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深圳市水务规划设计院
摘要：城市道路雨水径流带来的污染负荷较高，城市道路雨水控制与利用对保护城市水环境意义重大。本文就道路生态排水系统设计进行了探究，以供参考。
关键词：城市道路；排水系统；设计
1 工程概况
本文以某道路生态排水系统为例，介绍了雨水生物滞留带—蓄水池集成技术的应用，旨在探讨道路雨水综合利用的方式和设计方法。该道路属城市支路，全长为 289 m，红线宽度为 24 m，包括 14 m 宽的机动车道（双向四车道）、两侧各 3 m宽的机非分隔绿化带及 2 m 宽的人行道；道路纵坡为单一坡向，最大和最小纵坡坡度分别为 2.8% 和1.9%，道路横坡坡度为 1.5%。
道路生态排水方案如下：将机非分隔绿化带设置为具有雨水滞蓄功能的生物滞留带，在道路末端绿化带与人行道下设置地下蓄水池（包括储水池和清水池），并配备绿化灌溉系统及市政自来水补水系统，通过生物滞留带和蓄水池收集、储存和净化道路雨水，净化后的雨水可回用于绿化带灌溉用水。
2 实施方案及设计参数
2.1 实施方案
道路排水原设计方案为路中铺设 DN400 雨水干管排除路面雨水，设计重现期P =2年，不承担周围地块雨水的排除。道路生态排水系统设计有两个可选方案，方案一为在线式雨水处置模式，取消雨水管道排水系统；方案二为离线式雨水处置模式，保留雨水管道排水系统。工艺流程如图 1 所示。
图 1 道路雨水处置工艺流程
2.1.1 方案一（在线式）
雨水设施平面布置如图 2 所示。
图2 方案一的雨水设施平面布置
道路雨水由位于道路偏沟内的截流池进入生物滞留带，生物滞留带内设置挡水堰将其分隔为若干段，挡水堰可解决由于道路纵坡较大导致的滞留带雨水滞蓄量不足的问题，超过滞留带滞蓄能力的水由挡水堰溢流至下一段，最终由末端的溢流井进入储水池，滞留带滞蓄下渗的雨水经底部穿孔收集管汇入清水池。
2.1.2 方案二（离线式）
雨水设施平面布置如图 3 所示。
图3 方案二的雨水设施平面布置
生物滞留带由挡水坎分隔成若干段，道路雨水由路缘石豁口进入生物滞留带，每段滞留带沿道路纵坡方向的起端和末端分别设置一豁口，超过滞留带滞蓄能力的雨水由末端豁口流出，再经道路雨水口汇入雨水管道，最终进入储水池。
2.2 设计参数
2.2.1 路缘石豁口
路缘石豁口起到截流道路雨水的作用，设计间距和开口宽度与道路纵坡坡度、横坡坡度及设计过水流量有关，计算得到路缘石豁口间距为10m，开口宽度为 0.5m。
2.2.2 截流池
截流池起到道路雨水截流和预沉淀的作用，截流池溢水可由侧壁洞口和路缘石豁口进入生物滞留带，截流池底部设置排空管与滞留带连通，可防止池内积水。截流池间距不应大于雨水口设置间距，本案例中截流池的间距为30～35m。
2.2.3 生物滞留带
生物滞留带构造包括蓄水层（方案一、方案二的最大蓄水深度分别为 0.15、0.30m）、0.7m 厚的种植土层、0.3m 厚的人工填料介质层、0.25m 厚的砾石排水层（其中设置 DN150的 PVC 穿孔收集管与清水池连接）、滞留带底部及侧壁防渗。种植土厚度与滞留带内的植物种类有关，本案例选种当地耐碱（防融雪剂侵害）、耐旱且短时耐淹的灌木类。
由于道路纵坡坡度大于横坡坡度，影响生物滞留带的雨水滞蓄量，因此在滞留带内间隔设置挡水堰（方案一）和挡水坎（方案二），设置间距根据道路纵坡坡度和长度确定，本案例中挡水堰的间距为8m。生物滞留带的构造如图4所示。
图4 方案一的生物滞留带断面
2.2.4 蓄水池
蓄水池为地下钢筋混凝土结构，道路两侧各设一座。蓄水池由储水池和清水池构成，储水池规模由近30年的降水资料统计确定，在储水池年均降水收集率不低于85%时，储水池应能收集日降水量 H =15mm 产生的径流量，对应储水池容积经计算为70m3；清水池容积根据绿化用水量和雨前旱期长短规律确定，满足1个月绿化用水量[灌水周期为4d，绿化用水定额为2.5 L/（m2·d），储水池容积经计算为30 m3。
与蓄水池相邻的一段30m长的生物滞留带为雨水循环净化段，储水池内收集的雨水经泵送至该生物滞留带进行渗滤净化，该生物滞留带的种植土层为人工填料介质，种植苗木选用鸢尾。
3 道路雨水控制利用模型模拟
采用SWMM暴雨管理模型对方案一模式下道路（半幅路）生态排水系统进行模拟，如图 5 所示，模型中生物滞留带由具有下渗功能的蓄水单元（Storage Unit）表达，挡水堰由堰（Weir）表达，降雨雨型选用芝加哥模型，降雨历时为2h，其余参数依据暴雨强度公式设定。模拟结果表明，在重现期P=10年（降雨量为24.8mm）的降雨情景下，方案一中生物滞留带—蓄水池运行正常，挡水堰过流能力满足道路峰值流量，生物滞留带未出现溢水现象，道路产流量（65m3）全部由生物滞留带—蓄水池系统收集。
图5 方案一道路生态排水系统模型构建
同样利用SWMM模型分别对方案二中传统管网排水系统及其与生态排水的组合系统进行模拟，结果表明，在重现期P= 20年的降雨情景下，组合排水系统可正常运行，管网排水系统的下游管段基本达到满管流状态；而在传统管网排水系统独立运行的情况下，下游管段在重现期P=4 年的降雨情景下即达到满管流，即两种排水系统的设计排水标准分别为P =20年和P =4年。
4 效益评价
4.1 节水帶来的经济效益
根据地区日降水资料统计规律，当日降水量≤2mm 的降雨不计算在内时，年均降水量为269mm，生物滞留带—蓄水池年均降水收集率约为85%，则年绿化节水量为1.5×104m3。
4.2 因减少污染而带来的经济效益
由于生态排水系统有效利用了雨水，减少了因雨水排放而带来的水环境污染。以排污费为 1.05元/m3作为因消除污染而投入的费用，则每年因减少污染治理而带来的经济效益为 1.6万元。
道路传统管道排水工程及生态排水系统设计预算分别为58.4 和68.9万元，即方案一和方案二的总投资分别为58.4 和127.3万元，鉴于本道路雨水管道不承担客水排除任务，综合考虑道路排水安全和雨水综合利用带来的经济效益，选择方案一作为最终实施方案。
5 结束语
本案例依据雨水低冲击开发理念，针对城市的气候特点及缺水现状，提出了利用城市道路绿化带进行雨水控制利用的有效方式，针对性地解决了工程实施过程遇到的实际问题，总结如下：
① 利用道路绿化带对雨水进行滞蓄利用时，根据绿化带与雨水管道的衔接关系不同（雨水口位于绿化带内或位于道路边沟内），雨水处置模式可分为在线式和离线式。为提高绿化带对道路雨水的截流效率，特别是当道路纵坡坡度大于横坡坡度时，应采取有效的道路雨水截流方式，如本案例中利用截流池与路缘石豁口截流道路偏沟径流雨水。
② 当道路纵坡坡度≥1%时，绿化带内应设置挡水堰以增加绿化带的雨水滞蓄量，挡水堰间距<10m。
③为防止绿化带下渗雨水对道路路基造成破坏，绿化带的侧壁应采取防渗措施，当对下渗雨水进行收集利用或排放时，侧壁和底部可都做防渗。
参考文献：
[1] 王佳，王思思，车伍. 低影响开发与绿色雨水基础设施的植物选择与设计[J]. 中国给水排水，2012，28（21）：45 -47，50.
[2] 李俊奇，王文亮，边静，等. 城市道路雨水生态处置技术及其案例分析[J]. 中国给水排水，2010，26（16）：60- 64.
[3] 李彤. 城市道路下的生态排水措施分析[J]. 中国给水排水，2012，28（16）：5 -8.
[4] 潘国庆，车伍，李俊奇，等. 城镇雨水收集利用储存池优化规模的探讨[J]. 给水排水，2008，34（12）：42 -47.
摘要：城市道路雨水径流带来的污染负荷较高，城市道路雨水控制与利用对保护城市水环境意义重大。本文就道路生态排水系统设计进行了探究，以供参考。
关键词：城市道路；排水系统；设计
1 工程概况
本文以某道路生态排水系统为例，介绍了雨水生物滞留带—蓄水池集成技术的应用，旨在探讨道路雨水综合利用的方式和设计方法。该道路属城市支路，全长为 289 m，红线宽度为 24 m，包括 14 m 宽的机动车道（双向四车道）、两侧各 3 m宽的机非分隔绿化带及 2 m 宽的人行道；道路纵坡为单一坡向，最大和最小纵坡坡度分别为 2.8% 和1.9%，道路横坡坡度为 1.5%。
道路生态排水方案如下：将机非分隔绿化带设置为具有雨水滞蓄功能的生物滞留带，在道路末端绿化带与人行道下设置地下蓄水池（包括储水池和清水池），并配备绿化灌溉系统及市政自来水补水系统，通过生物滞留带和蓄水池收集、储存和净化道路雨水，净化后的雨水可回用于绿化带灌溉用水。
2 实施方案及设计参数
2.1 实施方案
道路排水原设计方案为路中铺设 DN400 雨水干管排除路面雨水，设计重现期P =2年，不承担周围地块雨水的排除。道路生态排水系统设计有两个可选方案，方案一为在线式雨水处置模式，取消雨水管道排水系统；方案二为离线式雨水处置模式，保留雨水管道排水系统。工艺流程如图 1 所示。
图 1 道路雨水处置工艺流程
2.1.1 方案一（在线式）
雨水设施平面布置如图 2 所示。
图2 方案一的雨水设施平面布置
道路雨水由位于道路偏沟内的截流池进入生物滞留带，生物滞留带内设置挡水堰将其分隔为若干段，挡水堰可解决由于道路纵坡较大导致的滞留带雨水滞蓄量不足的问题，超过滞留带滞蓄能力的水由挡水堰溢流至下一段，最终由末端的溢流井进入储水池，滞留带滞蓄下渗的雨水经底部穿孔收集管汇入清水池。
2.1.2 方案二（离线式）
雨水设施平面布置如图 3 所示。
图3 方案二的雨水设施平面布置
生物滞留带由挡水坎分隔成若干段，道路雨水由路缘石豁口进入生物滞留带，每段滞留带沿道路纵坡方向的起端和末端分别设置一豁口，超过滞留带滞蓄能力的雨水由末端豁口流出，再经道路雨水口汇入雨水管道，最终进入储水池。
2.2 设计参数
2.2.1 路缘石豁口
路缘石豁口起到截流道路雨水的作用，设计间距和开口宽度与道路纵坡坡度、横坡坡度及设计过水流量有关，计算得到路缘石豁口间距为10m，开口宽度为 0.5m。
2.2.2 截流池
截流池起到道路雨水截流和预沉淀的作用，截流池溢水可由侧壁洞口和路缘石豁口进入生物滞留带，截流池底部设置排空管与滞留带连通，可防止池内积水。截流池间距不应大于雨水口设置间距，本案例中截流池的间距为30～35m。
2.2.3 生物滞留带
生物滞留带构造包括蓄水层（方案一、方案二的最大蓄水深度分别为 0.15、0.30m）、0.7m 厚的种植土层、0.3m 厚的人工填料介质层、0.25m 厚的砾石排水层（其中设置 DN150的 PVC 穿孔收集管与清水池连接）、滞留带底部及侧壁防渗。种植土厚度与滞留带内的植物种类有关，本案例选种当地耐碱（防融雪剂侵害）、耐旱且短时耐淹的灌木类。
由于道路纵坡坡度大于横坡坡度，影响生物滞留带的雨水滞蓄量，因此在滞留带内间隔设置挡水堰（方案一）和挡水坎（方案二），设置间距根据道路纵坡坡度和长度确定，本案例中挡水堰的间距为8m。生物滞留带的构造如图4所示。
图4 方案一的生物滞留带断面
2.2.4 蓄水池
蓄水池为地下钢筋混凝土结构，道路两侧各设一座。蓄水池由储水池和清水池构成，储水池规模由近30年的降水资料统计确定，在储水池年均降水收集率不低于85%时，储水池应能收集日降水量 H =15mm 产生的径流量，对应储水池容积经计算为70m3；清水池容积根据绿化用水量和雨前旱期长短规律确定，满足1个月绿化用水量[灌水周期为4d，绿化用水定额为2.5 L/（m2·d），储水池容积经计算为30 m3。
与蓄水池相邻的一段30m长的生物滞留带为雨水循环净化段，储水池内收集的雨水经泵送至该生物滞留带进行渗滤净化，该生物滞留带的种植土层为人工填料介质，种植苗木选用鸢尾。
3 道路雨水控制利用模型模拟
采用SWMM暴雨管理模型对方案一模式下道路（半幅路）生态排水系统进行模拟，如图 5 所示，模型中生物滞留带由具有下渗功能的蓄水单元（Storage Unit）表达，挡水堰由堰（Weir）表达，降雨雨型选用芝加哥模型，降雨历时为2h，其余参数依据暴雨强度公式设定。模拟结果表明，在重现期P=10年（降雨量为24.8mm）的降雨情景下，方案一中生物滞留带—蓄水池运行正常，挡水堰过流能力满足道路峰值流量，生物滞留带未出现溢水现象，道路产流量（65m3）全部由生物滞留带—蓄水池系统收集。
图5 方案一道路生态排水系统模型构建
同样利用SWMM模型分别对方案二中传统管网排水系统及其与生态排水的组合系统进行模拟，结果表明，在重现期P= 20年的降雨情景下，组合排水系统可正常运行，管网排水系统的下游管段基本达到满管流状态；而在传统管网排水系统独立运行的情况下，下游管段在重现期P=4 年的降雨情景下即达到满管流，即两种排水系统的设计排水标准分别为P =20年和P =4年。
4 效益评价
4.1 节水帶来的经济效益
根据地区日降水资料统计规律，当日降水量≤2mm 的降雨不计算在内时，年均降水量为269mm，生物滞留带—蓄水池年均降水收集率约为85%，则年绿化节水量为1.5×104m3。
4.2 因减少污染而带来的经济效益
由于生态排水系统有效利用了雨水，减少了因雨水排放而带来的水环境污染。以排污费为 1.05元/m3作为因消除污染而投入的费用，则每年因减少污染治理而带来的经济效益为 1.6万元。
道路传统管道排水工程及生态排水系统设计预算分别为58.4 和68.9万元，即方案一和方案二的总投资分别为58.4 和127.3万元，鉴于本道路雨水管道不承担客水排除任务，综合考虑道路排水安全和雨水综合利用带来的经济效益，选择方案一作为最终实施方案。
5 结束语
本案例依据雨水低冲击开发理念，针对城市的气候特点及缺水现状，提出了利用城市道路绿化带进行雨水控制利用的有效方式，针对性地解决了工程实施过程遇到的实际问题，总结如下：
① 利用道路绿化带对雨水进行滞蓄利用时，根据绿化带与雨水管道的衔接关系不同（雨水口位于绿化带内或位于道路边沟内），雨水处置模式可分为在线式和离线式。为提高绿化带对道路雨水的截流效率，特别是当道路纵坡坡度大于横坡坡度时，应采取有效的道路雨水截流方式，如本案例中利用截流池与路缘石豁口截流道路偏沟径流雨水。
② 当道路纵坡坡度≥1%时，绿化带内应设置挡水堰以增加绿化带的雨水滞蓄量，挡水堰间距<10m。
③为防止绿化带下渗雨水对道路路基造成破坏，绿化带的侧壁应采取防渗措施，当对下渗雨水进行收集利用或排放时，侧壁和底部可都做防渗。
参考文献：
[1] 王佳，王思思，车伍. 低影响开发与绿色雨水基础设施的植物选择与设计[J]. 中国给水排水，2012，28（21）：45 -47，50.
[2] 李俊奇，王文亮，边静，等. 城市道路雨水生态处置技术及其案例分析[J]. 中国给水排水，2010，26（16）：60- 64.
[3] 李彤. 城市道路下的生态排水措施分析[J]. 中国给水排水，2012，28（16）：5 -8.
[4] 潘国庆，车伍，李俊奇，等. 城镇雨水收集利用储存池优化规模的探讨[J]. 给水排水，2008，34（12）：42 -47.