城市道路排水系統(tǒng)設計的探究

深圳市水務規(guī)劃設計院

摘要：城市道路雨水徑流帶來的污染負荷較高，城市道路雨水控制與利用對保護城市水環(huán)境意義重大。本文就道路生態(tài)排水系統(tǒng)設計進行了探究，以供參考。

關鍵詞：城市道路；排水系統(tǒng)；設計

1 工程概況

本文以某道路生態(tài)排水系統(tǒng)為例，介紹了雨水生物滯留帶—蓄水池集成技術的應用，旨在探討道路雨水綜合利用的方式和設計方法。該道路屬城市支路，全長為 289 m，紅線寬度為 24 m，包括 14 m 寬的機動車道（雙向四車道）、兩側(cè)各 3 m寬的機非分隔綠化帶及 2 m 寬的人行道；道路縱坡為單一坡向，最大和最小縱坡坡度分別為 2.8% 和1.9%，道路橫坡坡度為 1.5%。

道路生態(tài)排水方案如下：將機非分隔綠化帶設置為具有雨水滯蓄功能的生物滯留帶，在道路末端綠化帶與人行道下設置地下蓄水池（包括儲水池和清水池），并配備綠化灌溉系統(tǒng)及市政自來水補水系統(tǒng)，通過生物滯留帶和蓄水池收集、儲存和凈化道路雨水，凈化后的雨水可回用于綠化帶灌溉用水。

2 實施方案及設計參數(shù)

2.1 實施方案

道路排水原設計方案為路中鋪設 DN400 雨水干管排除路面雨水，設計重現(xiàn)期P =2年，不承擔周圍地塊雨水的排除。道路生態(tài)排水系統(tǒng)設計有兩個可選方案，方案一為在線式雨水處置模式，取消雨水管道排水系統(tǒng)；方案二為離線式雨水處置模式，保留雨水管道排水系統(tǒng)。工藝流程如圖 1 所示。

圖 1 道路雨水處置工藝流程

2.1.1 方案一（在線式）

雨水設施平面布置如圖 2 所示。

圖2 方案一的雨水設施平面布置

道路雨水由位于道路偏溝內(nèi)的截流池進入生物滯留帶，生物滯留帶內(nèi)設置擋水堰將其分隔為若干段，擋水堰可解決由于道路縱坡較大導致的滯留帶雨水滯蓄量不足的問題，超過滯留帶滯蓄能力的水由擋水堰溢流至下一段，最終由末端的溢流井進入儲水池，滯留帶滯蓄下滲的雨水經(jīng)底部穿孔收集管匯入清水池。

2.1.2 方案二（離線式）

雨水設施平面布置如圖 3 所示。

圖3 方案二的雨水設施平面布置

生物滯留帶由擋水坎分隔成若干段，道路雨水由路緣石豁口進入生物滯留帶，每段滯留帶沿道路縱坡方向的起端和末端分別設置一豁口，超過滯留帶滯蓄能力的雨水由末端豁口流出，再經(jīng)道路雨水口匯入雨水管道，最終進入儲水池。

2.2 設計參數(shù)

2.2.1 路緣石豁口

路緣石豁口起到截流道路雨水的作用，設計間距和開口寬度與道路縱坡坡度、橫坡坡度及設計過水流量有關，計算得到路緣石豁口間距為10m，開口寬度為 0.5m。

2.2.2 截流池

截流池起到道路雨水截流和預沉淀的作用，截流池溢水可由側(cè)壁洞口和路緣石豁口進入生物滯留帶，截流池底部設置排空管與滯留帶連通，可防止池內(nèi)積水。截流池間距不應大于雨水口設置間距，本案例中截流池的間距為30～35m。

2.2.3 生物滯留帶

生物滯留帶構(gòu)造包括蓄水層（方案一、方案二的最大蓄水深度分別為 0.15、0.30m）、0.7m 厚的種植土層、0.3m 厚的人工填料介質(zhì)層、0.25m 厚的礫石排水層（其中設置 DN150的 PVC 穿孔收集管與清水池連接）、滯留帶底部及側(cè)壁防滲。種植土厚度與滯留帶內(nèi)的植物種類有關，本案例選種當?shù)啬蛪A（防融雪劑侵害）、耐旱且短時耐淹的灌木類。

由于道路縱坡坡度大于橫坡坡度，影響生物滯留帶的雨水滯蓄量，因此在滯留帶內(nèi)間隔設置擋水堰（方案一）和擋水坎（方案二），設置間距根據(jù)道路縱坡坡度和長度確定，本案例中擋水堰的間距為8m。生物滯留帶的構(gòu)造如圖4所示。

圖4 方案一的生物滯留帶斷面

2.2.4 蓄水池

蓄水池為地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，道路兩側(cè)各設一座。蓄水池由儲水池和清水池構(gòu)成，儲水池規(guī)模由近30年的降水資料統(tǒng)計確定，在儲水池年均降水收集率不低于85%時，儲水池應能收集日降水量 H =15mm 產(chǎn)生的徑流量，對應儲水池容積經(jīng)計算為70m3；清水池容積根據(jù)綠化用水量和雨前旱期長短規(guī)律確定，滿足1個月綠化用水量[灌水周期為4d，綠化用水定額為2.5 L/（m2·d），儲水池容積經(jīng)計算為30 m3。

與蓄水池相鄰的一段30m長的生物滯留帶為雨水循環(huán)凈化段，儲水池內(nèi)收集的雨水經(jīng)泵送至該生物滯留帶進行滲濾凈化，該生物滯留帶的種植土層為人工填料介質(zhì)，種植苗木選用鳶尾。

3 道路雨水控制利用模型模擬

采用SWMM暴雨管理模型對方案一模式下道路（半幅路）生態(tài)排水系統(tǒng)進行模擬，如圖 5 所示，模型中生物滯留帶由具有下滲功能的蓄水單元（Storage Unit）表達，擋水堰由堰（Weir）表達，降雨雨型選用芝加哥模型，降雨歷時為2h，其余參數(shù)依據(jù)暴雨強度公式設定。模擬結(jié)果表明，在重現(xiàn)期P=10年（降雨量為24.8mm）的降雨情景下，方案一中生物滯留帶—蓄水池運行正常，擋水堰過流能力滿足道路峰值流量，生物滯留帶未出現(xiàn)溢水現(xiàn)象，道路產(chǎn)流量（65m3）全部由生物滯留帶—蓄水池系統(tǒng)收集。

圖5 方案一道路生態(tài)排水系統(tǒng)模型構(gòu)建

同樣利用SWMM模型分別對方案二中傳統(tǒng)管網(wǎng)排水系統(tǒng)及其與生態(tài)排水的組合系統(tǒng)進行模擬，結(jié)果表明，在重現(xiàn)期P= 20年的降雨情景下，組合排水系統(tǒng)可正常運行，管網(wǎng)排水系統(tǒng)的下游管段基本達到滿管流狀態(tài)；而在傳統(tǒng)管網(wǎng)排水系統(tǒng)獨立運行的情況下，下游管段在重現(xiàn)期P=4 年的降雨情景下即達到滿管流，即兩種排水系統(tǒng)的設計排水標準分別為P =20年和P =4年。

4 效益評價

4.1 節(jié)水帶來的經(jīng)濟效益

根據(jù)地區(qū)日降水資料統(tǒng)計規(guī)律，當日降水量≤2mm 的降雨不計算在內(nèi)時，年均降水量為269mm，生物滯留帶—蓄水池年均降水收集率約為85%，則年綠化節(jié)水量為1.5×104m3。

4.2 因減少污染而帶來的經(jīng)濟效益

由于生態(tài)排水系統(tǒng)有效利用了雨水，減少了因雨水排放而帶來的水環(huán)境污染。以排污費為 1.05元/m3作為因消除污染而投入的費用，則每年因減少污染治理而帶來的經(jīng)濟效益為 1.6萬元。

道路傳統(tǒng)管道排水工程及生態(tài)排水系統(tǒng)設計預算分別為58.4 和68.9萬元，即方案一和方案二的總投資分別為58.4 和127.3萬元，鑒于本道路雨水管道不承擔客水排除任務，綜合考慮道路排水安全和雨水綜合利用帶來的經(jīng)濟效益，選擇方案一作為最終實施方案。

5 結(jié)束語

本案例依據(jù)雨水低沖擊開發(fā)理念，針對城市的氣候特點及缺水現(xiàn)狀，提出了利用城市道路綠化帶進行雨水控制利用的有效方式，針對性地解決了工程實施過程遇到的實際問題，總結(jié)如下：

① 利用道路綠化帶對雨水進行滯蓄利用時，根據(jù)綠化帶與雨水管道的銜接關系不同（雨水口位于綠化帶內(nèi)或位于道路邊溝內(nèi)），雨水處置模式可分為在線式和離線式。為提高綠化帶對道路雨水的截流效率，特別是當?shù)缆房v坡坡度大于橫坡坡度時，應采取有效的道路雨水截流方式，如本案例中利用截流池與路緣石豁口截流道路偏溝徑流雨水。

② 當?shù)缆房v坡坡度≥1%時，綠化帶內(nèi)應設置擋水堰以增加綠化帶的雨水滯蓄量，擋水堰間距<10m。

③為防止綠化帶下滲雨水對道路路基造成破壞，綠化帶的側(cè)壁應采取防滲措施，當對下滲雨水進行收集利用或排放時，側(cè)壁和底部可都做防滲。

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