綠地輔助排水在石環(huán)輔道雨水工程中的應(yīng)用

曹美娟，李 光，王維剛，陳展弘

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津市300191）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，城市交通體系的不斷完善，城市主干道路、快速環(huán)線也延伸至了城鄉(xiāng)結(jié)合部。地處排水管網(wǎng)空白區(qū)的城市交通系統(tǒng)，如何解決其路面雨水的排放問(wèn)題，成為本工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文中介紹了在工程中通過(guò)道路、排水、綠化專(zhuān)業(yè)的配合，利用下凹綠地排水技術(shù)，因地制宜的解決道路排水問(wèn)題的設(shè)計(jì)思路及方法。

1 工程概況

本次排水工程屬石環(huán)公路輔道的雨水配套工程，主要解決石環(huán)公路及輔道的路面雨水的排放。石環(huán)公路為河北省石家莊市外圍環(huán)線，石環(huán)輔道作為石環(huán)公路主線與縣鄉(xiāng)級(jí)道路的聯(lián)絡(luò)線，有著重要的交通轉(zhuǎn)換功能。主線及輔道的路面雨水能否排放順暢，直接影響了雨天道路交通安全及道路面層、基層的耐久性。

本工程位于石家莊市城鄉(xiāng)結(jié)合部，道路兩側(cè)多為鄉(xiāng)村及農(nóng)田，工程周邊尚沒(méi)有健全的排水管網(wǎng)體系，為排水空白區(qū)，且上下游雨水管道及出路均不能在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，所以在不能按照既定的規(guī)劃進(jìn)行實(shí)施的前提下，結(jié)合工程地理位置、道路斷面布置，及石家莊市的氣候、地質(zhì)特征，提出將雨水口設(shè)置在綠化帶內(nèi)，由碟形綠地輔助排水以減小雨水的徑流系數(shù)，增加雨水的入滲量，延長(zhǎng)徑流的時(shí)間，削減洪峰流量的設(shè)計(jì)思路，最終達(dá)到降低雨水管道管徑，合理利用路面雨水的效果。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 設(shè)計(jì)思路

本工程中采用的“下凹式綠地排水”是綠地雨水調(diào)蓄技術(shù)的一種，較普通綠地而言，下凹式綠地利用下凹空間充分蓄集雨水，顯著增加了雨水下滲時(shí)間。具有滲蓄雨水、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染等優(yōu)點(diǎn)。

在本工程中采用的下凹式綠地結(jié)構(gòu)為：綠地高程低于路面高程，雨水口設(shè)在綠地內(nèi)，雨水口低于路面高程并高于綠地高程。因下凹綠地兩側(cè)高而中間下凹，故又稱(chēng)之為碟形綠地。

雨水排放流程示意見(jiàn)圖1。

下凹式綠地匯集兩側(cè)道路產(chǎn)生的雨水徑流，雨水徑流先流入綠地，部分雨水滲入地下，綠地蓄滿(mǎn)水后再溢流入雨水口。

為完成以上的工程設(shè)計(jì)，需要各專(zhuān)業(yè)的緊密配合，甚至突破以往的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，以達(dá)到良好的設(shè)計(jì)效果。

2.2 道路工程

在道路設(shè)計(jì)中，打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)慣例，將許多做法圍繞本次綠地排水的主題做相應(yīng)的調(diào)整。

2.2.1 橫斷面設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)路段道路橫斷面見(jiàn)圖2。

在道路工程設(shè)計(jì)中，為便于路面徑流向下凹綠地匯集，將道路的橫坡調(diào)整為單面坡，人行道及路面雨水沿單向橫坡匯至一側(cè)道路邊緣，經(jīng)過(guò)水側(cè)石排入下凹綠地內(nèi)。

2.2.2 過(guò)水側(cè)石設(shè)計(jì)

在道路工程設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，道路與綠化帶邊緣如按常規(guī)采用一般混凝土側(cè)石，則路面上的雨水無(wú)法沿道路橫坡排至路外的綠化帶內(nèi)，即路面雨水無(wú)處可排；如為了排水順暢，采用混凝土緣石，則影響道路的美觀及行車(chē)安全。為配合排水工程的設(shè)計(jì)，道路設(shè)計(jì)選用了混凝土過(guò)水側(cè)石，既滿(mǎn)足了道路的交通功能，又可將路面雨水快速、順暢的導(dǎo)流入綠化帶。

過(guò)水側(cè)石鋪設(shè)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，正立面見(jiàn)圖4。

2.3 綠化工程

下凹綠地為滿(mǎn)足排水需求，需低于路面高程，而單純降低綠地雨水口位置的高程容易形成排水邊溝的效果，既影響排水又影響景觀。

在設(shè)計(jì)中，將綠化帶進(jìn)行豎向高程設(shè)計(jì)，形成了以每30 m為一單元的碟形微地形景觀，雨水口處地面高程低于路面高程30 cm，既滿(mǎn)足了路面雨水的徑流與滲蓄，又締造了高低起伏的園林效果。

綠化帶等高線見(jiàn)圖5。

2.4 排水工程

2.4.1 雨水流量計(jì)算

（1）徑流系數(shù)的選取

在雨水管道的設(shè)計(jì)中，一般都是依據(jù)設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)的地面覆蓋情況，選取綜合徑流系數(shù)，而城市道路路面雨水只能按道路面層結(jié)構(gòu)形式選用相應(yīng)的單一覆蓋徑流系數(shù)，一般采用0.85～0.95。

本次設(shè)計(jì)雖然為路面雨水的排放，但因利用下凹綠地排水，雨水徑流先后在路面及綠地里流行，徑流系數(shù)經(jīng)加權(quán)平均計(jì)算，采用0.60。

（2）雨水流行時(shí)間的確定

地面集水時(shí)間是雨水從相應(yīng)匯水面積的最遠(yuǎn)點(diǎn)地表徑流到雨水管渠入口的時(shí)間。地面集水時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響設(shè)計(jì)暴雨量強(qiáng)度和雨水管道的設(shè)計(jì)流量，地面集水時(shí)間的設(shè)定主要受路面雨水流行距離、地形坡度和地面覆蓋情況而定，一般采用5～15 min。本次設(shè)計(jì)中考慮了雨水自路面沿道路橫坡徑流入下凹綠地，在下凹綠地中徑流并滲蓄至一定高度后溢流入雨水口，其地面集水時(shí)間可取20 min。

（3）設(shè)計(jì)管道流量比較

根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)，在重現(xiàn)期P=1 a的情況下分別計(jì)算，采用下凹綠地排水方式計(jì)算的設(shè)計(jì)流量是不采用該方式排水的43%，也就相當(dāng)于綠化帶內(nèi)的雨水管道比道路上布設(shè)的雨水管道管徑縮小了2～3級(jí)。

2.4.2 排水設(shè)施

按照以往排水設(shè)施的布設(shè)，路面雨水首先通過(guò)徑流進(jìn)入雨水口后再通過(guò)收水支管匯入檢查井。本次設(shè)計(jì)將下凹綠地中的檢查井和雨水口功能合二為一，將檢查井蓋作成井蓖式。為了避免雨水滲蓄高度過(guò)高對(duì)輔道路基產(chǎn)生影響，設(shè)計(jì)收水檢查井井蓖高出綠化帶地面10～15 cm，既有一定的蓄水功能，又可以防止綠地內(nèi)雜物的進(jìn)入。

上述設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以消減洪峰流量，還可以減少管道內(nèi)及下游水體的污泥量，和增加綠地的土壤肥力，即“減污、減淤、增肥”。

圓形雨水口見(jiàn)圖6。

2.5 相關(guān)注意事項(xiàng)

經(jīng)過(guò)本工程設(shè)計(jì)，總結(jié)了設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理中需特別注意的問(wèn)題如下。

2.5.1 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）過(guò)水側(cè)石布置的數(shù)量應(yīng)滿(mǎn)足路面雨水排放的需要，尤其需要結(jié)合道路縱斷面設(shè)計(jì)在道路最低點(diǎn)加密過(guò)水側(cè)石，防止路面積水。

（2）綠化帶內(nèi)雨水口的布置必須結(jié)合綠化帶的豎向設(shè)計(jì)，布置在最低點(diǎn)位置，且雨水口應(yīng)高于周?chē)仄阂赃_(dá)到蓄水的目的。

（3）設(shè)計(jì)中應(yīng)以綠化帶內(nèi)土壤滲透系數(shù)作為確定蓄水量大小及雨水口高度的依據(jù)，在達(dá)到必要蓄水量的前提下防止雨水影響道路路基的安全。

（4）綠化帶的豎向設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足蓄水和排水的要求。

2.5.2 施工及運(yùn)行管理中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）過(guò)水側(cè)石的數(shù)量和位置必須按設(shè)計(jì)圖紙施工。

（2）在運(yùn)行管理中應(yīng)定期清理側(cè)石及雨水口的過(guò)水口，以免堵塞，影響排水效果。

（3）綠化帶內(nèi)種植的草本宜選用蒸散量小及雨水利用量大的品種。

3 下凹綠地排水在石家莊市應(yīng)用的可行性研究

3.1 石家莊市雨水資源利用的必要性

石家莊市被列為受到人口、環(huán)境雙重壓力的極度資源性缺水地區(qū)。由于地下水的連年超采而得不到有效補(bǔ)充，造成地下水位持續(xù)下降。石家莊市水資源逐年嚴(yán)重短缺，如能將雨水資源加以利用，可在一定程度上緩解用水壓力。由此可見(jiàn)，對(duì)水資源短缺的石家莊市進(jìn)行雨水資源的利用是十分必要的。

石家莊市多年平均降水量為512 mm，降水具有年際變率大，季節(jié)分配不均，夏季降水集中等特點(diǎn)。中心城區(qū)的建筑物、道路等不透水鋪裝面是形成城市暴雨徑流的主產(chǎn)流區(qū)，市區(qū)每年要耗費(fèi)大量資金和人力排出這些雨水，排水壓力很大，雨洪災(zāi)害也不斷增大。據(jù)對(duì)2次30 mm左右的降雨的觀察，一般路面徑流深達(dá)100 mm以上，交叉口、地道橋積水嚴(yán)重，有的地方積水達(dá)到齊腰深。

如能對(duì)城市雨水資源進(jìn)行有效利用，不僅可增加城市水源補(bǔ)給，美化與清潔城市環(huán)境，改善城市小氣候，而且還可降低地面沉降量，控制雨洪，減少城市防洪排澇等基礎(chǔ)設(shè)施的投資，帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益。

3.2 下凹綠地排水的可行性

為了解決石家莊市水資源短缺與雨水形成災(zāi)害的雙重矛盾，實(shí)施城市雨水資源化利用是十分必要的。

城市雨水按利用方法主要可分為三類(lèi)：城市雨水的直接利用、城市雨水的間接利用、城市雨水直接利用和間接利用的結(jié)合即城市雨水的綜合利用。

本工程所采用的下凹綠地排水屬于雨水間接利用范疇，即依靠低洼綠地對(duì)區(qū)域雨水進(jìn)行截流、下滲和蒸發(fā)，達(dá)到涵養(yǎng)地下水，改善生態(tài)環(huán)境的效果，是一種滲蓄能力較強(qiáng)的生態(tài)型排水設(shè)施。

與傳統(tǒng)利用管道排水方式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）將路面雨水徑流通過(guò)下凹綠地高滲透性土壤滲入地下，補(bǔ)充地下水源。

（2）因路面雨水在下凹綠地內(nèi)的徑流及滲蓄，降低了區(qū)域綜合徑流系數(shù)，延長(zhǎng)了雨水進(jìn)入管道前的流行時(shí)間，從而降低了洪峰流量，減小了管道及下游水體排水的負(fù)擔(dān)。

（3）下凹綠地排水方式的利用無(wú)論在對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和降低工程費(fèi)用的投入上都有普通管道排水不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

下凹綠地排水作為雨水間接利用的一種，與其他雨水利用形式相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）下凹綠地排水在土建工程的資金投入較雨水直接利用所修建的蓄水池及棄流設(shè)施小很多。

（2）道路路面上汽車(chē)遺漏的汽油，排放的尾氣，輪胎磨損及空氣中的污染物，及許多生活污染物等致使初期雨水產(chǎn)生的路面徑流中含大量重金屬，而下凹綠地內(nèi)的植物在徑流過(guò)程中將有害物質(zhì)大部分過(guò)濾后再入滲地下，減輕了對(duì)下游及地下水體的污染。

4 結(jié)論

城市化進(jìn)程加快帶來(lái)的大面積地表硬化，造成雨水這一寶貴水資源的大量流失，對(duì)于缺水的石家莊市來(lái)說(shuō)是非?？上У摹６掳季G地排水方式的采用，即加大了道路綠化面積，改善了行車(chē)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境，又加大了地下水資源的補(bǔ)充，是兼顧了經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的可行方法。

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