杭州市城乡建设设计院股份有限公司 浙江杭州 310000
摘要：随着城镇化、工业化进程的不断加快，城市缺水问题不断加深，水环境和生态问题进一步突出。为了解决这一系列问题，雨水利用工程不断得到重视。本文通过改变机动车道、非机动车道传统的结构设计，将其设计成具有透水性的结构，同时绿化带设置成植草浅沟等达到减少径流的目的。同时结合杭州市某道路，对雨水收集进行经济性分析，结果表明，汇水面积为10000m2的道路雨水收集利用系统能在17年内实现初投资的全部回收。
关键词：道路雨水；雨水利用；经济分析
1前言
目前，我国水资源总量居世界第六位，但人均水资源占有量仅为全球平均水平的1/4。同时随着我国城镇化、工业化步伐不断加快，城市缺水问题日益加深，甚至不少受利益驱使的人们向水体肆意排放污染物，更加恶化了水环境和生态环境，使我国水资源短缺的矛盾进一步加深。
为了解决这一系列矛盾，雨水收集和利用问题越来越受到关注。作为一种非传统水资源开发的方式--雨水收集利用，是一种既经济又实用的水资源开发方式，与其他资源相比，雨水受到的污染程度较轻，只需经过简单的处理，雨水便可进行使用。雨水若能得到充分收集利用，可以缓解北方城市水资源短缺的现状，减少因水资源短缺造成的国家财政收入损失；大大减少南方城市内涝和排水系统压力，减少经济损失；同时能够还原地下水，减少地下水开采量；减轻初期雨水污染，降低城区河流、湖泊面源污染；为城市增加可用水量的同时减轻了城市给排水设施的负荷。
2市政道路雨水收集利用的必要性
传统的雨水排放形式为：
传统的雨水排放方式没有充分考虑雨水的循环利用，80%雨水直接随地面径流排走，排水压力大，雨水资源流失严重。同时初期雨水未经处理直接排放，将对河流、湖泊等受纳水体造成污染。
我国城市市政道路面积一般占城市规划面积的15%~25%[1]，大量的城市硬化面积减弱了雨水的渗透作用，降雨量大时，雨水得不到及时输送，容易在路面上积水甚至发生洪涝。与此同时，道路雨水含多种污染物，包括有机或无机化合物、金属类化合物、氮、磷、油类等 [2]。因此研究如何合理有效减少市政道路雨水显得尤为重要。
3道路雨水减排的可行措施
雨水收集回用系统适用于年均降雨量大于400mm的地区。而雨水入渗系统要求土壤渗透系数宜为10-6～10-3m/s，并且土壤中的黏土含量应小于20%，粉砂含量应小于40%，且渗透面距地下水位大于1.0m[3]。
杭州市近年平均降雨量为1454.4mm，且地下水平均水位在1.2米左右。因此，杭州市可以采用道路雨水入渗系统、收集回用系统实现雨水减排。
3.1道路雨水入渗
道路雨水入渗系统通过道路透水路面（机动车道、非机动车道、人行道）以及绿地（机非隔离带、中央分隔带）渗透雨水实现。透水路面可以通过敷设透水混凝土、透水沥青、透水水泥等透水性材料代替普通混凝土、沥青、水泥等传统建材。降雨时，雨水通过透水路面时能较快的渗透到路基下，对雨水径流能达到50%～93%的削减率，减少了路面积水的可能性。透水路面可普遍应用于小区道路、人行道、公园、广场停车场等轻型路面。
（1）全透水道路渗透系统
透水铺装包括全透型与半透型两种形式，全透型铺地指的是基层与面层整个结构层均可以进行雨水渗透，透水性能突出，能够有效降低道路积水，较少雨水径流，降低城市排水压力，其空隙通透性较好。半透型铺装指的是基层不透水但面层透水的铺地方式。
本文中全透水道路是指非机动车道、人行道、机动车道、机非隔离带和中央分隔带均具有渗透雨水的功能。
全透水路面结构图
①机动车道采用半透型透水铺装，只有面层具有透水性，采用透水性沥青砼或者透水性水泥砼面层，其余垫层、找平层采用非透水性结构；非机动车道整个结构层采用全透型透水铺装，透水性能良好。
②绿化带可设计为植草浅沟。植草浅沟就是在沟渠中（道路设计中指中央分隔带、机非隔离带与边缘绿化带）种植植被，利用种植植物及地表土壤截流、过滤、吸附、沉淀雨水中的污染物的一种径流控制措施[4]。不仅减少初期雨水的径流污染，同时减少了地面径流量，但仅适用于小流量收集输送雨水，设计降雨量为一年一遇30min降雨量[5]。
在道路设计中，可以将道路路缘石设置成开口，植草沟高程低于道路设计高程，雨水沿道路横坡排向植草沟。或者将植草沟末端与地面雨水排水系统相连。多余雨水通过植草沟下设置的管道重新再排入雨水系统。
③人行道整个结构具有透水性的做法应用较少，因此在本文中人行道面层采用透水性铺装，如生态透水砂砖，利用透水性铺装能够使雨水迅速地渗入地表，及时补充地下水资源，保持土壤湿度，改善城市地表植物和土壤微生物生存条件，同时可以调节城市空间的温度和湿度，消除热岛现象。
（2）部分透水性道路渗透系统
部分透水性道路渗透系统中机动车道采用传统式结构做法，不具有透水性，非机动车道可以采用半透水型或全透水性铺装；人行道采用透水性铺装下渗雨水，以及机非隔离带等依靠土壤和植物的作用入渗雨水。
部分透水路面结构图
3.2道路雨水收集回用
收集雨弃流装格蓄水池水处理装置清水池用水设备
（1）典型的道路雨水收集利用通过路面雨水口和雨水连接管，将路面雨水收集并输送至雨水检查井，进一步汇集、储存，进入下一步处理。
（2）弃流装置，主要针对初期雨水，因降雨初期，降落地面的雨水含污染物较多，若进行处理，处理工艺相对较复杂，因此将初期雨水直接排入雨水井，而不将其作为水处理的水源。
（3）格栅，主要针对道路、广场、绿化带、硬化地面等会产生较大垃圾、树叶或泥沙而设置的一道工序，格栅可避免较大污染物对后续水处理工艺的堵塞。
（4）蓄水池，主要调节雨水量，储存雨水，并为后续水处理装置提供水源。
（5）清水池，对处理完的雨水进行储存，供用水设备使用。
市政工程范围内若存在较大的景观水体等较大容积的储水设备，可用景观湖（池）代替蓄水池发挥调蓄作用，能够较大程度上节约成本。
4雨水回收利用经济分析
杭州的某一条市政道路，道路全长285.7m，道路横断面为：人行道3m+非机动车道3.5m+机非分隔带2m+机动车道11m+中央分隔带3m+机动车道11m+机非分隔带2m+非机动车道3.5m+人行道3m=42m。其中机动车道、非机动车道、人行道路面均不具有透水性，可收集雨水的路面宽度为35m，汇水面积为10000m2，绿化带总宽7m，绿化带面积为2000 m2，对雨水回收利用进行经济性分析，具体分析如下：
（1）可收集雨水量
杭州地区近年平均降雨量为1454.4mm。
雨水设计径流总量按下式计算：
式中：W-雨水设计径流总量（m3）；
-雨水径流系数；
-设计降雨量（mm）；
F-汇水面积（hm2）。
道路雨水径流系数取0.8，杭州设计降雨量取36.6mm，则雨水设计径流总量W值为：
W=10×0.8×36.6×1=292.8m3
（2）绿化灌溉用水量
《建筑与小区雨水利用工程技术规范》GB50400-2006规定回用系统的最高日设计用水量不宜小于集水面日雨水设计径流总量的40%，相当于管网系统有能力把日收集雨水量约3日或更短时间用完。
因此，回用系统的最高日设计用水量即可用于绿化及浇洒道路的雨水量为：
Q=W/3=97.6m3
按照《建筑给水排水设计规范（GB 50015—2003）》中3.1.4规定，绿化浇洒用水定额可按浇灌面积1.0~3.0 L/（m2·d）计算；按照《建筑给水排水设计规范（GB 50015-2003）》中3.1.5规定，小区道路、广场的浇洒用水定额可按浇洒面积2.0~3.0 L/（m2·d）计算，因此，本次计算按绿化浇灌及道路浇洒用水定额按3.0 L/（m2·d）计算。
可供绿化及浇洒道路面积为：
97.6/0.003=32533.3 m2。
（3）处理设施处理能力计算
处理设施处理能力按下式计算：
式中：-设施处理能力（m3/h）；
-经过水量平衡计算后的日用雨水量（m3）；
T-雨水处理设施的日运行时间（h）。
雨水处理设施的日运行时间取12h，则设施处理能力为：
=97.6/12=8.13（m3/h）
设计规模10（m3/h）。
（4）清水池容积
当雨水回用系统设有清水池时，其有效容积应根据产水曲线、供水曲线确定，并应满足消毒的接触时间要求。在缺乏上述资料的前提下，可按雨水回用系统最高日设计用水量的25%~35%计算。
清水池容积：V=35%×97.6=34.16 m3
（5）水量平衡分析及总结
经计算，面积为10000m2的道路面积可收集雨水总量为292.8 m3，处理设备规模为18.3（m3/h），绿化浇灌及道路冲洗的总用水量为97.6 m3，可供绿化及浇洒道路面积为32533.3m2。
（6）经济分析
①水泵扬程按10m计算电耗：
0.039×0.8996元/kW·h=0.035元/t水
年耗电费：1454.4×10×1×0.8×85%×85%×0.035=294.23元/a
其中1454.4mm为杭州平均年降雨量，0.8为道路雨水径流系数，85%为扣除初期雨水弃流之后的系数，85%为季节折损系数。
②药剂费按照0.02元/t水来计算：1454.4×10×1×0.8×85%×85%×0.02=168.1元/a
③更换滤料费：200元/a
④运行成本总费用核算：
年电费+年药剂费+更换滤料费=294.23+168.1+200=662.33元/a
⑤绿化可节省水费，杭州水价为4.4元/t：4.4×1454.4×10×1×0.8×85%×85%=36988.3元/a
⑥年节省费用：36988.3-662.33=36325.97元/a
本项目投入使用的雨水回收利用系统投资回收动态分析见图：
雨水投资回收期动态显示
本次设计的雨水收集利用系统（汇水道路面积为10000m2）将在17年内实现初投资的全部回收，设备运行年限不可能达到17年，因此，从短期经济角度考虑，这种规模的雨水利用几乎没有价值，因为蓄水池以及清水池的成本大，但是从减少地表水面源污染，削减洪峰流量减缓城市内涝问题，从而减少内涝灾害发生的经济损失以及为缺水城市提供另一种水资源的角度看，收集道路雨水具有广泛的环境、经济、资源效益。
5小结
市政道路雨水收集利用具有控制径流污染，防止城市内涝灾害，减少排水压力，节约经济等多种效益。本文的主要目的是调整道路结构以及设置具有渗透过滤功能的机非隔离带、中央分隔带及边缘绿化带从而达到雨水入渗减排的目的。同时对道路雨水收集系统的经济性进行分析得出，道路雨水收集利用短期的经济效益较差，但是从长远考虑，就有深远的环境、经济、资源效益。
参考文献：
[1]于宵.城市道路路面雨水收集与利用系统设计[J].城市道桥与防洪.2013，6（6）：110-114
[2]申丽勤，车伍.我国城市道路雨水径流污染状况及控制措施[J].中国给水排水.2009，4（25）：23-27
[3]建筑与小区雨水利用工程技术规范GB50400-2006
[4]陈丽，周围.城市道路雨水收集与利用技术浅析[J].北方交通.2014，增刊56-59
[5] Wood- Ballard. B，Kellagher. R，Martin，P，Jefferies. C，Bray，R，Shaffer. P. The SUDS Manual ［S］. CIRIA. ClassicHouse，174 －180 Old Street，London ECIV 9BP，UK，2007
论文作者:周玲雪
论文发表刊物:《基层建设》2015年34期
论文发表时间:2016/10/18
标签：雨水论文; 道路论文; 透水性论文; 透水论文; 径流论文; 机动车道论文; 路面论文; 《基层建设》2015年34期论文;