高速公路服務(wù)區(qū)雨水再利用途徑的探討與應(yīng)用

張煥州

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

我國(guó)屬于水資源短缺的國(guó)家，缺水已經(jīng)成為制約我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的限制因素。但同時(shí)，大部分城市又被暴雨過(guò)后的“看?！爆F(xiàn)象所困擾。國(guó)家提出海綿城市的理念也正是基于解決此類(lèi)問(wèn)題。

雨水被作為水資源再次利用可以緩解棘手的水資源匱乏和城市洪澇災(zāi)害。故本文試圖從高速服務(wù)區(qū)切入探討雨水再利用所帶來(lái)的社會(huì)效益。

1 雨水徑流的特點(diǎn)

a）降落到地面之前的雨水，由于是對(duì)大氣的淋洗，其含有的雜質(zhì)主要是空氣中的塵埃和大氣污染物，其中，SS 和COD 比例最高，其他的污染物濃度均較低[1]。

b）高速公路的雨水徑流水量變化較為復(fù)雜，隨機(jī)性較大，具有水流間斷性水量突變性的特點(diǎn)[2]。

c）高速公路路面徑流對(duì)地表河流水質(zhì)有一定的影響[3]。

d）初期雨水地面徑流屬于面源污染?！段鬯C合排放標(biāo)準(zhǔn)》中，“污水，指在生產(chǎn)和生活中排放水的總稱(chēng)”，其是針對(duì)點(diǎn)源（生活污水和工業(yè)廢水）進(jìn)行的規(guī)定，對(duì)面源污染排放尚且沒(méi)有明確要求[4]。

2 雨水再利用途徑

a）文化審美。通過(guò)產(chǎn)品本身與不同植物相結(jié)合的視覺(jué)效果，幫助旅途中的司乘人員緩解疲勞，并帶來(lái)短暫的身心放松，讓人們得到更好的出行享受[5]。

b）補(bǔ)給降溫池。降溫池以水冷的方式達(dá)到輪胎的冷卻效果，但由于池水經(jīng)曝曬后溫度升高、水吸熱蒸發(fā)和車(chē)輪紋理帶走等因素，導(dǎo)致降溫水池降溫效果不好、水耗很大[6]。

3 雨水再利用的具體方案設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

晉城至焦作高速公路是山西省的南大門(mén)，晉東南出口的主要通道。每天的車(chē)流量非常大，尤其是運(yùn)載貨物的重型車(chē)輛。處于對(duì)RK25+516.683 處附近交通安全的考慮并結(jié)合此路段的線形情況，決定在此處服務(wù)區(qū)內(nèi)增設(shè)兩座降溫池。

本項(xiàng)目全稱(chēng)晉焦高速RK25+516.683 處降溫池及匝道工程。降溫池場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)180 m，場(chǎng)區(qū)內(nèi)新建85 m 長(zhǎng)1-1 m 鋼筋混凝土圓管涵以及26 m 長(zhǎng)1-2 m 蓋板涵，由新建一口井深為9.85 m 的跌水井轉(zhuǎn)輸與橫穿公路的現(xiàn)狀1-4 m 石拱涵連接，最終將山體匯流、場(chǎng)區(qū)徑流以及邊溝排水統(tǒng)一導(dǎo)入石拱涵內(nèi)。在向焦作前進(jìn)方向的右側(cè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)由近及遠(yuǎn)分別布置了自檢及貫穿車(chē)道、制動(dòng)冷卻池以及預(yù)留車(chē)道。

3.2 作為文化審美景觀

設(shè)計(jì)一種生物滯留槽模塊產(chǎn)品安置在建筑物屋頂上，通常選擇騎跨在建筑物的女兒墻的方式，此模塊化產(chǎn)品可以對(duì)屋頂雨水進(jìn)行收集并經(jīng)過(guò)產(chǎn)品中位于上層的砂土層簡(jiǎn)單滲透和滯留，其中部分雨水被儲(chǔ)存吸收起來(lái)，從而可以減輕雨水徑流的大面積匯流，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單物理過(guò)濾的雨水，部分被植物利用，多余部分可以通過(guò)此模塊末端的排水管道排入排水系統(tǒng)中，也可以排入末端儲(chǔ)水收集裝置作為場(chǎng)區(qū)灌溉的水源。

此模塊化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案為一種開(kāi)放式雨水滯留槽，所述滯留槽包括：滯留槽主體，其為防腐蝕且強(qiáng)度高的高分子材料亞克力；隔水板，平面沿縱向每間隔2 cm 設(shè)置一個(gè)5 cm 長(zhǎng)透水孔，搭于支座間凹槽內(nèi)，支座均勻開(kāi)孔。在首段滯留槽模塊和末端滯留槽模塊設(shè)置溢流口。滯留槽右側(cè)集水區(qū)下采用收口設(shè)計(jì)，使低處隔水板下水流流速得到提升，實(shí)現(xiàn)順利導(dǎo)流排水。其中隔水板上敷設(shè)透水土工布，土工布包裹住隔水板后將外延下壓從隔水板縱向設(shè)置的橫孔纏繞穿出并與橫向主體土工布縫合，隔離了上部砂土層，過(guò)濾下滲的雨水，使得雨水凈化后收集在下部的收口急流槽。土工布的上部鋪設(shè)砂土層，使得綠色植物有了培養(yǎng)基層，并且有儲(chǔ)存水份的功能。

3.2.1 產(chǎn)品構(gòu)造應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)形式

集水- 引流結(jié)構(gòu)，收集雨水并通過(guò)溝槽將雨水引流導(dǎo)入蓄水結(jié)構(gòu)中；蓄水- 溢流結(jié)構(gòu)，短暫儲(chǔ)水為綠植提供可靠水源，同時(shí)為富余水量提供出路；模塊化結(jié)構(gòu)，滿足工業(yè)化批量生產(chǎn)和多種構(gòu)造形態(tài)和效果的組合連接。

3.2.2 選材料

選擇塑料、亞克力等材質(zhì)作為產(chǎn)品的生產(chǎn)材料。此類(lèi)材料價(jià)格低廉、色彩豐富、可以滿足造型多樣化的批量生產(chǎn)需求。

3.2.3 選植物

選小型灌木、藤木、草本植物來(lái)結(jié)合雨水再利用產(chǎn)品使用；結(jié)合造型選用多種類(lèi)型植物。

生物滯留槽結(jié)構(gòu)立面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 生物滯留槽結(jié)構(gòu)立面示意圖

3.3 作為降溫池的水源

炎炎夏日，重型卡車(chē)在高速公路上滿載運(yùn)行，由于地面溫度很高加之長(zhǎng)距離剎車(chē)導(dǎo)致剎車(chē)失靈，最終釀成事故屢見(jiàn)不鮮。降溫池利用水體冷卻的方式服務(wù)于重型卡車(chē)車(chē)胎和剎車(chē)片的降溫。由于夏日氣溫高造成降溫池內(nèi)水體溫度高，水體蒸發(fā)損失大，加之大型車(chē)輛輪胎帶水量大，造成降溫池水耗巨大，水資源大量被浪費(fèi)，補(bǔ)水運(yùn)行成本高。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中雨水回收分為兩部分，屋頂雨水回收系統(tǒng)和地面雨水回收系統(tǒng)。

a）屋頂雨水回收系統(tǒng) 雨水從屋頂被收集后，直接進(jìn)入帶過(guò)濾系統(tǒng)的蓄水池，用于服務(wù)區(qū)的衛(wèi)生用水服務(wù)。

b）地面雨水回收系統(tǒng) 利用地勢(shì)差將整個(gè)服務(wù)區(qū)的雨水匯集回收于蓄水池，因此，蓄水池將設(shè)計(jì)在整個(gè)服務(wù)區(qū)地勢(shì)最低點(diǎn)，然后通過(guò)過(guò)濾、沉降等簡(jiǎn)單處理環(huán)節(jié)，使其變?yōu)榭杀焕盟?。本?xiàng)目設(shè)計(jì)中將地面雨水徑流收集起來(lái)，通過(guò)地下埋設(shè)的雨水渠道將其匯集到雨水過(guò)濾系統(tǒng)，雨水經(jīng)過(guò)級(jí)配碎石和砂礫等濾層的過(guò)濾凈化后達(dá)到很大程度的清潔，滿足人們的感官感受。凈化后的雨水被浮球閥控制最終儲(chǔ)存在蓄水池內(nèi)作為降溫池的一種水源。此系統(tǒng)中蓄水池與降溫池在地下利用連通器原理互相連通，形成連通器兩端池體內(nèi)水面保持相平。利用浮球閥門(mén)控制蓄水池閥門(mén)的開(kāi)啟度，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制降溫池進(jìn)水流量，使得降溫池的有效水位得到保障。本設(shè)計(jì)在節(jié)約水資源的同時(shí)，也節(jié)約了水泵補(bǔ)水的成本。

降溫池雨水回收再利用系統(tǒng)俯視圖見(jiàn)圖2。

圖2 降溫池雨水再利用系統(tǒng)俯視圖

4 方案可實(shí)現(xiàn)的功能

4.1 作為文化審美景觀

a）實(shí)現(xiàn)雨水收集再利用與原本公共設(shè)施功能相結(jié)合，利用綠色植物，達(dá)到建筑與環(huán)境和諧統(tǒng)一。

b）擁有一定的自灌能力，實(shí)現(xiàn)雨水資源直接利用，節(jié)約了養(yǎng)護(hù)成本。

c）舒緩駕駛員疲憊的情緒，豐富園趣，為游人提供文化審美的放松體驗(yàn)。

4.2 作為降溫池的水源

a）傳統(tǒng)意義上降溫池的水源來(lái)自于地下水，如果將雨水加以利用可以節(jié)省地下水資源，從而對(duì)維護(hù)地下水水系起到積極的作用。

b）快速給機(jī)動(dòng)車(chē)輛的剎車(chē)片以及輪轂降溫，從而有效降低由于剎車(chē)片過(guò)熱造成剎車(chē)失靈引起的交通事故。

c）節(jié)約了地下水水泵運(yùn)行的時(shí)間和啟動(dòng)頻率，從而節(jié)約了設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，顯著體現(xiàn)節(jié)能減排示范作用及提高服務(wù)區(qū)整體形象。

5 結(jié)語(yǔ)

a）此設(shè)計(jì)不僅在功能上滿足雨水再利用的要求，而且在建筑環(huán)境上起到了美化的作用，對(duì)活動(dòng)在服務(wù)區(qū)里的人們帶來(lái)了身心愉悅的享受。

b）希望此設(shè)計(jì)不僅局限于使用在高速服務(wù)區(qū)，將來(lái)可以在更多需要改善建筑環(huán)境的場(chǎng)所得以應(yīng)用。

c）隨著各地公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，如何在改善交通環(huán)境的同時(shí)更好地保護(hù)自然環(huán)境，需要建設(shè)者從設(shè)計(jì)、施工到管理運(yùn)營(yíng)等各個(gè)方面付諸更多的努力，將更多更好的環(huán)保技術(shù)應(yīng)用到工程實(shí)踐當(dāng)中去，還子孫后代一片青山綠水。