干旱区公路互通区雨水利用技术研究——以克拉玛依—塔城和乌尔禾—阿勒泰高速公路为例

曹广华，任 伟，李 元，张峻峰

（交通运输部科学研究院，北京100013）

0 引言

随着地表水日渐匮乏、地下水水位下降，人们开始研究雨水资源的合理利用，并受到国内外广泛重视[1]。日本、美国、新加坡、法国、瑞典等国都在开发利用雨水[2]，将雨水利用范围从生活用水扩展到城市用水和农业用水。我国雨水利用方面的研究也逐渐得到发展。甘肃省水利厅联合有关单位对集雨技术的可行性进行了系统研究[3]。中科院兰州沙漠研究所在利用雨水集流技术改善干旱地区生态环境方面也做了部分工作[4]。

在我国，关于干旱区公路雨水利用技术方面的研究，目前大多仅限于理论上的分析探讨或对国外技术的介绍[4-5]，如张艳杰和叶剑介绍了干旱半干旱区公路雨水集流、公路雨水蓄存、公路雨水利用的理论方法[6]。目前大多没有对干旱区公路雨水利用技术做进一步深入研究[7]，缺乏雨水利用技术应用于西部干旱区的公路工程的具体实例[8]，特别是没有开展干旱区公路互通区雨水利用的技术研究。因此，本研究依托交通运输部科技项目课题，探索成本低、维护简单、实用耐久的雨水利用的技术，以期为干旱区公路互通区雨水利用技术提供理论依据和技术支持。

1 互通区雨水利用方案设计

1.1 方案设计理念

在西部干旱区，水尤为珍贵。然而对于公路而言，雨水既有有利的一面，也有不利的一面，妥善处理好公路和雨水的关系，对保证公路路域生态安全和公路路基安全至关重要。结合公路路基的设计规范，在满足路基排水要求的前提下，采用渗透、滞留、贮存、利用的方法，完成对雨水的管理，依据互通区地理条件，因地制宜地开展互通区雨水利用工程，实现造价额低、维护简单、实用耐久的目的。通过工程实践，最大限度地发挥公路互通区天然降雨的生态效益。

1.2 结构设计

本研究的设计是一种实现公路互通区区域内雨水收集、滞留、储存、再利用的结构工程，包括汇水边沟、防渗层、种植土、单层卵石，配置乡土植被。汇水边沟是将路面、边坡和互通区的降水汇聚到互通区内，实现雨水的汇流收集。防渗层是在互通区一定深度铺设土工布，防止雨水渗入地下而流失。种植土可涵养雨水，是植被成活和生长的载体。单层卵石压覆种植土，可阻隔水分，避免其过度蒸发，同时起到吸热保温的作用。配置乡土植被，容易成活，并形成互通区湿地景观。整个结构最大程度上实现了互通区内天然降雨的生态效益。

本结构设计充分利用互通区区域面积广的特点，汇集雨水量大，结合已有工程设计，不用增加额外工程费用，后期维护简单，列入公路日常例行维护即可，一旦形成湿地景观，配置的乡土植被将长期存在。

1.3 工程施工要点

互通区雨水利用要呈现生态效益，工程施工起着基础性作用。工程施工过程中需要注意以下要点。

（1）汇水边沟两侧的边坡高度差保持在5～10cm。互通区路基和边坡施工完毕，进行互通区汇水边沟和中部凹型施工。汇水边沟施工时，靠近路基边坡一侧的汇水沟边坡高度高于另一侧边坡高度5～10cm，以保证汇水沟雨量大时，雨水汇入互通区中部，而不会出现雨水流向路基一侧，造成水毁路基的情况。

（2）推进式铺设土工布施工，保证土工布的完整。在铺设土工布时，禁止机械直接在土工布上面采用倒退式施工方式覆设种植土，以免机械压裂土工布，造成雨水漏失。建议采用推进式施工，边铺设土工布边覆设种植土，机械在种植土上施工，避免机械直接碾压土工布，保证土工布的完整性。

（3）合理选择撒播植物种时间，确保植物种生长成活。在西部干旱区，植物物种撒播最佳时间是每年的6月中旬至7月中旬，该季节水热条件达到最佳，建议在6月初撒播草籽，随着雨季的出现，植物种子吸收水分和光热，保证了植物物种的发芽率和成活率。

2 实例分析

G3014克拉玛依—塔城高速公路的额敏东互通区，占地4 550m2，乌尔禾—阿勒泰高速公路的丰庆湖互通区，占地2 778m2，均属于温带大陆性气候，寒暑差异悬殊，干燥少雨，春秋季风多，年平均气温8.6℃，最冷月份（1月）平均气温为-15.4℃。年平均降水量为108.9mm，蒸发量为2 692.1mm，是同期降水量的24.7 倍。全年无霜期232.3d。地貌类型为绿洲荒漠区。本区野生荒漠植物主要有梭梭、红柳、胡杨、半灌木的沙枣、枸杞、芦苇等。

由于两处互通区均为平缓荒漠，依据《公路排水设计规范》（JTJ 018—97），结合路基横断面中边坡坡比和高度，通过计算设计径流量和降雨历时，确定汇水边沟与坡脚的安全距离为50cm，宽度为150cm，深度为50cm，在边沟底部铺设土工布。从互通区雨水收集边沟向互通区中心位置，各个方向向中心位置流线形坡降设计，最大深度为80cm，最底层铺设土工布。土工布上面覆盖40cm 种植土，种植土上面覆设单层直径为5～8cm的卵石。土木工程结束后，选择适合耐旱灌草植被和丛生植被，如早熟禾、紫羊茅、黑麦草、芦苇、骆驼刺和红柳等，共同组成生态型雨水集流工程，随着雨水条件成熟，植被生根发芽成长，在互通区形成湿地生态景观。

互通区雨水集流标准横断面如图1所示。

图1 互通区雨水集流工程标准横断面图

3 结论

通过对G3014克拉玛依—塔城高速公路的额敏东互通区和乌尔禾—阿勒泰高速公路的丰庆湖互通区的实例研究，对干旱区雨水资源的利用进行了理论探索和技术研究，在保障公路路基安全、满足排水规范要求的情况下，为公路互通区雨水利用提供了一种的新型技术。本设计具有很强的实用性，造价低，维护简单，实用耐久，最大程度上实现了互通区内天然降雨的生态效益。随着项目研究的深入，将进一步完善设计，提高干旱区雨水资源的利用效率，对西部干旱区生态环境的改善起到积极作用，实现西部地区交通建设的可持续发展。

[1] 李小雁，龚家栋.半干旱区雨水集流研究进展及其现状[J].安徽农业科学，2004，22（1）：88-92。

[2] 李锋瑞.干旱农业生态系统研究[M].西安：陕西科学技术出版社，1998.

[3] 李小雁，龚家栋，高前兆.人工集水面临界产流降雨量确定实验研究[J].水科学进展，2001,4（12）：516-522。

[4] 张艳杰，叶剑.干旱半干旱地区公路雨水集蓄利用[J].中国水土保持，2005（7）：12-13.

[5] 董滨，刘辉，张宝林，等.滨州北互通立交区边坡绿化用水的集蓄利用[J].给水排水，2010（36）：165-168.

[6] 赵春爱.对青海省高等级公路水资源资源利用技术的思考[J].青海师范大学学报：自然科学版，2008（4）：77-81.

[7] 宁樊龙.黄土高原地区高速公路雨水集蓄利用[J].调查研究，2008（9）：33-34.

[8] 刘利，甄晓云.云南省农村公路雨水收集潜力分析与收集利用探讨[J].环境工程，2013（1）：230-232.