城市道路及廣場(chǎng)的雨水利用

.z.城市道路及廣場(chǎng)的雨水利用王玉軒王武林燕摘要：以城區(qū)道路年集雨量為出發(fā)點(diǎn)，采用排放滲透一體化模式，增加道路、廣場(chǎng)的雨水收集、存儲(chǔ)及滲透利用，以緩解城市水資源緊及城區(qū)雨洪負(fù)荷過大等問題。關(guān)鍵詞：道路集雨；雨水利用；本錢；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(chǎng)、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？本文給出一個(gè)"把雨水請(qǐng)入土壤〞的設(shè)想，并提出一個(gè)模塊式的解決方案。為此，我們先認(rèn)識(shí)一個(gè)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(gè)地方年平均降水量是一個(gè)常數(shù)，用P表示，單位：米〔m〕。則，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(gè)新概念：地方平均年集水噸面積，簡(jiǎn)稱"年集水噸面積〞，也是一個(gè)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/A〔噸〕(3-3)年集水噸面積側(cè)重于表達(dá)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)式說明每增加S面積的硬化地面，每年將會(huì)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(shí)市年平均降水量537.5～1028.4毫米，其中，市區(qū)年平均降水量584.9毫米[1]，由公式(3-2)知地區(qū)年集水噸面積為：A=1/P〔m2/t〕=1/0.5849=1.709≤2.00〔m2/t〕也就是說，在，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(gè)雨水口之間的最大距離[2]。"城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)"〔GB50220-95，第條〕要求，200萬以上人口的大城市，其道路設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：主干路45~55m，次干路40~50m，支路15~30m的寬度要求。這里我們以主干路50m，次干路40m，支路20m寬為例，分別計(jì)算一個(gè)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(gè)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。城市道路的集水能力是隨著城市開展而增大的。"截至2014年年底，城市道路長(zhǎng)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；假設(shè)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)兩局部，并以滲透環(huán)節(jié)滿足雨水自然滲透且滲透區(qū)域構(gòu)造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)展論證說明，廣場(chǎng)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(jì)或改造道路的直接排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(gè)出水口，變?yōu)楝F(xiàn)在的兩個(gè)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(shí)，先從滲透出水口流出，直到水位到達(dá)溢流水位時(shí)，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(shí)對(duì)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(zhǎng)寬深截面尺寸分別為1.2m×1.2m×1.4m。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〕連接收徑為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0.1m，比檢查井底部高0.2m。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(chǔ)水量將一個(gè)雨水口處的雨水滲透檢查井和道路相鄰兩個(gè)雨水口間50m長(zhǎng)的雨水滲透管所組成的單元，稱之為一個(gè)排放滲透一體化系統(tǒng)模塊，簡(jiǎn)稱排放滲透模塊。本系統(tǒng)模塊的儲(chǔ)水量由"滲透檢查井〞和"雨水滲透管〞的儲(chǔ)水量組成。雨水滲透檢查井的儲(chǔ)水量m，雨水口底部到雨水滲透檢查井底部的高程差為0.3m。故雨水滲透檢查井可調(diào)蓄最大雨水量為：Q井＝1.2×1.2×0.8＝1.15(m3)雨水滲透管的儲(chǔ)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0.6m×0.6m，50米DN200滲透管道可調(diào)蓄最大雨水量：Q管200＝50×[〔0.6×0.6-0.1×0.1×3.14〕×0.21+0.1×0.1×3.14]＝50×0.1=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315＝50×0.234=11.70(m3)。經(jīng)上述計(jì)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(chǔ)＝Q管200+Q井＝5.0+1.15=6.15(m3)。Q315儲(chǔ)＝Q管300+Q井＝11.70+1.15=12.85(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55—65%的均值60%，按其60%有效計(jì)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：Q200滲＝23.34×60%×60%＝8.40(m3)＝8.40噸,Q315滲＝35.01×60%×60%＝12.60(m3)＝12.60噸。該計(jì)算說明，DN200排放滲透模塊和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、了解的降水情況市區(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67.50％～75.25％。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(duì)于相應(yīng)以主干路50m，次干路40m，支路20m寬且道路地面徑流系數(shù)0.8，分別計(jì)算一個(gè)雨水口一天的實(shí)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：當(dāng)?shù)缆穼挾炔淮笥?0米時(shí)，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(shí)，采用DN315排放滲透模塊。一般情況而言，一個(gè)DN200〔或DN315〕排放滲透模塊，可以吸納1000m2集雨面上6.15mm〔或12.35mm〕的地面徑流，在24小時(shí)吸納量為12mm〔或24mm〕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)模塊本錢計(jì)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〞三局部組成。按市場(chǎng)價(jià)計(jì)算，DN200排放滲透模塊本錢約為1.52萬元；DN315排放滲透模塊本錢分約為2.66萬元。其中三局部組成本錢如下：從雨水口到滲透檢查井工程造價(jià)約為710.5元;滲透檢查井工程造價(jià)約為1497.6元;DN200雨水滲透管50m工程造價(jià)約DN315雨水滲透管50m工程造價(jià)約七、排放滲透一體化系統(tǒng)模塊的特點(diǎn)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(chǎng)的雨水排放，并通過滲透方式實(shí)現(xiàn)"把雨水請(qǐng)入土壤〞，該系統(tǒng)模塊有以下顯著特點(diǎn)：1、該模塊集雨及減輕雨洪負(fù)荷成效好，一個(gè)DN200〔或DN315〕模塊，可以吸納1000m2集雨面上6.15mm2、該模塊本錢小〔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(jì)方案適應(yīng)性強(qiáng)，既可以在道路上連線實(shí)施，也可以在適合地點(diǎn)單獨(dú)實(shí)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(shí)施，也可以對(duì)已建地域適宜改造。5、該模塊不另占規(guī)劃用地。參考