昆明市市政道路雨水利用措施探讨

摘要：云南省昆明市属于缺水城市,水资源较少，自然水体污染严重，雨水资源的综合利用是非常有必要的，本文主要针对昆明市政道路雨水利用措施进行分析探讨，仅供参考。

关键词：市政道路，雨水利用

1前言

在目前水资源日益紧张，水污染日趋严重，城市生态环境恶化的情况下，城市雨水作为补充水源加以利用，不仅可以减轻城市的用水压力，而且还可以降低城市的雨水洪涝灾害。同时随着城市建设发展、道路路网的完善，城市地面覆盖率越来越高。使得雨水对地下水的补充被阻隔;雨水在地面汇集,大量集中在机动车道、非机动车道及人行道上,引起交通堵塞;雨水从地面流失或被蒸发,使城市扬尘污染加重。

我国在城市范围内的雨水资源的保护和利用，主要包括收集、储存和净化后的直接利用；利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用，改善城市水环境和生态环境；通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源。

进入二十一世纪，我国对雨水资源的利用也越来越重视，根据建筑中水设计规范(GB50336-2002) 1.0.4 条内容，缺水城市和缺水地区在进行各类建筑物和建筑小区建设时，其总体规划设计应包括污水、废水、雨水资源的综合利用和中水设施建设的内容。

2 城市雨水的收集方式与雨水水质分析

2.1 雨水的收集方式

城市雨水在实际利用时受到诸多因素的限制，像气候条件、降雨季节（南方地区多集中在春夏两季）的分配，雨水水质的情况和地质地貌等自然因素的制约以及特定地区建筑物的布局和结构等一些其它因素的影响。城市雨水的收集通常有如下几种途径：

①屋面雨水集蓄；

②道路雨水截流，道路雨水通过雨水管道排入沿途大型蓄水池收集；

③绿地草坪滞蓄，绿地草坪供雨水径流流过时下渗，超过绿地草坪渗透能力的雨水则进入雨水池或雨水收集井收集。

2.2 雨水水质分析

城市雨水水质情况非常复杂，城市与城市之间的差异、汇水面、降雨的季节、降雨特征等的不同都会影响到城市雨水的水质。雨水径流污染主要表现在以下几个方面。

第一是由于大气的污染，直接由于降雨带来的污染物，这些污染物的种类主要取决于各个城市的空气状况，还可能由于大气的迁移，从外域带入。

第二是屋面。屋面雨水径流的水质主要取决于非降雨期空气中沉降物和屋面所用的材料。屋面材料对屋面径流水质的影响非常明显。尤其是沥青油毡类屋面材料（特别是普通油毡类）污染比较严重，比混凝土平板、现浇钢筋混凝土屋面以及瓦屋顶（像小青瓦、石棉瓦、平瓦）的污染量高出许多倍。材料的老化和夏季的高温曝晒，收集雨水中的污染物浓度都会有显著的提高，并且色度大，主要为可溶性COD，多集中在暴雨初期径流中，浓度达到数百甚至超过数千mg/l，当然雨水水质也取决于该城市的降雨量、气温、降雨间隔时间、屋面材料的种类等，一般说来降雨后期COD的浓度可稳定在100mg/l以内。

第三是路面雨水径流水质和影响因素最为复杂。大气、屋面污染物都会汇入到路面，加上路面本身各种污染因素，如路面所用材料、汽车尾气排泄物、生活垃圾、和植被地带冲出的泥沙等，其成分异常复杂，随机性很大。但也有一定的规律：如污染物主要集中在雨水初期径流中，污染浓度主要受两次降雨之间的间隔时间、空气质量、降雨量和暴雨强度，路面状况等因素影响。总的说来，在降雨过程中，浓度逐渐下降，最后趋于稳定，其主要污染成分有COD、SS、油类、表面活性剂，重金属及其它无机盐类。

2.3 昆明市市政道路所采用的雨水收集方式

昆明市市委、市政府对实施雨水综合利用措施非常重视，对新建小区、市政道路的雨水综合利用都有要求。特别是呈贡新区，2009年后新建市政的道路都设置了雨水综合利用措施，部分道路已实施了验收。昆明市最近新建道路设置的雨水综合利用措施主要采用盲沟、网路与雨水口结合的方式设计方案。在下面的章节中本论文将与呈贡白龙潭B地块区内道路及周边市政道路为例，讨论分析该项目所实施的雨水综合利用方案。

3白龙潭B地块市政道路所采用的雨水综合利用系统方案

3.1方案简介与工艺流程

在白龙潭B地块城市道路设计,分隔带两侧设置路缘石,路缘石一高出车行道边缘10-20 cm,其作用是将机动车与非机动车及行人通过分隔带分割开来,使车辆及行人各行其道,以保证道路具有较高的通行能力,并使行人的安全得到保障。同时,也起到汇集引导车道及人行道的雨水沿纵断方向流入雨水口。对于这种处理方式,雨水通过城市排水管网进入河道,而没有对雨水资源进行有效的利用,使大量的雨水资源白白流走。

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路，雨水经过滤、渗透后达到绿化灌溉、地下水补给及储水的三大功能。当盲沟网路排水能力饱和后，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。 工艺流程及示意详下图:

3.2雨水过滤、渗透设施

3.2.1常用的渗透设施。

a、 绿地。植被具有净化径流和水土保护作用，应充分利用城市中的绿地，尽量将径流引入绿地。为增加渗透量，在绿地中可做浅沟，以便在降雨时临时贮水。沟内仍种植植物，平时沟内无水。若有条件可适当置换土壤，用人工土壤（50％炉渣加50％天然土）代替天然土壤以增加渗透量。随着城市中绿地面积所占比例增加，绿地渗透具有巨大潜力；

b、渗透地面；

1） 多孔沥青地面。在厚6～7cm的表面沥青层中不使用细小骨料，孔隙率12％一16％。蓄水层由两层碎石组成，上层粒径l～3cm，厚l0cm，下层粒径2.5～5cm，厚度视蓄水要求定。蓄水层孔隙率为38％～40％。多孔沥青路面有堵塞问题，堵塞后需用吸尘机或高压水冲洗以恢复其孔隙率。

2） 多孔混凝土地面。其构造类同于多孔沥青地面，但表层为厚度12～13cm、孔隙率15％～25％的无砂混凝土层。此种地面的抗堵塞性能远远高于多孔沥青地面。

3） 嵌草砖。嵌草砖是带有各种形状空隙的混凝土块，开孔率可达20％～30％。孔中植草，因而能有效地净化径流和美化环境。混凝土块若受过多、过重车辆碾压，易发生不均匀沉降或错位，不宜设置于交通繁忙地带。

c、 渗透管、沟、渠；

渗透管、沟等由无砂混凝土或穿孔管等透水材料制成，多设于地下，四周填有粒径10～20mm砾石以贮水无砂混凝土、穿孔管、土工布等的渗透性能强，因此渗透管、沟、渠等设施的渗透能力取决于其周围土壤的渗透系数。渗透管、沟、渠等的渗透表面应高于地下水最高水位或地下不透水岩层1．2m以上，并应距房屋基础3m以上。在地面坡度大于15％或土壤渗透系数小于2×10-5cm/s的地区不适于使用雨水渗透设施；

雨水过滤能净化水质，使清洁雨水能有效的回用。目前白龙潭B地块新建市政道路雨水综合利用措施所采用的过滤材质主要为回填种植土与级配碎石，在回填种植土与级配碎石间设置200g/m2反滤土工布。设置及布置详图3。

3.2.2 渗透、过滤设施的作用及注意事项

对于回填种植土与级配碎石主要作用如下:

a渗透深度达1m时，砂性粘土的COD去除率为45％～65％，人工土（50％碎石，50％砂性粘土）的COD去除率为65％以上。人工土比天然土有更大的含水容量和更好的净化效果。

b渗透深度影响净化效果，但表层1～1.2rn土壤对雨水径流起主要净化作用。因此为充分利用土壤净化能力，在雨水直接利用时也宜将径流收集后先经1m左右的天然或人工土壤（花坛、绿地等）渗透净化后再进入处理系统。

土壤的渗透能力，根据达西定律计算确定：

Q=K•A•J

式中Q――渗透流量（m3/s）；

K――渗透系数（m/s）；

A――过水断面面积（m2）；

J――水力坡降。

当地下水位较低时，J近似等于1，渗透系数K是土壤渗透能力的关键参数。

土壤渗透系数K由土壤性质所决定，可参考表3-1也可经实验测定。城区土壤多为受扰动后的回填土，均匀性差，需取大量样土测定K值才能得到代表性结果。在现场原位测定K值可使用立管注水法、圆环注水法等，也可使用简易的土槽注水法等。

表3-1 土壤渗透系数经验值

c 为防止污染地下水，土壤渗透的COD负荷应小于100mg/m2•s，渗透前径流的COD应控制在100～200mg／L范围内。

3.2.3渗透设施的计算方法及计算方步骤。

a、计算方法

计算方法是基于水量平衡，即对某设计降雨重现期作径流量、渗透量和贮存量三者之间的平衡计算。按经验公式计算法：

式中L――渗透管、沟、渠的长度（m）；

A――管段的汇水面积（m2）；

qT――对于某重现期T的暴雨强度（L/ha•s），重现期根据市政道路的坡度、重要性，取1-3年；

t――降雨历时（min），一般考虑12分钟；

b――渗透沟宽，考虑0.25-0.3（m）；

h――渗透沟有效高度，考虑0.3-0.4（m）；

S――存储系数，即沟内存贮空间与沟的总有效容积之比；

k――土壤渗透系数（m/s）；

d――沟内渗透管内径（m）；

D――沟内渗透管外径（m）；

Sk――砾石填料的储存系数，可取0.4。

计算时也是先假设渗透设施的宽、高（b、h）和砾石填料的储存系数Sk，据不同降雨历时t求得一系列L值，从中选取最大值。

3.3雨水收集井的布置与容积的确定

3.3.3 雨水收集井的布置原则

雨水收集井是雨水收集利用的主要调蓄装置，除不便设置的位置外，设计中考虑每个雨水收集井对应布置一个雨水口。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006) , 雨水口间距宜为25～50m, 当道路纵坡大于0.02时，雨水口的间距可大于50m，其形式、数量和布置应根据具体情况和计算确定。坡段较短时可在最低点处集中收水，其雨水口的数量或面积应适当增加。本论文认为可按照雨水口布置的设计原则布置雨水收集井，缓坡段，按30-40m的间距设置雨水收集井；陡坡段(道路坡度大于0.02)，按50～60m的间距设置雨水收集井。雨水收集井与盲管网、雨水收口的关系详下图。

3.3.4 雨水收集井的储水容积的确定

雨水收集井在雨季时收集雨水储存、调畜；旱季时，在蒸发的情况下，保证部分雨水储存，供水浇洒、绿化。

根据昆明市多年蒸发资料，本论文以昆明B地块白龙潭小区区内市政道路及周边市政道路为例，分析旱季时市政道路雨水综合利用设施所产生的效果。分析过程如下:

a．昆明市多年平均降雨量详表3-3

表3-3 昆明市多年平均降雨量和蒸发量

从上表可知， 12月、1月、2月、3月，共4个月，昆明雨量较少，若这4个月，雨水收集井能达到一定的储水量，回用于绿化浇洒，则全年内雨水综合利用措施的设置就能取得良好的效果。通过上表的蒸发量数据，我们可推算出昆明市12-1月，共四个月的总蒸发量为722mm，平均每天的蒸发量约6 mm。根据经验，若有盖板等防蒸发措施，蒸发量可减少约一半。

b．白龙潭B地块市政道路约每隔31m设置一座雨水收集井，道路横断面小于25m的道路，雨水管道系统及雨水收集井单侧布置；道路横断面大于等于25m的道路，雨水管道系统及雨水收集井双侧布置。按此原则，可推算出，单侧布管的道路，每一公里道路约设置雨水收集井32座；双侧布管的道路，每一公里道路约设置雨水收集井64座。雨水收集井采用钢筋混凝土井，平面净空尺寸为1X1m，为有充足的蓄水量，同时减小蒸发量，因此井深设计较深，深度为3.0m。

c．绿化用水定额取值为2L/m2.d。

根据以上分析，可以1Km白龙潭B地块几种典型道路横断面为例，进行旱季集水井储水量及旱季绿化浇洒水量的计算。计算结果详表3-4旱季集水井储水量计算表。

3-4旱季集水井储水量计算表

从上表推算出，旱季时，若持续不降雨，雨水集水井所储存的水量可持续供水绿化9－16天。雨水集水井按1X1X3m的容积是能满足使用要求的，同时我们也可看出，增设雨水综合利用措施后，节水效果较好。

4 结语

目前雨水利用还缺乏一定的标准和规范。各地的雨水利用处于摸索阶段，缺乏充分的科学分析和指导。雨水利用系统的组成、集流面的面积、储水池的防渗材料选用，水窖水质的净化，都尚未形成公认的标准和规范。

白龙潭B地块雨水综合利用措施的设计，也参照了呈贡新区的其他道路设计。根据已验收项目的了解，按此方案设计的雨水综合利用措施能经过旱季的检验，在近期内效果还不错，但由于盲管管径设计过小(一些项目的透水盲管管径仅有20mm)，种植土铺设深度不够(一些项目只有0.4-0.5m)，使用2年后，已经出现了盲管堵塞，蓄水水质过差的情况。针对以上问题，我们在白龙潭B地块雨水综合利用措施吸取了经验，将透水盲管设计为DN100，增加种植、回填土至1m以上，并增加了部分级配碎石。

市政道路的雨水综合利用措施的设计方案，随着道路的建设，前期建设的经验总结，新的过滤材料的投入，一定还会有很大的优化空间。

注：本章论文的所有图表及公式以PDF形式查看