现代城市道路雨水收集利用的设计方法探讨

李维，孟亚萍，朱捷，王春发，马玉勇，刘绍杰，刘峰

（衡阳市农业科学研究所，湖南 衡阳421101）

1 引言

随着城市化建设进程的加快，城市道路和园林绿地的下垫面被大量无机材料填充，加之城市规划建设的不合理，部分阻碍了道路和绿地表面雨水的下渗，大量地表雨水直接增加了市政排水管道的排水压力，由此导致的城市内涝和洪涝灾害频发。频繁的城市内涝和洪涝灾害给人们的生活带来了严重的影响，亟须解决城市的雨洪问题。

2 现代城市面临的雨水环境问题

雨水环境问题在我国显得尤为突出，就当前的雨水污染主要是雨水面源污染，它是一种以面域的方式造成城市环境污染的发生源。城市中常见的雨水地表径流带来的污染是城市环境污染的重要来源【1】。现代城市化的发展使得原本天然土壤被大量的不透水地面代替，使得雨水不能及时渗透，从而加大了地表径流量。暴雨洪水对地表冲刷后所产生的径流污染物含量甚至高于城市生活污水，在雨水径流流经区域将直接导致自然水体和城市环境污染；而大量雨水被直接排入市政管道和自然水体，城市可利用的雨水量明显减少，很多城市甚至出现下雨后的第二天即对行道树进行人工浇灌。海绵城市理念就是解决雨水面源污染问题和合理利用雨水的途径之一，而且海绵城市技术将从根本上控制和利用自然雨水。

3 海绵城市概述

海绵城市是指像海绵一样具有吸水、蓄水、渗水、排水和净水功能的城市，需要的时候将蓄存的水“释放”出来，并加以利用的城市类型【2】。海绵城市具有良好的弹性，能适应各种环境的变化，能帮助解决城市雨水环境问题，还能在一定程度上应对自然灾害，增强城市的防御能力，提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生【3】。

海绵城市构建的关键是怎么保护和利用城市雨水资源，其途径之一是通过改变城市下垫面，利用城市绿地系统的蓄水和渗水功能，将原来的“硬质城市”改造为海绵城市；使一个逆自然的人工城市向顺自然的天然城市进行转变，形成弹性适应的城市空间，重新构建天然雨水循环并还原一个生态健康的城市环境。海绵城市的基本作用是保护水资源的生态系统、修复已被破坏的水生态结构、提倡低影响开发（LID）模式【4】。

4 现代城市道路雨水收集利用的设计方法探讨

全球气候的变化使得城市暴雨出现的概率增加，降水较为集中，现代城市大面积的硬化和市政排水管道的排水能力不足，导致出现路面大量积水和城市内涝的现象，暴雨也带来了一系列的环境污染问题。相继出现的城市“看海”和洪涝灾害，不仅使暴雨成了城市的污染源，同时也浪费了宝贵的雨水资源。

雨水资源对于现代城市是弥足珍贵的，它不仅能缓解城市热岛现象，还能补充地下水资源和浇灌城市植被。合理利用雨水资源是城市节约用水的重要途径。本文就城市车行道路和城市绿地道路2个方面，从城市道路设计和城市绿地道路设计出发，探讨城市雨水收集利用的途径。

4.1 城市车行道路雨水收集利用的设计方法

现有的城市道路排水设施仅能排除路面表面的雨水，不能排除渗透进道路里面的雨水，特别对于大孔隙开级配（OGFC）沥青混凝土路面，虽然雨水在短时间内可以经路面下渗，但无法将雨水收集统一排放，只能慢慢挥发。一旦遇到中到大雨，OGFC路面的排水优势就难以发挥。同时，渗透进道路里面的雨水得不到及时的排除，可能会出现路基被水浸泡而软化，从而导致路面下沉的危险。

常规的城市道路排雨水设施不能排除经下渗的雨水，然而可以在道路两旁设置渗透雨水收集花管（见图1），将下渗至OGFC路面的雨水收集起来统一利用和排放。具体而言，是在道路两旁路沿石边缘设置1根φ50mm PVC排水管道（见图2），该管道上半部分设置间距为50mm的φ10mm梅花形渗水孔，梅花形渗水孔外部设置1层滤网；φ50mm PVC排水管道设置在路面渗透过滤层之下（见图3），并以0.5%的坡度与雨水井相连。为增加路面的强度，应在路面结构中增加土工合成材料，防止竖向应力集中破坏渗透雨水收集花管。

图1渗透雨水收集花管

图2城市车行道路雨水收集结构平面图

图3城市车行道路雨水收集结构剖面图

渗透雨水收集花管收集的雨水随即排入路边雨水井，通过雨水井中的连接管道进一步将路面的雨水和下渗的雨水排入人行道下的低影响开发（LID）型渗蓄水池（见图4）。该LID型渗蓄水池设置在2株行道树之间，上覆大于700mm厚的土壤，通过溢水管道相互连接呈间断纵向分布（见图5）；溢水管道的高程略低于连接管道的高程；该LID型渗蓄水池由钢筋混凝土制成，上部微拱形利于排水，池体壁上设置与连接管道和溢水管道连接的接口，池体下部设置池趾板以增加受力面积，池体下部未封闭；LID型渗蓄水池下部设置呈下弧状的LID型渗水系统，并形成蓄水腔。该蓄水腔则可收集雨水井内的雨水，并通过经改造的LID型渗水系统将雨水下渗至周边土壤中，既减少了洪峰时市政管道的排水压力，又可以补充地下水源。蓄水腔内多余的雨水可通过溢水管道排入市政排水管道。

该设计方案考虑了城市道路、人行道和行道树三者间的相互关系，运用海绵城市的设计理念，通过市政结构设施，将路面的雨水加以收集利用，不仅能发挥OGFC路面的排水功能，还能收集利用雨水，提高路面的使用年限。

图4低影响开发（LID）型渗蓄水池横向剖面图

图5低影响开发（LID）型渗蓄水池纵向剖面图

4.2 城市绿地道路雨水收集利用的设计方法

城市绿地具有净化空气、净化水体、净化土壤、防止水土流失等生态服务功能，是海绵城市的重要组成部分，也是雨水收集利用不可或缺的途径，更有城市“绿肺”之称。城市绿地水分蒸发量大，若雨水资源在城市绿地中得不到有效的蓄存和利用，不仅浪费雨水资源，还会因为雨水面源带来严重的城市污染。所以，现代城市绿地系统的规划设计中多采用LID技术对雨洪进行管理。

现针对城市绿地道路及道路周边绿地提出一种雨水收集利用的途径。本设计方案由城市绿地透水砖道路和道路两旁的植草沟组成（见图6），道路与植草沟之间设置一块宽度大于1 000mm的过渡带，植草沟和过渡带内可正常种植植被，也可用小景观石与地被植物相互搭配，形成一个既可以收集、蓄存雨水的凹地（见图7），又具有一定观赏价值的景观区域。

具体的设计方案分为2个部分。

图6城市绿地道路雨水收集利用平面图

图7城市绿地道路雨水收集利用剖面图

第一个部分：透水砖道路结构（见图8）由透水砖面层、100mm厚粗砂干拌层、密配土工格栅层、20mm厚粗砂找平层、50mm厚净化透水层、200mm厚级配碎石垫层和经改良的砂性土壤7个层次组成。透水砖为透水混凝土砖或透水无黏土烧结砖，雨水经透水砖表面和砖与砖之间的缝隙下渗。100mm厚粗砂干拌层和20mm厚粗砂找平层均由洁净粗砂拌制而成，不掺加水泥等胶结料，利于透水。密配土工格栅层由双层土工合成材料错开叠合而成，以提高路基的强度。50mm厚净化透水层由珍珠岩、蛭石、陶粒、石英砂等中一种或多种使用黏结剂制成，主要用于净化和渗透雨水。200mm厚级配碎石垫层作为道路的承重层。经改良的砂性土壤是将300～500mm厚的素土层用中粗砂拌和并适当压实，形成既具有一定强度又能渗透雨水的结构层。

图8透水砖道路结构剖面图

第二个部分：植草沟为U形结构（见图9）由500mm厚种植土、50mm厚粗砂过滤层、无纺布、100mm厚透水层、经改良的砂性土壤层组成。植草沟应配合风景园林景观所设，其平面形状不拘泥于直线形，可根据景观需要，设计成自然弯曲形，其沟底高程可不一致，植草沟宽度也可根据设计美观需要进行变化。500mm厚种植土主要用于植被的生长土壤层，从沟底向沟岸可依次设计湿生植物、半湿生植物和旱生植物。50mm厚粗砂过滤层由洁净粗砂拌制而成，不掺加水泥、石灰等胶结料。100mm厚透水层由珍珠岩、蛭石、陶粒、石英砂等中一种或多种使用黏结剂制成，主要用于净化和渗透雨水。无纺布用于覆盖100mm厚透水层，主要作用是防止泥土、灰尘等进入下层，保护下层的过滤、排水功能。经改良的砂性土壤层是将300～500mm厚的素土层用中粗砂拌和并适当压实，形成既具有一定强度又能渗透雨水的结构层。

图9植草沟结构剖面图

该方案是运用LID技术探索出的一种海绵城市雨洪调节和管理的景观绿地设计方法，主要用于城市园林绿地的设计与施工中。本方案结构简单，可有效排除园路滞留的雨水，并可收集、储存绿地的雨水，通过改良道路和绿地的下垫层透水率，以增加土壤含水率，补充地下水资源。结合绿地道路设计路边植草沟，可快速排除园路路面的雨水，进一步削减暴雨径流量、降低瞬时洪峰流量，缓解暴雨时市政雨水管道的排水压力。

5 结语

海绵城市的构建离不开雨洪的管理和利用。在城市水资源短缺，而城市内涝又特别突出的环境下，合理管理和利用雨水资源就显得尤为重要。本文从海绵城市的微观层面，运用LID设计手法，从城市车行道路和绿地道路2个方面出发，提出了一种收集利用雨水的设计方法。此方案的实施为城市道路设计提供了新的技术支持，为解决城市雨水环境问题，促进海绵城市的构建提供了宝贵的理论和实践指导。