓力，節(jié)約經(jīng)濟等多種效益。本文的主要目的是調(diào)整道路結(jié)構(gòu)以及設(shè)置具有滲透過濾功能的機非隔離帶、中央分隔帶及邊緣綠化帶從而達到雨水入滲減排的目的。同時對道路雨水收集系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行分析得出，道路雨水收集利用短期的經(jīng)濟效益較差，但是從長遠考慮，就有深遠的環(huán)境、經(jīng)濟、資源效益。

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器具，降低加壓能耗，減少水資源的浪費，這是現(xiàn)代高層建筑給排水設(shè)計中比較常用的方式。

4、高層建筑位差的利用

給排水設(shè)計應(yīng)該不斷的創(chuàng)新，根據(jù)高層建筑的結(jié)構(gòu)特點，可以進行創(chuàng)新設(shè)計。因為高層建筑的位差較大，所以可以充分的利用位差來節(jié)約水資源。在人們的日常生活中，沐浴廢水以及盥洗用水等都屬于優(yōu)質(zhì)的雜排水，對于這部分水源可以進行高效利用。將這部分優(yōu)質(zhì)雜排水存在特點的水箱中，將其中的固體雜質(zhì)進行過濾，然后用于下部建筑的衛(wèi)生間沖刷用水或者是工程用水。為了保證下部用水的連續(xù)性，在水箱中可以設(shè)置浮球閥，當(dāng)水箱中的水低于最低水位時，可以通過常規(guī)用水進行補充，保證用水的連續(xù)性，這種做法在很大程度上減少了水源的浪費，值得在高層建筑推廣使用。

四、結(jié)束語

在給排水設(shè)計中，應(yīng)該高效的利用先進的設(shè)計理念和新型材料，在節(jié)約水資源的同時，減少對環(huán)境造成的污染。由于高層建筑在結(jié)構(gòu)上有其自身的獨特性，所以可以充分的利用這種特點，改善給排水設(shè)計系統(tǒng)，為實現(xiàn)節(jié)水型建筑創(chuàng)造有利的環(huán)境，適應(yīng)時代的發(fā)展腳步，提高人們的生活品質(zhì)。

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