低冲击开发技术在市政道路工程中的应用

鹿传建

(广州市市政工程设计研究院，广东广州 510060)

低冲击开发技术在市政道路工程中的应用

鹿传建

(广州市市政工程设计研究院，广东广州 510060)

低冲击开发技术是由美国提出的一种针对城市雨洪的管理模式，该理念不断发展延伸到当今城市建设的各个领域。其目标是为了构筑生态城市，实现城市与自然的和谐相处。现在多个市政道路工程中用低冲击开发技术，并形成具体的工程措施，为此可为其他地区的城市开发建设提供参考。

低冲击开发;市政道路工程;工程措施

0 前言

近20 a来，中国城市进入快速发展时期，降雨对城市产生很大的冲击，如径流系数增大，面源污染加剧，地下水位逐步下降，城市内涝现象非常严重。而在过去的近20 a中，发达国家在城市降雨径流污染控制领域已经制定出了较为完善的控制管理模式，德国、美国、新西兰等发达国家都已经基本实现对城市降雨径流污染的控制，最普遍的是修建大量的雨水截流池处理合流制和分流制的污染雨水，以及采用分散式的源头生态措施来削减和净化雨水。

美国制定的“最佳管理措施”(BMP，Best Management Practice)是实现城市降水径流面源控制的最为重要的技术与管理体系。它是一套高效、经济、符合生态学原则的径流控制措施。其主要是在法规政策支持下采用工程性(如滞留池、渗透设施、人工湿地、生物过滤和停留系统等)并辅之以非工程性(如土地使用规划、垃圾管理、街道清扫等)的措施来达到控制的目的。

目前，由于城市的“空间限制”和提倡“与自然景观的融合”，加之很多城市即使采取了BMP管理模式，其城市的扩张和改造对环境造成的强烈影响仍然难以消除。因此，近些年，在美国等发达国家开始提出一些更新的、更合理的城市雨水径流污染控制管理模式，比较突出的是低冲击开发模式(Low Impact Development，简称LID)。

1 低冲击开发模式的概念及意义

低冲击开发模式是上个世纪90年代末期由美国东部马里兰州提出的一种概念。它是一种开发中的以生态系统为基础，从径流源头开始的暴雨管理方法。

这种低冲击开发模式是从源头进行降雨径流污染的控制和管理，其基本原理是通过分散的，小规模的源头控制机制来达到对暴雨所产生的径流和污染物的控制，并综合采用入渗、过滤、蒸发和蓄流等多种方式来减少径流排水量，使开发后城市的水文功能尽可能地接近开发之前的状况。

LID在不同的气候条件，不同的地区，其处理效果也有所不同，但是根据目前的实验资料可知: LID可以减少约30%～99%的暴雨径流并延迟大约5～20min的暴雨径流峰值;还可有效地去除雨水径流中的磷、油脂、氮、重金属等污染物，并具有中和酸雨的效果，是可持续发展技术的核心之一［1］。

低冲击开发最初针对的领域是城市排水雨洪管理， 随着理论研究的深化，低冲击开发理念逐渐开始拓展外延， 延伸至城市建设的各个方面。目前国内对于低冲击开发理念的运用和研究还处于起步阶段， 其主要研究侧重在城市规划及区域建筑方面、园林景观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为止仅有深圳市光明新区，采用的主要技术为透水路面、雨水入渗措施、雨水收集装置及LID树池［2］。

2 目前主要的LID开发技术

LID策略的实施包含两种措施，即结构性措施和非结构性措施。结构性措施，包含湿地、生物滞留池、雨水收集槽、植被过滤带、塘、洼地等。非结构性措施，包括街道和建筑的合理布局，如已增大的植被面积和可透水路面的面积。

本文主要叙述结构性的措施，主要技术措施有以下几个方面。

2.1 生态滞流池

滞流池所起到的功能就是暂时储存雨水，再以一定的流量排向市政管道。过剩的雨水暂时储存在滞流池中，在一定的时间内(一般是在24h)排完。既保证了雨水下泄量不超过一定数值，又起到了雨水过滤的作用。

2.2 屋顶绿化

在高出地面以上且周边不与自然土层相连接的各类建筑物、构筑物等的顶部，以及天台、露台上的绿化，可以缓解城市热岛效应，提高城市空中景观，消除二次扬尘源，增加绿化覆盖面积，降低大气中的粉尘含量。

2.3 雨水花园

雨水花园是自然形成的或人工挖掘的浅凹绿地。用于汇聚并吸收雨水，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，并使之逐渐渗入土壤，涵养地下水，或使之补给景观用水、厕所用水等城市用水，是一种生态可持续的雨洪控制与雨水利用设施。雨水花园可以吸收一部分由暴雨所带来的降水和过滤掉污染物质。

2.4 湿地

湿地是介于陆地生态系统和水生生态系统之间的一种特殊的生态系统，它具有地表多水、土壤潜育化和植物种类多等特点。湿地是自然环境中自净能力很强的区域之一，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、等离子交换、植物吸收和微生物分解来实现雨水的高效净化。

2.5 雨水过滤设施

雨水过滤系统是一种收集并临时储存雨水，之后通过砂、有机物、土壤等滤料对雨水进行过滤，从而达到净化雨水的目的的设施。雨水过滤系统与通过各种滤料的拦截、吸附等作用对水中的各种非溶解物进行去除。雨水中的主要污染物是COD和SS，这些污染物通过过滤后一般都能大部分被去除。雨水过滤系统在过滤前设置了临时储存雨水的容积，滤料一般选择土壤、砂和有机质。

2.6 雨水入渗设施

雨水入渗一般采用如下形式:入渗沟、入渗洼地、渗透管沟及渗透井。入渗系统是采用天然或者人工的条件使得雨水渗透到地下，减少雨水的排放并涵养地下水。雨水入渗系统需要虑地下水(滞水层)的水位状况及土壤渗透系数。为了保证足够的净化效果，最高地下水位以上的渗水区厚度至少保持在1 m以上。

2.7 透水路面

透水路面是一种应用非常广泛的入渗形式，它既不破坏道路的原有功能同时也起到了雨水入渗的作用。

工序在机床上加工前需采用夹具进行定位，因此需要选择和更换夹具。若工序Ojils在机床Mm上更换夹具的时间为更换夹具时机床功率为待机功率因此，更换夹具能耗可表示如下：

3 市政道路工程中可采用的低冲击开发技术

结构型LID开发措施主要有上文中叙述的七类，其中在市政道路建设中可采用的措施主要有生态滞流池、雨水过滤系统、雨水入渗设施及透水路面四大类。本文结合广州市市政工程设计研究院近年来实施的建设项目对上述技术在市政道路中的应用进行论述。

3.1 生态滞流池

在昆明市二环快速路系统工程中设置了单独的滞流池(见图1)。滞流池设置在绿化带中，主要起到收集桥面雨水及雨水消能的作用。桥面雨水通过落水管，排入滞流池内，多余的雨水从井口溢出至绿化带中，并通过植草集水沟排至平入式雨水口中。该排水过程使绿化用水及城市地下水得到补给，多余的雨水通过雨水口排走，排入到新建雨水管网中。滞流池作为绿化灌溉集水池，平时可以利用滞流水对附近绿化进行灌溉，减轻绿化灌溉的用水压力。

图1 昆明市二环快速路系统工程中的滞留池实景

3.2 初雨调蓄池(生态滞流池)

初雨污染负荷较大，含有较多的污染物及垃圾等，直接排放入水系中会对水系造成一定的污染，初雨调蓄池所起到的功能就是对初雨进行简单的过滤并储存雨水，雨量较小时将初雨纳入污水系统，经处理后再排入水体，雨量较大时先蓄水，再以一定的流量排向市政管道，避免暴雨对城市排水管网造成太大的冲击。

工作原理:初雨调蓄池由配水井、格栅和蓄水池组成，配水井中设速闭闸，其中1#速闭闸控制初雨进水，常开;2#速闭闸控制溢流，常闭(见图2)。

图2 初雨调蓄池原理图

降雨经雨水管网收集后，进入初雨调蓄池配水井，经格栅去除漂浮物后，进入蓄水池储存，当蓄水池中水位上升至设计水位时，关闭1#速闭闸，同时开启2#速闭闸，雨水通过溢流管排放至水体。蓄水池中的初期雨经提升泵输送至市政污水管网，转输至污水处理厂处理达标后排放。

图3 初雨调蓄池断面示意图

3.3 蝶形边沟(雨水过滤/入渗设施)

碟形边沟是下凹式绿化带与盲沟相结合的一种雨水收集方式。碟形边沟设于路边，道路外侧不设置路侧石和雨水收水口，边沟沟面为草坪，下铺滤料，底部为盲沟，雨水通过滤料下渗进入盲沟。在沟内间隔一定距离设置平入式雨水口，通过管道将盲沟与市政雨水管道接通(见图4、图5)。

图4 碟形边沟横断面图

图5 碟形边沟雨水收集系统图

碟形边沟的特点:

(1)集水口收集能力扩大。常规市政雨水口分散布置，为点状收集，通过增加雨水口增大收集量，对于雨水口经常堵塞的地区效果不明显，碟形边沟为带状收集方式，收水效果明显。

(2)对路面污染物的过滤。常规雨水是直接收集进入雨水管道，路面污染物通过管道流入河涌水体，需要考虑初雨处理，而碟形边沟可进行初步过滤。

(3)少径流量。碟形边沟布置于绿化带内，两侧允许雨水下渗，通过雨水的下渗和土壤的蓄水减少雨水的径流量，从而减轻雨季时下游管道的过流负荷，尽量避免管道内涌水和水浸街现象的发生。

(4)避免雨水口堵塞和路面积水现象。雨水收集以带状下渗过滤为主，通过边沟面绿化滞留，路面砂石、树叶、垃圾等不会在短时间内聚集于平入式雨水口，从而减少雨水口堵塞现象。另外，由于边沟为下凹式，路边不设侧石，雨水可迅速排入沟内，避免路面积水。

(5)让道路更自然生态。碟形边沟与绿化带相融合，让驾驶者与路人进入到绿色的自然环境中。

在昆明市二环快速路系统工程的地面道路中采用下凹式蝶形边沟作为人行道主要雨水收集系统，取得了良好的效果(见图6)。并在中新广州知识城南部快速路上设计作为行车道雨水收集系统。

图6 昆明市二环快速路人行道边的碟形边沟实景

3.4 生态绿地(雨水过滤/入渗设施)

生态绿地为在城市道路绿化带内的浅凹绿地，并在绿地中设置略高于地面的收水口。在雨量较小的情况下，生态绿地汇聚并吸收雨水，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，使之逐渐渗入土壤，补充地下水;雨量较足的情况下，雨水漫过雨水收集口，多余的雨水收集到市政管网中。

在昆明市主城区二环快速路中即采用该技术，在路中央、路边绿化分隔带位置设置生态植草集水沟，将平入式雨水进水井设置在绿化带内。路面雨水通过道路横坡排至部分绿化带开孔侧石，雨水通过孔洞流至绿化带内植草集水沟处，再通过集水沟或生态绿地流至平入式雨水口中，生态绿地一般略低于雨水口，雨水量大于生态绿地的渗入能力后才收集入城市排水管网中(见图7)。

图7 开孔式侧石及绿化带收水井实景

二环路建成后雨水收集系统运行情况良好，在昆明市几次中等规模的降雨中，都未发现路面有严重积水现象。但开孔侧石及生态绿地在运行中也出现了一些问题，主要有:(1)侧石中的过水孔较小，容易为路面垃圾及落叶等堵塞，需要相关管理部门定期巡查，对部分堵塞的孔洞进行清疏。(2)平入式雨水口位于绿化带中，部分绿化植被生长较差，泥土外露，雨天时泥土有被雨水冲到雨水口中的现象，需管理部门清疏和对绿化带进行养护，避免造成雨水口堵塞和种植土的流失。

3.5 透水路面

透水性路面的特点:使雨水迅速渗入地表，还原为地下水，使地下水资源能得到及时的补充，保持土壤的湿度，改善地表植物和土壤中微生物的生存环境;路面无积水，提高了车辆和行人通过时的舒适性和安全性;具有较大的空隙率，能较容易地与土壤相通，能吸收较多的热量和水份，有利于调节城市的生态环境，减少城市热岛效应;当城市有较大降雨时，能减少城市排水系统的压力和负担。

由于透水性材料有诸多优点，并作为一种新型材料在国内有较快的发展，因此住建部为规范透水性材料，在2009年颁发了《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135-2009)(2010年7月实施)，2012年颁发了《透水沥青路面技术规程》(CJJ/T 190-2012)。广州市市政工程设计研究院在2006起即开始推广使用透水性材料，主要应用在透水人行道及透水慢行车道上，如广州亚运城市政路网中全部采用彩色透水沥青材料作为慢行车道(见图8)，白云大道改造工程、广园快速路改造、龙塘路等均采用彩色透水砖作为人行道。

图8 广州市亚运城彩色透水沥青慢行车道实景

4 结语

低冲击开发模式是近年来从北美兴起的一种城市雨洪管理模式，并不断延伸至城市规划及开发建设的各个环节中，在中国国内的研究尚且较少。广州市市政工程设计研究院在昆明市二环快速路系统工程、广州市亚运城市政路网工程、中新广州知识城南起步区路网工程等多个工程中引入多种低冲击开发技术，并将之进行具体的工程化应用，形成多种具体的新型工程技术，希望可以对其他地区的城市开发建设提供参考。

［1］ 俞露.低冲击开发模式综述［J］.城市建设，2010，(02).

［2］ 唐绍杰.深圳市光明新区门户区---市政道路低冲击开发设计实践.建设科技，2010，(07).

U415.6

B

1009-7716(2015)04-0167-04

2015-01-27

鹿传建(1985-)，男，山东济宁人，硕士，工程师，从事道路工程设计工作。