城市道路路面雨水收集与利用系统设计

于 宵

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司道路桥梁设计研究院，上海 200092）

0 引言

随着城市化的进一步加速，城市缺水的矛盾也进一步加深，环境与生态问题也同步扩展。我国是一个非常缺水的国家，目前人均水资源的占有率仅是全球人均水资源占有率的1/4。我国有三百多个城市属于缺水城市。由于城市化的迅速发展，道路、建筑群等不透水面积的扩大。这一方面使得雨水不能再入渗地下补充地下水，加上地下水的严重超采，使得城市周围的水环境和生态环境恶化；另一方面大雨时，径流迅速汇集造成地面积水和城市局部洪灾。

为了解决缺水、环境、生态等一连串的矛盾，人们开始把注意力放到雨水的收集和利用上。自上世纪70年代起，世界各国开始注重城市雨水利用技术的开发和应用。为充分收集利用雨水资源，实现雨水资源化、涵养地下水、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境，城市建设工程项目配套建设雨水收集利用设施，雨水收集处理后主要用于绿化、道路清洁、冲厕、景观环境用水、补充河道景观水等。降雨后自然产生径流，只要修建一些简单的雨水收集和蓄存工程，就可将雨水资源化，用于城市清洁、绿地灌溉、维持城市水景等。

目前城市雨水利用收集技术主要有三种：屋顶雨水收集、城市路面雨水利用和城市绿地、花坛和园林雨水集蓄。城市道路路面、广场和停车场等都是良好的雨水收集方式。

其中，城市道路路面雨水收集是成本低、实施便利、见效快的一种方式。作为基础设施建设的城市市政道路，面积一般占城市规划面积的15%～25%，且道路两侧一般都存在有作为道路附属设施的绿化带，或者道路红线两侧有规划的城市绿带。目前一般这些绿带的灌溉方式均使用中水，而道路路面的雨水沿雨水口进入排水系统，最终排入周边水体。收集道路路面雨水，先通过道路雨水收水口进入地下盲沟网路，对绿带进行灌溉可以达到雨水过滤、绿化灌溉、绿化储水的三大功能，而当收水口集满雨水后会溢流至侧面雨水井实现排水的功能。因此一个简便有效的城市道路雨水收集与利用系统，将能对雨水进行有效利用，特别对于缺水的地区，不仅效益是十分明显的，而且对治理和保护环境、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力均具有重要的意义。

1 国内外利用雨水资源的状况及发展趋势

现代城市雨水利用是一种新型的多目标综合性技术，其技术应用有着广泛而深远的意义。此项课题为城市道路雨水利用，作为城市雨水收集利用的一个分支，对雨水的回收利用起着十分重要的作用。可实现节水、水资源涵养与保护、控制城市水土流失和水涝、减轻城市排水和处理系统的负荷、减少水污染和改善城市生态环境等目标。

城市雨水利用是解决城市水资源短缺、减少城市洪灾和改善城市环境的有效途径。将雨水利用与雨水径流污染控制、城市防洪、生态环境的改善相结合，坚持技术和非技术措施并重，有利于城市的可持续发展。

上世纪80年代开始，世界各国就开始探索雨水资源化。德国是欧洲开展此项工程最好的国家之一。目前德国的雨水利用技术已经进入标准化、产业化阶段，市场上已经大量存在收集、过滤、储存、渗透雨水的产品。德国的城市雨水利用方式主要有三种：一是屋面雨水积蓄系统。二是雨水截污与渗透系统。道路雨水通过下水道排入大型蓄水池或通过渗透补充地下水。三是生态小区雨水利用系统，即通过渗透浅沟，供雨水径流流过时下渗。

日本利用雨水贮留渗透的场所一般为公园、停车场、建筑物、道路等。采用的渗透设施有渗透池、渗透管、渗透井等。

我国城市雨水利用起步较晚，目前主要在一些缺水地区有一些小型、局部的非标准性应用。大中城市的雨水利用基本处于探索与研究阶段，但已经显现出良好发展趋势。北京、上海、大连、哈尔滨、西安、昆明等许多城市相继开展研究。

与农村雨水的收集与利用工程不同，城市雨水的利用不是狭义的利用雨水资源和节约用水，它还包括减缓城区雨水洪涝和地下水位的下降、控制雨水径流污染、改善城市生态环境等广泛意义。因此，城市雨水利用是一种多目标的综合性技术。目前应用的技术可分为以下几大类：分散住宅的雨水收集利用中水系统；建筑群或小区集中式雨水收集利用中水系统；分散式雨水渗透系统；集中式雨水渗透系统；屋顶花园雨水利用系统；生态小区雨水综合利用系统等。

2 类似系统存在的不足

由于城市道路路面雨水的收集与利用，存在便利高效等优点，在一些类似项目里已经逐渐开始采用。但在目前的实施过程中，发现诸多不足。图1为某城市中采用的地表盲沟雨水系统。图2为在立缘石外侧设置30 cm的碎石盲沟，盲沟沿道路平行设置，盲沟和绿化带之间用立缘石阻隔。雨水井与盲沟连接，雨水通过立缘石中间的孔洞平行进入到碎石盲沟中。

图1 盲沟与雨水井实景

图2 立缘石实景

上述的系统，目的也是利用盲沟将雨水进行绿化灌溉，多余的雨水通过雨水井进入到排水系统。但通过工程实施及运营的效果，存在以下几个不足：

（1）地表盲沟裸露在地面，景观效果非常差，而且占用了有限的绿化带，影响到了绿化景观；

（2）盲沟裸露在地表，且没有土工织物进行过滤，脏物会在盲沟中羁留，影响盲沟的灌溉效果，而盲沟和雨水井之间也会因为污泥等脏物而拥堵；

（3）全线街沿石打孔，施工难度大，对目前市面上常见的立缘石改观较大，难以批量生产。而且就性能而言，容易导致排水孔淤积，排水不畅；

（4）由于盲沟完全按照道路纵坡布置，因此在纵坡大的路段，会造成纵向汇水大于横向，导致汇水集中于部分路段，而水平向的盲沟难以充分集水，最终导致灌溉不均匀。

为解决以上的不足，提出了本文中的城市道路路面雨水收集与利用系统。

3 城市道路路面雨水收集

3.1 设计目的及现实价值

我国有多个水资源严重短缺的城市，将雨水收集起来再利用是发展循环经济，治理和保护河湖，实现水资源持续利用的一项重要措施。随着城市建设的发展和城市规模的扩大，大量的硬化地面减弱了雨水的渗透，雨季降雨量大时容易形成洪峰，导致城市部分区域淹水，同时城市绿化面积的增加也使水资源短缺形势严竣。按照目前市价，城市绿化用水的价格是每吨约3.8元，而雨水收集处理设施仅只是建设工程和设施的投入，雨水收集后经过简单的过滤处理就可直接用于绿化、道路清洁、冲厕、景观环境用水和回灌地下水、补充河道景观水等，每吨至少可节约3元左右，不仅效益是十分明显的，而且对治理和保护河湖、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力均具有重要的意义。

3.2 可行性分析

本文中所提出的系统，除盲沟与收水口以外，还包括雨水箅子、路缘石、雨水井。均不需要另外特殊设计，只需要在标准的设计基础之上加以巧妙的组合后就可达到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造价合理。

3.3 设计说明

3.3.1 系统运作机理（见图3）

图3 流程示意图

雨水通过道路横波汇流至雨水箅子，流入收水口后过滤进入地下盲沟网路，盲沟对绿化土壤实现渗流灌溉，盲沟网路储水能力饱和后，多余雨水从溢水口溢流至道路雨水管网排放，从而达到雨水与绿化用水之间的转化利用，形成雨水资源化利用的生态道路，以达到道路绿化面积最大化、呼吸面积最大化、雨水最大限度截留的目的。

3.3.2 整体设计

该系统主要由两个部分组成：集水系统，以及转输、灌溉、储水系统。其中集水系统主要由落水篦子和集水井构成，灌溉储水系统由盲沟网络构成。

落水篦子沿道路平缘石，每隔25～35 m左右设置一个。落水篦子与形成棋盘状的碎石盲沟网络横向连接。雨水通过落水篦子进行盲沟系统。而在落水篦子下游，立缘石内侧，设置雨水井，两者之间通过溢水口相连接，见图4～图6所示。

图4 雨水收集与利用系统平面布置示意图

图5 剖面示意图

图6 整体效果图

3.3.3 详细设计

3.3.3.1 路缘石及落水箅子

该系统中的路缘石与落水篦子外观与普通雨水篦子无异。落水篦子处的平缘石可活动，以方便清理收水口里日久累计的从机动车道上随雨水流入的泥土及垃圾。

路缘石也使用普通路缘石，无需特制，经济且外形较为美观。机动车道雨水可随道路横坡较为顺畅地通过雨水口进入碎石盲沟网路，车道不易积水，见图7所示。

图7 路缘石及落水篦子示意图（单位：cm）

3.3.3.2 滤网及集水井

城市道路路面上存在诸多脏物，主要有：沥青混凝土路面上的石油残留物、机动车轮胎橡胶粉末，以及灰尘、杂质及汽油、柴油、机油残留物等。该系统中考虑了把这些脏物进行过滤。

雨水篦子连接集水井，集水井上方设过滤网。雨水经过过滤网过滤脏物后，通过集水井盲沟进入转输、灌溉及储水系统。过滤网可更换，集水井可清洗，以保持进入灌溉系统的雨水干净，见图8所示。

图8 滤网及集水井示意图

3.3.3.3 雨水井及溢水口

机动车道雨水收集汇流至收水口后渗入盲沟网络，盲沟网络含水饱和后，收水口内水位逐渐上升，当水位高于溢水口高度后流入雨水井排入市政雨水管道。该系统中的雨水井与常规的雨水井无异。但在集水井与雨水井之间设置溢流槛。溢流槛为倒三角形，当雨量过大、水位过高时，通过溢流槛进入雨水井及排水管道，而倒三角形溢流槛的设置，可以将赃物留在集水井中，不进入雨水井，见图9所示。

图9 雨水井及溢水口示意图（单位：cm）

3.3.3.4 盲沟网络

一个雨水收集系统包含一套完全水平的地下盲沟网络，各个盲沟网络相互独立，分别接一个收水口和一个雨水井（见图10）。水平的盲沟网络可以保证水通过盲沟内的透水管自由流动，从而均匀地灌溉盲沟所覆盖的绿化土壤。

图10 盲沟网络示意图

该盲沟由碎石组成，内含能透水的软管，能够保证雨水在盲沟系统中的快速转输（见图11）。碎石盲沟外侧包裹土工布。在盲沟与路面结构之间采用C15混凝土隔水墙，防止雨水反渗进入机动车道路面结构。

图11 碎石盲沟及透水软管示意图

盲沟采用分段设置，每段盲沟为独立水平盲沟网络，确保每个独立网络处于同一标高，避免因为水往低处流导致灌溉不均匀。

4 应用实例

该城市道路路面雨水收集与利用系统由于设计简单，生产便利，效果显著，已经在昆明市呈七公路改扩建工程中得到应用。

呈七路是呈贡绿色产业基地中的主要道路，是呈贡新城其他片区进出呈贡绿色产业基地的必经之路（见图12）。呈七路定位为城市Ⅱ级主干路，设计车速50 km/h，红线宽度60 m，双向6车道外加非机动车道与人行道，全长约8.6 km。呈七公路改扩建工程的重要性不仅体现在作为一条必不可少的城市主干路所具有的交通功能。呈七路横断面总宽度60 m。其中中央分隔绿化带宽12 m，两侧机非分隔绿化带各宽5.25 m，两侧人行道绿化带各宽2.5 m。即便不计道路两侧植草护坡，红线范围内的道路绿化覆盖率也接近50%。

图12 呈七路效果图

5 小结

该系统设计的目的主要是通过对道路横断面的布置的调整，增设雨水收集设施，将道路路面的雨水先通过道路雨水收水口进入地下盲沟网络，达到雨水过滤、绿化灌溉、绿化储水的三大功能。收水口集满雨水后会溢流至侧面雨水井实现排水的功能。为充分收集利用雨水资源，实现雨水资源化、涵养地下水、降低面源污染、减轻城市洪涝和排水系统压力、改善和修复城市水环境，城市道路建设工程项目有必要配套建设雨水收集利用设施。雨水收集处理后主要用于绿化、道路清洁、冲厕、景观环境用水、补充河道景观水等。

该城市道路路面雨水收集与利用系统具有极大的应用价值。

（1）高效利用雨水。通过对对道路横断面的布置的调整，增设雨水收集设施，将道路路面的雨水先通过道路雨水收水口进入地下盲沟网络，达到雨水过滤、绿化灌溉、绿化储水的三大功能。

（2）适用于各种纵坡和断面的道路。由于盲沟采用分段设置，每段盲沟为独立水平盲沟网络，确保每个独立网络处于同一标高，避免因为水往低处流导致灌溉不均匀，因此适用于各种纵坡的道路，特别是纵坡较大的山区道路。

（3）景观效果好。由于盲沟网络在地下，外观上只见到常规的落水篦子，不影响景观效果。

（4）施工便利，造价合理。该系统中的构造均不需要另外特殊设计，只需要在标准的设计基础之上加以巧妙的组合后就可达到以上的功能。因而功能完善，施工便利，造价合理。

[1]CJJ37-2012，城市道路工程设计规范[S].

[2]DGJ08-2106-2012/J12100-2012,城市道路设计规程[S].

[3]GB50332-2002，给水排水工程管道结构设计规范[S].

[4]GB50069-2002，给水排水工程构筑物结构设计规范[S].

[5]呈七路道路改建工程工程可行性研究报告[R].

[6]张玉婷，刘雪松.利用雨水收集回用系统实现城市小区雨水资源化[J].南水北调与水利科技，2009，（3）.

[7]昆明城市雨水收集利用规定[Z].

[8]葫芦岛市城市道路雨水收集利用系统可行性研究报告[R].