鹿傳建

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

低沖擊開發(fā)技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用

鹿傳建

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

低沖擊開發(fā)技術(shù)是由美國提出的一種針對城市雨洪的管理模式，該理念不斷發(fā)展延伸到當(dāng)今城市建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。其目標(biāo)是為了構(gòu)筑生態(tài)城市，實(shí)現(xiàn)城市與自然的和諧相處。現(xiàn)在多個(gè)市政道路工程中用低沖擊開發(fā)技術(shù)，并形成具體的工程措施，為此可為其他地區(qū)的城市開發(fā)建設(shè)提供參考。

低沖擊開發(fā);市政道路工程;工程措施

0 前言

近20 a來，中國城市進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，降雨對城市產(chǎn)生很大的沖擊，如徑流系數(shù)增大，面源污染加劇，地下水位逐步下降，城市內(nèi)澇現(xiàn)象非常嚴(yán)重。而在過去的近20 a中，發(fā)達(dá)國家在城市降雨徑流污染控制領(lǐng)域已經(jīng)制定出了較為完善的控制管理模式，德國、美國、新西蘭等發(fā)達(dá)國家都已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)對城市降雨徑流污染的控制，最普遍的是修建大量的雨水截流池處理合流制和分流制的污染雨水，以及采用分散式的源頭生態(tài)措施來削減和凈化雨水。

美國制定的“最佳管理措施”(BMP，Best Management Practice)是實(shí)現(xiàn)城市降水徑流面源控制的最為重要的技術(shù)與管理體系。它是一套高效、經(jīng)濟(jì)、符合生態(tài)學(xué)原則的徑流控制措施。其主要是在法規(guī)政策支持下采用工程性(如滯留池、滲透設(shè)施、人工濕地、生物過濾和停留系統(tǒng)等)并輔之以非工程性(如土地使用規(guī)劃、垃圾管理、街道清掃等)的措施來達(dá)到控制的目的。

目前，由于城市的“空間限制”和提倡“與自然景觀的融合”，加之很多城市即使采取了BMP管理模式，其城市的擴(kuò)張和改造對環(huán)境造成的強(qiáng)烈影響仍然難以消除。因此，近些年，在美國等發(fā)達(dá)國家開始提出一些更新的、更合理的城市雨水徑流污染控制管理模式，比較突出的是低沖擊開發(fā)模式(Low Impact Development，簡稱LID)。

1 低沖擊開發(fā)模式的概念及意義

低沖擊開發(fā)模式是上個(gè)世紀(jì)90年代末期由美國東部馬里蘭州提出的一種概念。它是一種開發(fā)中的以生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，從徑流源頭開始的暴雨管理方法。

這種低沖擊開發(fā)模式是從源頭進(jìn)行降雨徑流污染的控制和管理，其基本原理是通過分散的，小規(guī)模的源頭控制機(jī)制來達(dá)到對暴雨所產(chǎn)生的徑流和污染物的控制，并綜合采用入滲、過濾、蒸發(fā)和蓄流等多種方式來減少徑流排水量，使開發(fā)后城市的水文功能盡可能地接近開發(fā)之前的狀況。

LID在不同的氣候條件，不同的地區(qū)，其處理效果也有所不同，但是根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)資料可知: LID可以減少約30%～99%的暴雨徑流并延遲大約5～20min的暴雨徑流峰值;還可有效地去除雨水徑流中的磷、油脂、氮、重金屬等污染物，并具有中和酸雨的效果，是可持續(xù)發(fā)展技術(shù)的核心之一［1］。

低沖擊開發(fā)最初針對的領(lǐng)域是城市排水雨洪管理， 隨著理論研究的深化，低沖擊開發(fā)理念逐漸開始拓展外延， 延伸至城市建設(shè)的各個(gè)方面。目前國內(nèi)對于低沖擊開發(fā)理念的運(yùn)用和研究還處于起步階段， 其主要研究側(cè)重在城市規(guī)劃及區(qū)域建筑方面、園林景觀方面和市政雨洪排水工程方面。涉及到城市市政道路工程方面的研究目前為止僅有深圳市光明新區(qū)，采用的主要技術(shù)為透水路面、雨水入滲措施、雨水收集裝置及LID樹池［2］。

2 目前主要的LID開發(fā)技術(shù)

LID策略的實(shí)施包含兩種措施，即結(jié)構(gòu)性措施和非結(jié)構(gòu)性措施。結(jié)構(gòu)性措施，包含濕地、生物滯留池、雨水收集槽、植被過濾帶、塘、洼地等。非結(jié)構(gòu)性措施，包括街道和建筑的合理布局，如已增大的植被面積和可透水路面的面積。

本文主要敘述結(jié)構(gòu)性的措施，主要技術(shù)措施有以下幾個(gè)方面。

2.1 生態(tài)滯流池

滯流池所起到的功能就是暫時(shí)儲存雨水，再以一定的流量排向市政管道。過剩的雨水暫時(shí)儲存在滯流池中，在一定的時(shí)間內(nèi)(一般是在24h)排完。既保證了雨水下泄量不超過一定數(shù)值，又起到了雨水過濾的作用。

2.2 屋頂綠化

在高出地面以上且周邊不與自然土層相連接的各類建筑物、構(gòu)筑物等的頂部，以及天臺、露臺上的綠化，可以緩解城市熱島效應(yīng)，提高城市空中景觀，消除二次揚(yáng)塵源，增加綠化覆蓋面積，降低大氣中的粉塵含量。

2.3 雨水花園

雨水花園是自然形成的或人工挖掘的淺凹綠地。用于匯聚并吸收雨水，通過植物、沙土的綜合作用使雨水得到凈化，并使之逐漸滲入土壤，涵養(yǎng)地下水，或使之補(bǔ)給景觀用水、廁所用水等城市用水，是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設(shè)施。雨水花園可以吸收一部分由暴雨所帶來的降水和過濾掉污染物質(zhì)。

2.4 濕地

濕地是介于陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，它具有地表多水、土壤潛育化和植物種類多等特點(diǎn)。濕地是自然環(huán)境中自凈能力很強(qiáng)的區(qū)域之一，它利用自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、等離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)雨水的高效凈化。

2.5 雨水過濾設(shè)施

雨水過濾系統(tǒng)是一種收集并臨時(shí)儲存雨水，之后通過砂、有機(jī)物、土壤等濾料對雨水進(jìn)行過濾，從而達(dá)到凈化雨水的目的的設(shè)施。雨水過濾系統(tǒng)與通過各種濾料的攔截、吸附等作用對水中的各種非溶解物進(jìn)行去除。雨水中的主要污染物是COD和SS，這些污染物通過過濾后一般都能大部分被去除。雨水過濾系統(tǒng)在過濾前設(shè)置了臨時(shí)儲存雨水的容積，濾料一般選擇土壤、砂和有機(jī)質(zhì)。

2.6 雨水入滲設(shè)施

雨水入滲一般采用如下形式:入滲溝、入滲洼地、滲透管溝及滲透井。入滲系統(tǒng)是采用天然或者人工的條件使得雨水滲透到地下，減少雨水的排放并涵養(yǎng)地下水。雨水入滲系統(tǒng)需要慮地下水(滯水層)的水位狀況及土壤滲透系數(shù)。為了保證足夠的凈化效果，最高地下水位以上的滲水區(qū)厚度至少保持在1 m以上。

2.7 透水路面

透水路面是一種應(yīng)用非常廣泛的入滲形式，它既不破壞道路的原有功能同時(shí)也起到了雨水入滲的作用。

工序在機(jī)床上加工前需采用夾具進(jìn)行定位，因此需要選擇和更換夾具。若工序Ojils在機(jī)床Mm上更換夾具的時(shí)間為更換夾具時(shí)機(jī)床功率為待機(jī)功率因此，更換夾具能耗可表示如下：

3 市政道路工程中可采用的低沖擊開發(fā)技術(shù)

結(jié)構(gòu)型LID開發(fā)措施主要有上文中敘述的七類，其中在市政道路建設(shè)中可采用的措施主要有生態(tài)滯流池、雨水過濾系統(tǒng)、雨水入滲設(shè)施及透水路面四大類。本文結(jié)合廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院近年來實(shí)施的建設(shè)項(xiàng)目對上述技術(shù)在市政道路中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

3.1 生態(tài)滯流池

在昆明市二環(huán)快速路系統(tǒng)工程中設(shè)置了單獨(dú)的滯流池(見圖1)。滯流池設(shè)置在綠化帶中，主要起到收集橋面雨水及雨水消能的作用。橋面雨水通過落水管，排入滯流池內(nèi)，多余的雨水從井口溢出至綠化帶中，并通過植草集水溝排至平入式雨水口中。該排水過程使綠化用水及城市地下水得到補(bǔ)給，多余的雨水通過雨水口排走，排入到新建雨水管網(wǎng)中。滯流池作為綠化灌溉集水池，平時(shí)可以利用滯流水對附近綠化進(jìn)行灌溉，減輕綠化灌溉的用水壓力。

圖1 昆明市二環(huán)快速路系統(tǒng)工程中的滯留池實(shí)景

3.2 初雨調(diào)蓄池(生態(tài)滯流池)

初雨污染負(fù)荷較大，含有較多的污染物及垃圾等，直接排放入水系中會對水系造成一定的污染，初雨調(diào)蓄池所起到的功能就是對初雨進(jìn)行簡單的過濾并儲存雨水，雨量較小時(shí)將初雨納入污水系統(tǒng)，經(jīng)處理后再排入水體，雨量較大時(shí)先蓄水，再以一定的流量排向市政管道，避免暴雨對城市排水管網(wǎng)造成太大的沖擊。

工作原理:初雨調(diào)蓄池由配水井、格柵和蓄水池組成，配水井中設(shè)速閉閘，其中1#速閉閘控制初雨進(jìn)水，常開;2#速閉閘控制溢流，常閉(見圖2)。

圖2 初雨調(diào)蓄池原理圖

降雨經(jīng)雨水管網(wǎng)收集后，進(jìn)入初雨調(diào)蓄池配水井，經(jīng)格柵去除漂浮物后，進(jìn)入蓄水池儲存，當(dāng)蓄水池中水位上升至設(shè)計(jì)水位時(shí)，關(guān)閉1#速閉閘，同時(shí)開啟2#速閉閘，雨水通過溢流管排放至水體。蓄水池中的初期雨經(jīng)提升泵輸送至市政污水管網(wǎng)，轉(zhuǎn)輸至污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放。

圖3 初雨調(diào)蓄池?cái)嗝媸疽鈭D

3.3 蝶形邊溝(雨水過濾/入滲設(shè)施)

碟形邊溝是下凹式綠化帶與盲溝相結(jié)合的一種雨水收集方式。碟形邊溝設(shè)于路邊，道路外側(cè)不設(shè)置路側(cè)石和雨水收水口，邊溝溝面為草坪，下鋪濾料，底部為盲溝，雨水通過濾料下滲進(jìn)入盲溝。在溝內(nèi)間隔一定距離設(shè)置平入式雨水口，通過管道將盲溝與市政雨水管道接通(見圖4、圖5)。

圖4 碟形邊溝橫斷面圖

圖5 碟形邊溝雨水收集系統(tǒng)圖

碟形邊溝的特點(diǎn):

(1)集水口收集能力擴(kuò)大。常規(guī)市政雨水口分散布置，為點(diǎn)狀收集，通過增加雨水口增大收集量，對于雨水口經(jīng)常堵塞的地區(qū)效果不明顯，碟形邊溝為帶狀收集方式，收水效果明顯。

(2)對路面污染物的過濾。常規(guī)雨水是直接收集進(jìn)入雨水管道，路面污染物通過管道流入河涌水體，需要考慮初雨處理，而碟形邊溝可進(jìn)行初步過濾。

(3)少徑流量。碟形邊溝布置于綠化帶內(nèi)，兩側(cè)允許雨水下滲，通過雨水的下滲和土壤的蓄水減少雨水的徑流量，從而減輕雨季時(shí)下游管道的過流負(fù)荷，盡量避免管道內(nèi)涌水和水浸街現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)避免雨水口堵塞和路面積水現(xiàn)象。雨水收集以帶狀下滲過濾為主，通過邊溝面綠化滯留，路面砂石、樹葉、垃圾等不會在短時(shí)間內(nèi)聚集于平入式雨水口，從而減少雨水口堵塞現(xiàn)象。另外，由于邊溝為下凹式，路邊不設(shè)側(cè)石，雨水可迅速排入溝內(nèi)，避免路面積水。

(5)讓道路更自然生態(tài)。碟形邊溝與綠化帶相融合，讓駕駛者與路人進(jìn)入到綠色的自然環(huán)境中。

在昆明市二環(huán)快速路系統(tǒng)工程的地面道路中采用下凹式蝶形邊溝作為人行道主要雨水收集系統(tǒng)，取得了良好的效果(見圖6)。并在中新廣州知識城南部快速路上設(shè)計(jì)作為行車道雨水收集系統(tǒng)。

圖6 昆明市二環(huán)快速路人行道邊的碟形邊溝實(shí)景

3.4 生態(tài)綠地(雨水過濾/入滲設(shè)施)

生態(tài)綠地為在城市道路綠化帶內(nèi)的淺凹綠地，并在綠地中設(shè)置略高于地面的收水口。在雨量較小的情況下，生態(tài)綠地匯聚并吸收雨水，通過植物、沙土的綜合作用使雨水得到凈化，使之逐漸滲入土壤，補(bǔ)充地下水;雨量較足的情況下，雨水漫過雨水收集口，多余的雨水收集到市政管網(wǎng)中。

在昆明市主城區(qū)二環(huán)快速路中即采用該技術(shù)，在路中央、路邊綠化分隔帶位置設(shè)置生態(tài)植草集水溝，將平入式雨水進(jìn)水井設(shè)置在綠化帶內(nèi)。路面雨水通過道路橫坡排至部分綠化帶開孔側(cè)石，雨水通過孔洞流至綠化帶內(nèi)植草集水溝處，再通過集水溝或生態(tài)綠地流至平入式雨水口中，生態(tài)綠地一般略低于雨水口，雨水量大于生態(tài)綠地的滲入能力后才收集入城市排水管網(wǎng)中(見圖7)。

圖7 開孔式側(cè)石及綠化帶收水井實(shí)景

二環(huán)路建成后雨水收集系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，在昆明市幾次中等規(guī)模的降雨中，都未發(fā)現(xiàn)路面有嚴(yán)重積水現(xiàn)象。但開孔側(cè)石及生態(tài)綠地在運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些問題，主要有:(1)側(cè)石中的過水孔較小，容易為路面垃圾及落葉等堵塞，需要相關(guān)管理部門定期巡查，對部分堵塞的孔洞進(jìn)行清疏。(2)平入式雨水口位于綠化帶中，部分綠化植被生長較差，泥土外露，雨天時(shí)泥土有被雨水沖到雨水口中的現(xiàn)象，需管理部門清疏和對綠化帶進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，避免造成雨水口堵塞和種植土的流失。

3.5 透水路面

透水性路面的特點(diǎn):使雨水迅速滲入地表，還原為地下水，使地下水資源能得到及時(shí)的補(bǔ)充，保持土壤的濕度，改善地表植物和土壤中微生物的生存環(huán)境;路面無積水，提高了車輛和行人通過時(shí)的舒適性和安全性;具有較大的空隙率，能較容易地與土壤相通，能吸收較多的熱量和水份，有利于調(diào)節(jié)城市的生態(tài)環(huán)境，減少城市熱島效應(yīng);當(dāng)城市有較大降雨時(shí)，能減少城市排水系統(tǒng)的壓力和負(fù)擔(dān)。

由于透水性材料有諸多優(yōu)點(diǎn)，并作為一種新型材料在國內(nèi)有較快的發(fā)展，因此住建部為規(guī)范透水性材料，在2009年頒發(fā)了《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135-2009)(2010年7月實(shí)施)，2012年頒發(fā)了《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 190-2012)。廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院在2006起即開始推廣使用透水性材料，主要應(yīng)用在透水人行道及透水慢行車道上，如廣州亞運(yùn)城市政路網(wǎng)中全部采用彩色透水瀝青材料作為慢行車道(見圖8)，白云大道改造工程、廣園快速路改造、龍?zhí)谅返染捎貌噬杆u作為人行道。

圖8 廣州市亞運(yùn)城彩色透水瀝青慢行車道實(shí)景

4 結(jié)語

低沖擊開發(fā)模式是近年來從北美興起的一種城市雨洪管理模式，并不斷延伸至城市規(guī)劃及開發(fā)建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，在中國國內(nèi)的研究尚且較少。廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院在昆明市二環(huán)快速路系統(tǒng)工程、廣州市亞運(yùn)城市政路網(wǎng)工程、中新廣州知識城南起步區(qū)路網(wǎng)工程等多個(gè)工程中引入多種低沖擊開發(fā)技術(shù)，并將之進(jìn)行具體的工程化應(yīng)用，形成多種具體的新型工程技術(shù)，希望可以對其他地區(qū)的城市開發(fā)建設(shè)提供參考。

［1］ 俞露.低沖擊開發(fā)模式綜述［J］.城市建設(shè)，2010，(02).

［2］ 唐紹杰.深圳市光明新區(qū)門戶區(qū)---市政道路低沖擊開發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)踐.建設(shè)科技，2010，(07).

U415.6

B

1009-7716(2015)04-0167-04

2015-01-27

鹿傳建(1985-)，男，山東濟(jì)寧人，碩士，工程師，從事道路工程設(shè)計(jì)工作。