【資源環(huán)境】城市道路雨水如何收集?收集后如何利用?資深設(shè)計(jì)師幫您總結(jié)好了
在城鎮(zhèn)化的大背景下，我國(guó)新建成的建筑接近世界建筑總量的一半，城市規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，城市地表徑流量大幅度增加，城市排水系統(tǒng)負(fù)荷增大，變得越來越復(fù)雜。伴隨而來的是城市雨水徑流產(chǎn)生的諸多嚴(yán)重問題，很多城市都出現(xiàn)了不同程度內(nèi)澇、水災(zāi)現(xiàn)象。城市的發(fā)展、生活水平的提高，城市用水量日益提高，與水資源短缺的矛盾更加突出。
為了解決這一系列問題，黨的十八大提出了生態(tài)文明的理念，2014年11月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》。
海綿城市建設(shè)工作正在全國(guó)全面展開。其中，城市雨洪管理最先進(jìn)的理念和技術(shù)是將雨水就地消納，讓雨水在一定范圍內(nèi)滯留，就地資源化，削減雨水流量峰值;削減雨水外排總量;削減面源污染?！坝晁琴Y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。在城市范圍內(nèi)，采用各種有效措施、因地制宜的對(duì)雨水資源進(jìn)行保護(hù)利用，主要包括：收集、儲(chǔ)存和凈化后的利用。
一、雨水利用的社會(huì)效益和生態(tài)效益
雨水利用應(yīng)根據(jù)具體城市生態(tài)環(huán)境用水和建筑物分布的特點(diǎn)，因地制宜地建造雨水直接利用和間接利用工程，以達(dá)到充分利用城市雨水，提高雨水利用能力和效率的目的。
（1）國(guó)外雨水利用現(xiàn)狀
德國(guó)和日本已走在城市雨水收集、處理系統(tǒng)技術(shù)的最前面，而且發(fā)展非常迅速，目前已建立各種城市雨水收集、處理和應(yīng)用系統(tǒng);我國(guó)的城市雨水處理和應(yīng)用方面起步較晚，特別是處理和綜合利用方面。
（2）國(guó)內(nèi)雨水利用現(xiàn)狀
我國(guó)的雨水資源十分豐富，年降水量約61900億m3，是我國(guó)可利用的重要的淡水資源之一，但對(duì)城市雨水處理和綜合利用方面還很不完善。雖然有部分地區(qū)建立了雨水收集系統(tǒng)，部分成熟的雨水利用技術(shù)從屋面雨水的收集、截污、儲(chǔ)存、過濾、滲透、提升、回用到控制，有一系列的定型產(chǎn)品和組裝式成套設(shè)備;但目前國(guó)內(nèi)對(duì)雨水的利用主要集中在社區(qū)、廣場(chǎng)及公共綠地等范圍內(nèi)，還未對(duì)城市道路雨水主干管道，進(jìn)行綜合處理應(yīng)用。城市道路雨水的收集與利用工程在國(guó)內(nèi)還處于起步階段。
（3）雨水的收集和利用有效補(bǔ)充市政供水不足，減輕城市排水的壓力
因城市用水量日益提高，很多地方原敷設(shè)的輸水管道管經(jīng)已經(jīng)不能滿足使用要求。自來水供應(yīng)已難以同步跟上城市化發(fā)展的步伐。城市的澆灌綠化、沖洗馬路等公益用水及洗車等新興的用水行業(yè)又進(jìn)一步加重了自來水供應(yīng)的負(fù)擔(dān)?？墒敲磕甑谋┯昙竟?jié)，泛濫的雨水又給城市排水造成了極大的困難。而雨水的收集和利用正好解決了城市建設(shè)帶來的這兩大難題。雨水的收集和利用可以為我們帶來許多的好處，我們可以把收集來的雨水用于日常生活 ， 如洗衣洗車、沖洗廁所。當(dāng)然澆灌綠化、沖洗道路、廣場(chǎng)、消防滅火等等更是雨水利用的大戶。雨水的收集和利用還可以減少城市街道雨水徑流量，減輕城市排水的壓力，同時(shí)有效降低雨污合流，減輕污水處理的壓力。
二、雨水利用存在問題
（1）綠化帶降低的辦法收集、過濾雨水，無法進(jìn)行初期棄流
有些雨水利用項(xiàng)目，采用綠化帶降低的辦法收集、過濾雨水。但是這不同于濕地項(xiàng)目，可以種植各種凈化植物，還沒有汽車污染物，以致出現(xiàn)初期雨水污染嚴(yán)重，無法進(jìn)行初期棄流的情況，長(zhǎng)期效果不佳。
可采取措施：城市道路中，擬做雨水利用水源的雨水主干管進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，進(jìn)行初期分流、后期截留，措施簡(jiǎn)便、可行。
（2）雨污分流不徹底，不利于雨水收集利用
舊小區(qū)、道路往往雨污分流不徹底，使雨水容易受到污染，不利于雨水收集利用。
可采取措施：在匯入原有管網(wǎng)前的新建雨、污水分流道路上設(shè)置分段式儲(chǔ)水池，減少污水混入機(jī)會(huì)。
三、城市道路雨水利用及初期雨水分離方案
在市政雨水管道設(shè)計(jì)中，根據(jù)已往城市道路設(shè)計(jì)，雨水管道水力計(jì)算中暴雨強(qiáng)度、徑流系數(shù)較大(路面硬化多)，不考慮兩側(cè)單位及道路的雨水利用，計(jì)算得到的管徑、方溝尺寸偏大。施工工期長(zhǎng)、造價(jià)高，還使水資源白白浪費(fèi)，更增加了城市道路積水和交通擁堵的可能。近幾年我國(guó)多地發(fā)生暴雨時(shí)交通堵塞，雖然與管道系統(tǒng)老舊、不完善有關(guān)，但是如果重視雨水利用，從源頭上減少管道的雨水量負(fù)擔(dān)，才是根本的解決辦法。
（1）可以考慮以下一些措施，在投資不用加大很多的情況下，實(shí)現(xiàn)雨水利用
1)人行道雨水較干凈，無需初期截留設(shè)施、費(fèi)用，直接采用透水設(shè)計(jì)，效果較好。在機(jī)動(dòng)車禁行的小路，雨水也比較清潔，這兩種區(qū)域都可以利用雨水口掛籃等簡(jiǎn)單方式過濾分流可就近收集排入綠地、儲(chǔ)水池(附圖1)。
2)城市機(jī)動(dòng)車道雨水污染較嚴(yán)重，采用初期雨水分流的方法，降低雨水污染。同時(shí)可結(jié)合小區(qū)內(nèi)雨水處理設(shè)施，處理后再應(yīng)用。
因初期路面雨水雜質(zhì)多，經(jīng)過一段時(shí)間雨水沖刷，特別是大雨期間，雨水雜質(zhì)含量降低，所以通過市政排水設(shè)施，管道分流雨水：增加截流管和閥門，排除管底泥沙，截取中段較潔凈雨水。截取到的較潔凈雨水經(jīng)過簡(jiǎn)單處理，就可以直接利用。
3)在機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道之間的隔離帶內(nèi)設(shè)置滲透、滯蓄設(shè)施對(duì)市政雨水進(jìn)行控制，達(dá)到雨水入滲地下和滯留灌溉等利用目的。
4)城市廣場(chǎng)數(shù)量和面積都很大，采用透水磚可以減少?gòu)搅?，補(bǔ)充地下水。避免采用不透水的花崗巖及大理石磚。注意透水磚不應(yīng)該使用凹凸不平的普通便道磚,應(yīng)該平整、美觀。
5)如結(jié)合道路設(shè)計(jì)中的雨水支管設(shè)置小型雨水利用措施，雨水處理設(shè)施設(shè)置方式基本與園區(qū)相同。
6)城市主干道兩側(cè)設(shè)置寬綠化帶，沿道路長(zhǎng)度方向分散設(shè)置多個(gè)集水池?？梢赃m應(yīng)雨水量大、集中等特點(diǎn)。與市政雨水排水設(shè)施就近配合：雨水排入雨水口，集中流入雨水管，管道分段收集雨水，分段排入集水池。而且雨水可就地利用，灌溉綠地。
7)雨、污分流好的城市雨水管渠，城市大雨時(shí)，渠道可沿途打開閥門，既可以起到泄洪作用，又能增加城市景觀綠地下滲量，人工濕地、湖泊、水景等存水量。
雨水經(jīng)過入滲地下、滯留灌溉及截留、收集、儲(chǔ)存等調(diào)控措施，可以減少新設(shè)計(jì)雨水管網(wǎng)管徑、埋深，老舊管網(wǎng)相比較原有體系也等同于增加了市政雨水排放能力。樹上鳥教育給排水設(shè)計(jì)在線教學(xué)楊老師。
（2）雨水集水池等收集、處理設(shè)施的設(shè)置位置
大城市市區(qū)內(nèi)，兩側(cè)用戶一般是大型商場(chǎng)、居民小區(qū)，很少有工廠等污染大戶，減少了污水管道錯(cuò)誤接入雨水的可能。城市主干道管線明確，雨污水管道同期建設(shè)完備，基本實(shí)現(xiàn)了雨污分流，因此建立雨水利用設(shè)施非常方便(附圖2)。
1)現(xiàn)代城市道路設(shè)橫斷面設(shè)計(jì)中，綠地所占比例較大，種植樹木不多，草地比較普遍，便于設(shè)置集水池及雨水凈化設(shè)施?？梢匝刂鞲傻纼蓚?cè)綠化帶長(zhǎng)度方向分散設(shè)置多個(gè)集水池及小型簡(jiǎn)易雨水凈化設(shè)施，用以就近灌溉使用。
2)城市主干道兩側(cè)綠地、廣場(chǎng)也可設(shè)置較大型雨水收集池，處理后用于綠地、廣場(chǎng)及周邊市政景觀澆灌、補(bǔ)水，小型田園灌溉。也可以作為城市道路灑水車用水的供水站。
四、初期雨水分離、處理方案
（1）初期雨水水質(zhì)
降雨初期，雨水溶解了空氣中的大量污染性氣體，降落地面后，又由于沖刷瀝青油氈屋面、瀝青混凝土道路、建筑工地等，使得前期雨水中含有大量的有機(jī)物、病原體、重金屬、油脂、懸浮固體等污染物質(zhì)。關(guān)于初期雨水中所含污染物種類及其質(zhì)量濃度，美國(guó)有一些相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，考慮到發(fā)展水平、地域環(huán)境以及企業(yè)和人口素質(zhì)等因素，國(guó)內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)高于美國(guó)，具體數(shù)據(jù)見表1、2。
由以上幾份統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，初期雨水的污染程度是較高的，有一些污染物的含量接近甚至超過了普通城市污水。如果將初期雨水直接排入自然承受水體，將會(huì)對(duì)水體造成非常嚴(yán)重的污染。一些國(guó)內(nèi)外檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，機(jī)動(dòng)車道的雨水徑流含有較高質(zhì)量濃度的污染物質(zhì)?？梢哉f，城市初期雨水中所含的污染物質(zhì)，很大部分來自機(jī)動(dòng)車道的雨水徑流。
（2）工藝流程
針對(duì)以上問題，可以采取在小雨或下雨的初期，對(duì)機(jī)動(dòng)車道雨水單獨(dú)收集并鋪設(shè)專用管道輸送至專用儲(chǔ)水池，最終排入污水處理廠進(jìn)行處理的設(shè)計(jì)思路。其工藝流程見附圖3。
該方案依然在機(jī)動(dòng)車道與非機(jī)動(dòng)車道之間的隔離帶內(nèi)設(shè)置雨水滲透、滯蓄溝，溝內(nèi)設(shè)置收水井。城市雨水沿慢行系統(tǒng)徑流至溝內(nèi)，當(dāng)溝內(nèi)水位升至雨 水 收 水 井 井 篦 的 位 置 時(shí) ， 雨 水 可 溢 流 到 收 水 井內(nèi)，并通過城市雨水排水系統(tǒng)輸送至雨水泵站，經(jīng)泵站提升后排入人工濕地。濕地水量飽和后，城市雨水可直接排入河道。
機(jī)動(dòng)車道上的初期雨水沿路面徑流至設(shè)置于機(jī)動(dòng)車道內(nèi)側(cè)的收水井，并排入鋪設(shè)于滲透、滯蓄溝下面的機(jī)動(dòng)車道雨水管道，而后被管道輸送至設(shè)置在污水提升泵站(或污水處理廠)附近的儲(chǔ)水池內(nèi)。當(dāng)儲(chǔ)水池容積飽和后，機(jī)動(dòng)車道的雨水可通過收水井內(nèi)的溢流管排入城市雨水系統(tǒng)。儲(chǔ)水池中儲(chǔ)存的初期雨水可在城市污水排放低峰期通過池中的污水泵排放至污水泵站出水管，經(jīng)污水管道排入污水處理廠進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放。
（3）儲(chǔ)水池容積的確定
初期雨水棄流量的確定是比較復(fù)雜的，主要與所在地的氣象條件、周圍環(huán)境條件、地面污染物質(zhì)量濃度等有關(guān)。目前，對(duì)于初期雨水棄流量尚沒有比較科學(xué)權(quán)威的計(jì)算依據(jù)。一般認(rèn)為，除一些特殊環(huán)境(如化工廠、垃圾處置場(chǎng)等)外，降雨形成徑流后，前12.5mm的徑流量為污染物質(zhì)量濃度較高的初期雨水。
統(tǒng)計(jì)出雨水匯水面積范圍內(nèi)的道路面積總和，按 12.5mm的降雨量計(jì)算，儲(chǔ)水池容積可確定為：S =A ×12.5÷1000。式中：S 為儲(chǔ)水池容積，m3 ;A 為雨水匯水面積(匯流范圍內(nèi)的道路面積)，㎡。
（4）方案的優(yōu)缺點(diǎn)
該方案的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地分離污染物質(zhì)量濃度較高的機(jī)動(dòng)車道徑流的雨水，進(jìn)而可以大幅度地降低雨水對(duì)環(huán)境及水體的污染。
但該方案存在以下缺點(diǎn)有待解決：
1)由于儲(chǔ)水池容積是按12.5mm的降雨量設(shè)計(jì)的，容積較小，當(dāng)雨量較大時(shí)，雨水需通過收水井內(nèi)的溢流管溢流至城市雨水管道。當(dāng)儲(chǔ)水池容積飽和后，水位逐漸升高，會(huì)有大量的雨水滯留在機(jī)動(dòng)車道雨水管內(nèi)，若滯留時(shí)間較長(zhǎng)，管內(nèi)容易沉積泥沙等污染物。
2)儲(chǔ)水池需要占用較大的地下空間。
3)儲(chǔ)水池結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，池內(nèi)設(shè)備較多，為控制和管理帶來困難。
4)因該方案增設(shè)機(jī)動(dòng)車道雨水專用排水管道及儲(chǔ)水池，與傳統(tǒng)的雨水收集、排放系統(tǒng)相比投資較大。
5)為減小儲(chǔ)水池容積，該方案只考慮對(duì)徑流量為12.5mm的雨水進(jìn)行收集和處理，雨量較大時(shí)，初期雨水仍會(huì)對(duì)受納水體造成污染。
五、城市道路雨水利用與居民小區(qū)雨水利用的結(jié)合
居民小區(qū)安裝雨水收集和利用設(shè)施，雨水通過這些設(shè)施收集到一起，經(jīng)過簡(jiǎn)單的過濾處理，就可以用來澆灌綠地、建觀賞水景、沖刷路面，或供小區(qū)居民洗車、沖廁，這樣不但節(jié)約了大量自來水，還可以為居民節(jié)省大量水費(fèi)。
在市政道路排水設(shè)計(jì)中，可以注意與綠地、小區(qū)雨水池相配合，并且可以利用小區(qū)雨水處理設(shè)施，將部分雨水處理后，排入附近渠道，以補(bǔ)充景觀用水。
六、結(jié)束語
針對(duì)目前雨水造成的徑流污染，合理的規(guī)劃雨水入滲、收集處理和利用設(shè)施，不僅能解決現(xiàn)存的徑流污染問題，也為生活和工業(yè)用水提供水源;起到調(diào)節(jié)、補(bǔ)充地區(qū)水資源和補(bǔ)給地下水資源的作用。因而，經(jīng)濟(jì)合理、符合現(xiàn)狀的雨水收集、處理和綜合利用技術(shù)成為我國(guó)急需深入研究和探討課題。
市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，如能充分利用雨水，可以減少雨水管道管徑及市政建設(shè)投資、維護(hù)等一系列費(fèi)用。雨水利用是從源頭減少雨水排泄量，是根本的解決辦法，市政雨水管道承擔(dān)了大部分城市雨水泄流任務(wù)，是為市區(qū)道路兩側(cè)用戶服務(wù)的，服務(wù)范圍廣，必將在雨水利用中起到更大作用。
合理、有效利用雨水資源，需要根據(jù)不同地區(qū)的具體情況深入研究。特別是市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雨水的分流、再利用還有很多具體問題、細(xì)節(jié)需要解決優(yōu)化。
本文作者供職單位：煙臺(tái)市建筑設(shè)計(jì)研究股份有限公司 邵迎旭 崔志國(guó) 高紅偉
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