城市道路及廣場的雨水利用

1、城市道路及廣場的雨水利用王玉軒 王武林 張燕摘要：以西安城區(qū)道路年集雨量為出發(fā)點，采用排放滲透一體化模式，增加道路、廣場的雨水收集、存儲及滲透利用，以緩解城市水資源緊張及城區(qū)雨洪負(fù)荷過大等問題。關(guān)鍵詞：道路集雨；雨水利用；成本；適用性城市在不斷進(jìn)步，田野、草地、樹林、荒灘等土地逐漸被道路、廣場、廠房、住宅所替代。原本要滲入土壤的降水（雨水）卻被不斷增加城市硬化地面攔阻，并通過城市雨水管道排走了。漸漸地，城市的水源吃緊了，霧霾卻日漸嚴(yán)重了。“雨水是資源，綜合利用在前，排放在后”， 是城市雨水利用途徑的指導(dǎo)思想。有多少原本屬于土壤的降水（雨水）被迅速排走？這些被迅速排走的降水（雨水）能否被利用？本

2、文給出一個“把雨水請入土壤”的設(shè)想，并提出一個模塊式的解決方案。為此，我們先認(rèn)識一個新的概念：“年集水噸面積”。一、從“年平均降水量”到 “年集水噸面積”一個地方年平均降水量是一個常數(shù)，用P表示，單位：米（m）。那么，在該地方一年中平均收集降水一噸所需要的面積，這是一個新概念：地方平均年集水噸面積，簡稱“年集水噸面積”，也是一個常數(shù)，用A表示，單位：平方米/噸（m2/t）。二者之間關(guān)系如下：1噸水=1立方米水=年集水噸面積*年降水量即：A*P=1（年集水噸面積*年降水量=1） (3-1)故年集水噸面積： A =1/P（平方米/噸） (3-2)集水面積為S平方米（m2）每年的集水量為： V=S/

3、 A（噸） (3-3) 年集水噸面積側(cè)重于體現(xiàn)建筑（或集水）工程的積水能力，也可以稱作為該建筑（或集水）工程需要提供的排水能力。(3-3)式表明每增加S面積的硬化地面，每年將會有V=S/ A（噸）的未被利用的雨水，隨城市雨水管道流失。二、用“年集水噸面積”概念認(rèn)識西安西安市年平均降水量537.51028.4毫米，其中，市區(qū)年平均降水量584.9毫米1，由公式(3-2)知西安地區(qū)年集水噸面積為：A =1/P（m2/ t）=1/0.5849=1.7092.00（m2/ t）也就是說，在西安，每1.71平方米集雨面每年均可收集雨水一噸，本文取值A(chǔ) =2.00（m2/ t）。50米是常人一分鐘所走的距

4、離（每步約0.6米，一分鐘約90步），也是城市道路兩側(cè)相鄰兩個雨水口之間的最大距離2。城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范（GB 50220-95，第條）要求， 200萬以上人口的大城市，其道路設(shè)計應(yīng)滿足：主干路4555 m，次干路4050 m，支路1530m的寬度要求。這里我們以主干路50 m，次干路40 m，支路20m寬為例，分別計算一個雨水口一年所能收集的降水量。由(3-3)式： V=S/A 可以算出一個雨水口一年所能收集的降水量分別為：V主= 1250噸、V次=1000噸、V支=500噸。并由此推知，一公里的城市主干路、次干路和支路每年可收集雨水分別為:25000噸、20000噸和10000噸。城

5、市道路的集水能力是隨著城市發(fā)展而增大的?！敖刂?014年年底，西安城市道路長度3146公里，道路面積7199.75萬平方米3”，該道路的年集水量達(dá)3600萬噸。城市道路的集雨能力及其開發(fā)利用空間巨大；若不被利用，原本屬于土壤的雨水被白白地迅速排走。三、排放滲透一體化系統(tǒng)排放滲透一體化系統(tǒng)含排放環(huán)節(jié)和滲透環(huán)節(jié)兩部分，并以滲透環(huán)節(jié)滿足雨水自然滲透且滲透區(qū)域結(jié)構(gòu)不受影響為前提條件。沿道路方向有不小于3米寬的綠化帶是道路排放滲透一體化系統(tǒng)前提條件。本文以道路排放滲透一體化系統(tǒng)為例進(jìn)行論證說明，廣場排放滲透一體化系統(tǒng)與之類似。該系統(tǒng)如圖1所示。圖1排放滲透一體化系統(tǒng)示意圖排放環(huán)節(jié)：設(shè)計或改造道路的直接排

6、放雨水口為間接排放雨水口，即溢流式雨水口。該方案將雨水口由傳統(tǒng)的一個出水口，變?yōu)楝F(xiàn)在的兩個出水口組成，即溢流口（雨水排放出水口）和滲透出水口；且滿足溢流水位高程差為0.4-0.5米。當(dāng)雨水匯入溢流式雨水口時，先從滲透出水口流出，直到水位達(dá)到溢流水位時，才從溢流口流出，完成先滲透再排放的取舍過程。溢流式排放滲透示意如圖2所示。圖2 溢流式排放滲透示意圖4滲透環(huán)節(jié)：在沿道路方向的綠化帶中，距人行道1.5m處布置管徑為DN200（或DN315）的普通滲透排水管，管外填配礫石層；同時對應(yīng)道路雨水口處在滲透排水管線位置上建造滲透檢查井。雨水滲透檢查井并不參與滲透，以道路雨水口面為深度零面，其長寬深截面尺

7、寸分別為1.2 m×1.2 m×1.4 m。雨水滲透檢查井臨道路雨水口一側(cè)，以管徑為DN200的雨水管與滲透出水口相連接；另外兩側(cè)或三側(cè)（依綠化帶寬度及走向而定）連接管徑為DN200（或DN315）的普通滲透排水管。該檢查井要求：滲水管底部比入水管底部低0.1 m，比檢查井底部高0.2 m。滲透管填埋示意如圖3所示，其數(shù)據(jù)關(guān)系為：b=D（D為雨水滲透管管徑、b管壁到礫石邊的距離）； H= h+b，（h為道路雨水口面到滲透雨水管口下沿的距離）。圖3滲透管填埋圖四、排放滲透一體化系統(tǒng)調(diào)蓄雨水量及一晝夜的滲水量1、排放滲透一體化系統(tǒng)儲水量將一個雨水口處的雨水滲透檢查井和道路相鄰兩

8、個雨水口間50 m長的雨水滲透管所組成的單元，稱之為一個排放滲透一體化系統(tǒng)模塊，簡稱排放滲透模塊。本系統(tǒng)模塊的儲水量由“滲透檢查井”和 “雨水滲透管”的儲水量組成。雨水滲透檢查井的儲水量雨水滲透檢查井儲水水位的最大深度由溢流雨水口的溢流水位高程和雨水口底部到雨水滲透檢查井底部的高程差決定。雨水口m，雨水口底部到雨水滲透檢查井底部的高程差為0.3 m。故雨水滲透檢查井可調(diào)蓄最大雨水量為：Q井1.2×1.2×0.81.15(m3)雨水滲透管的儲水量雨水滲透管填埋圖3所示, DN200雨水滲透排水管外填配礫石層的截面尺寸約為0.6 m×0.6 m，50米DN200滲透管

9、道可調(diào)蓄最大雨水量：Q管20050×（0.6×0.6-0.1×0.1×3.14）×0.21+0.1×0.1×3.1450×0.1=5.0(m3) ( 其中0.21為滲透管道外圍配填礫石的孔隙率)。同理，50米DN315滲透管道可調(diào)蓄最大雨水量：Q管31550×0.234=11.70(m3)。經(jīng)上述計算可得出, DN200排放滲透模塊或DN315排放滲透模塊，所能調(diào)蓄雨水量分別為：Q200儲Q管200+ Q井5.0+1.15=6.15(m3)。Q315儲Q管300+ Q井11.70+1.15=12.85 (

10、m3)。2、排放滲透一體化系統(tǒng)一晝夜的滲水量由于排放滲透模塊在沿道路方向的綠化帶中，依滲透管填埋圖，按礫石層含水量飽和且側(cè)面面積按1/2折算成底面面積參與滲透，并取壤土的孔隙度5565%的均值60%，按其60%有效計算，取礫石、黃土滲透系數(shù)1.0×10-1和5.0×10-4（cm×s-1），礫石的孔隙率0.21。排放滲透模塊一晝夜所能滲透的雨水量為： Q 200滲23.34×60%×60%8.40 (m3) 8.40噸,Q 315滲35.01×60%×60%12.60 (m3) 12.60噸。該計算表明，DN200排放滲透模

11、塊和DN315排放滲透模塊，均能在一晝夜間將本模塊中的雨水全部排完。五、了解西安的降水情況西安市區(qū)年平均降水量584.9毫米，年平均降水日數(shù)96.6天。其中夏季降雨最多,其次為秋季，夏秋兩季降水量占年降水量的67.5075.25。每年7月降水日日均降水量是最多的，平均為9.26毫米5；對于相應(yīng)以主干路50 m，次干路40 m，支路20m寬且道路地面徑流系數(shù)0.8，分別計算一個雨水口一天的實際徑流量分別為： V主 =18.52（噸）、V次=14.82（噸）、V支=7.41（噸）以上三種道路的雨水徑流量值，與DN200或DN315排放滲透模塊所能調(diào)蓄雨水量6.15噸或12.85噸相比，我們可以得出

12、：當(dāng)?shù)缆穼挾炔淮笥?0米時，采用DN200排放滲透模塊較為適宜；當(dāng)?shù)缆穼挾炔淮笥?0米時，采用DN315排放滲透模塊。一般情況而言，一個DN200（或DN315）排放滲透模塊，可以吸納1000 m2集雨面上6.15 mm（或12.35 mm）的地面徑流，在24小時內(nèi)吸納量為12 mm（或24 mm）的地面徑流。該結(jié)論也是不同集雨面選擇不同排放滲透模塊的依據(jù)。六、排放滲透一體化系統(tǒng)模塊成本計算由排放滲透系統(tǒng)模塊示意圖知，本系統(tǒng)模塊由“從雨水口到滲透檢查井工程”、 “滲透檢查井工程”和 “雨水滲透管土方工程”三部分組成。按市場價計算，DN200排放滲透模塊成本約為1.52萬元； DN315排放滲透

13、模塊成本分約為2.66萬元。其中三部分組成成本如下：從雨水口到滲透檢查井工程造價約為710.5元;滲透檢查井工程造價約為1497.6元;DN200雨水滲透管50 m工程造價約為12927.7元;DN315雨水滲透管50 m工程造價約為24408元。七、排放滲透一體化系統(tǒng)模塊的特點綜上文所述，排放滲透一體化系統(tǒng)模塊能有效地減少城市道路廣場的雨水排放，并通過滲透方式實現(xiàn)“把雨水請入土壤”，該系統(tǒng)模塊有以下顯著特點：1、該模塊集雨及減輕雨洪負(fù)荷成效好，一個DN200（或DN315）模塊，可以吸納1000 m2集雨面上6.15 mm（或12.35 mm）的地面徑流；2、該模塊成本小（DN200模塊1.52萬元，DN315模塊2.66萬元）、技術(shù)要求低、便于施工，維護(hù)方便；3、該模塊設(shè)計方案適應(yīng)性強，既可以在道路上連線實施，也可以在適合地點單獨實施；4、該模塊推廣區(qū)域廣泛，既可以在新建區(qū)域規(guī)劃實施，也可以對已建地域適宜改造。5、該模塊不