城市道路雨水收集就地利用系统研究

郭巧玲++马志华++杨云松

摘要：针对道路雨水收集利用具有成本低、实施便利、见效快的特点，设计了一种可按道路两侧绿化带植物墒情灌溉的道路雨水就地自动利用系统。该系统由雨水收集净化系统、自动控制系统、雨水自动灌溉系统3部分组成，可有效地解决目前城市内涝和水资源匮乏并存这一问题，以期为解决城市干旱缺水、洪涝灾害、水环境恶化三大水问题提供参考。

关键词：城市道路； 雨水； 收集利用； 自动灌溉

中图分类号：U417

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12019103

1引言

雨水循环是自然界水循环系统中的重要环节[1]，也是最根本、最直接、最经济的水资源[2]。在我国城市化进程中，大量不透水路面雨水通过排水管道直接进入城市排污管网系统，雨水资源大量流失。同时，大量的道路两侧绿化带却采用中水[3]或自来水[4]进行浇灌，造成水资源的严重浪费。因此，城市道路雨水利用是解决城市水资源短缺、减少城市洪灾和改善城市环境的有效途径。

2国内外研究现状

20世纪60年代以来，世界各国开始注重城市雨水利用技术的开发和应用。德国、日本及英国等城市雨水收集利用理论研究和技术已很成熟[5～7]。我国的城市雨水利用研究与应用开始于20世纪80年代[8]，目前虽然有了相对完善的雨水收集系统，但国内对雨水的利用主要集中在社区、广场和公共绿地等，城市道路雨水的收集与利用还处于起步阶段[9]。城市道路雨水利用分为直接利用与间接利用两种方式：直接利用的工艺流程为：径流雨水—初期弃流装置

—贮存沉淀池—人工土壤渗滤—中水池—回用[10]，用于城市清洁、消防、绿化等[11，12]；间接利用的雨水入渗方式主要有透水路面、绿地、渗透沟、渗透管、渗透池、渗透井等[13]。透水路面使雨水渗透到路基或土壤中，实现雨水贮蓄或回灌地下水[14]。绿地入渗是在绿色植被与土壤之间增设贮水层、透水层等减缓雨水地表径流速度，降低暴雨期间城市防洪压力，使城市地下水得到有效补偿[15，16]。除此之外，将路面雨水与渗透管相连引入到地下渗渠中，通过渗渠向周围土壤渗透，这种系统集蓄水与渗水功能于一身，是较为理想的渗透设施[17]。

本文在对我国现有雨水利用方案分析的基础上，研究一种新型的雨水收集就地利用方案。该方案具有2方面的优点：①就近收集道路径流作为路边绿化带水源，②实现依据道路绿化带植物墒情进行自动灌溉。

3城市道路雨水收集利用方案

3.1可收集雨量分析

一个地区可收集雨量分析是方案中工程规模设计的依据。可采用以下2种方法计算：

①依据《雨水设计——雨水收集·贮存·回用》设计规范中相应公式：

W=A×R×E×7.48 （1）

式中：A为集水区面积，m2；R为降雨量，mm；E为径流系数；其中，径流系数可依据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2009规定取值。

②暴雨强度公式法：

W=∫1200ψFqdt （2）

式中：W是可收集的水量，m3；ψ是径流系数；F是设计汇水面积，m2；q是焦作市暴雨强度，mm/h；t是降雨历时。

3.2总体方案及原理

本文提出的城市道路雨水收集利用系统由3部分组成：雨水自动收集系统、自动控制系统、自动灌溉系统。整个系统以一个雨水口控制的道路长度为一个单元。雨水在路面形成径流后，通过道路两侧的雨水口进入沉淀池，沉定池具有蓄水拦污的作用；当沉淀池中的雨水到达一定高度时，雨水通过虹吸管进入储水池。储水池中安装离心泵，当植物需要灌溉时，自动控制系统会根据土壤湿度感应器反馈的数据发出相应指令，控制水泵抽水通过滴灌管浇灌绿化带。

3.3实地勘察

本文以河南理工大学南门口自东向西的一条道路绿化带为例进行实例研究。经实地考察，道路长294 m，从中间向两边依次为机动车道宽26 m、绿化带宽5 m、非机动车道宽 7 m、路边绿化带宽 5 m，呈对称分布。每隔40 m设置了一个排水口，绿化带侧边的非机动车道从南向北坡降为0.03。排水口设置在非机动车道与路边绿化带结合处，排水口长140 cm、宽50 cm、深100 cm，排水口底部连接有管径为400 mm的混凝土管道。通过此管将收集的雨水排入设置在非机动车道的集水井内（深140 cm、直径80 cm），集水井底部设置有管径为60 cm的混凝土管道，将集水井中的雨水集中排入附近的河道中。

3.3具体方案

本方案以一个雨水口控制一个单元，即40 m为一个单元，系统的规模尺寸依据当地降雨和实地勘查确定。

3.3.1雨水收集系统

雨水降落到地面，通过雨水篦子1进入沉淀池2，雨水篦子起到初次拦污作用。沉淀池是双层孔状过水拦污结构，内部孔状截污挂篮可再次对雨水进行过滤，沉淀池在蓄水的同时可沉积大颗粒沙粒。当雨水在沉淀池存蓄到一定高度，可通过虹吸管4进入雨水收集管道5流进储水池，在虹吸管前端入口处布置一层过滤装置3，拦截透过雨水篦子进来的一些杂质和能达到此高度的漂浮沙粒，使得进入储水池中的雨水不含杂质。储水池建在绿化帶，顶部采用推拉盖结构，既保证储水池的密封性，又方便工作人员检修和投放杀菌药剂。储水池设有排水管，当储雨量超过集水箱容量时，多余雨水通过排水管道排入市政排污管网（图1）。具体尺寸为道路沉淀池长140 cm、宽50 cm、深100 cm，在距沉淀池底部20 cm处设置管径400 mm，PPR材质的虹吸管，管弧度为28°。雨水收集管道为混凝土管，管径400 mm。储水池6在非机动车道一个雨水口控制面积280 m2，储水池长5 m、宽3 m、深2 m；机动车道一个雨水口控制面积520 m2，储水池长7 m、宽4 m、深2 m，混凝土材质。在距储水池底部1.8 m处连接管径为100 mm的混凝土排水管。在集水箱上部连接管径为200 mm的市政供水管道。

3.3.2自动控制系统

雨水通过混凝土管道5进入储水池6，当绿化带中的土壤湿度低于植物生长所需值时，湿度感应器7将采集的数据以电压值的方式发送给主控板8，主控板根据接收到的数据发出相应指令，控制水泵10抽水灌溉。储水池同时装有水位感应器9，当池中水位下降到一定高度时，水位感应器将反馈数据给主控板和单片机给出相应指令，提示市政供水管道给储水池供水（图2）。使用Keil编程软件编写土壤湿度感应器和水位感应器的控制程序。

3.3.3雨水灌溉系统

自动控制系统通过接收土壤湿度感应器反馈的数据发出指令，控制水泵抽水通过PP-R管13分流到绿化带14的滴灌管15中。通过滴灌管对植物进行灌溉。其中，水泵外部包有过滤膜，防止进入储水池的细小杂质吸入水泵而导致水泵和滴灌管的堵塞。滴灌管外表面也包有滤膜，防止外部土壤沙粒堵塞滴管口（图3）。具体尺寸为PP-R管管径为10 cm。滴灌管管径为6 cm，斜三孔式，定额流量为5 L/h。

4结语

本文着眼于解决目前城市建设中存在的防洪与水资源短缺并存的问题，以雨水的就地利用为理念，设计了一种城市道路雨水就地收集并根据道路两侧绿化带植物墒情进行自动灌溉的雨水利用系统。该系统的实施不仅可以大大节省城市管网造价，同时还可大幅度降低城市绿地养护成本，有效的促进我国道路雨水利用技术的发展。

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