丁 年 胡愛兵 任心欣

城市洪澇及徑流污染、雨水資源的流失、排水系統(tǒng)的老化落后、水環(huán)境惡化是我國快速城市化過程中面臨的重大問題和城市可持續(xù)發(fā)展的制約因素。城市道路作為城市3種主要下墊面之一，其雨水徑流量大，污染嚴重，是城市面源污染的主要來源。研究表明對一般城市建設區(qū)，道路次降雨徑流量約為25%，卻產(chǎn)生了40%—80%的污染物[1]。因此，道路是城市面源污染的關鍵源區(qū)。探求如何滿足環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟等多重效益的道路雨水凈化利用措施，是當前該領域研究的熱點之一。國內(nèi)外實踐證明，低影響開發(fā)模式可有效緩解上述矛盾。

作為國家低影響開發(fā)雨水綜合利用示范區(qū)[2]，深圳市光明新區(qū)在城市道路低影響開發(fā)雨水綜合利用方面進行了有益的探索與實踐。目前光明新區(qū)已完成兩條市政道路的低影響開發(fā)雨水綜合利用示范工程，其余市政道路在建或已完成施工圖設計。已完成的兩條市政道路均按照低影響開發(fā)理念進行設計和建造，綜合應用植生滯留槽、透水瀝青、透水磚等設施，其在雨水徑流量控制和面源污染控制方面將發(fā)揮有效作用。

1 低影響開發(fā)概念

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低影響開發(fā)（又稱低沖擊開發(fā)，Low Impact Development，LID）理念是上世紀九十年代末由美國馬里蘭州的喬治王子郡和西北地區(qū)的西雅圖市、波特蘭市共同提出的一種暴雨管理技術。其基本原理是在人工系統(tǒng)的開發(fā)建設活動中，盡最大可能減少對自然生態(tài)系統(tǒng)的沖擊和破壞[3]。對人類敏感而脆弱的水生態(tài)系統(tǒng)而言，低影響開發(fā)理念要求通過分散的、小規(guī)模的源頭控制設施來實現(xiàn)對降雨所產(chǎn)生的徑流和污染的控制，使區(qū)域開發(fā)建設后盡量接近于開發(fā)建設前的自然水文狀態(tài)。圖1所示為LID模式與傳統(tǒng)排水模式在控制雨洪方面的差異。

2 傳統(tǒng)市政道路面臨的問題

2.1 傳統(tǒng)市政道路斷面形式及排水系統(tǒng)

市政道路斷面形式主要有單幅路、雙幅路、三幅路及四幅路。以四幅路為例，討論傳統(tǒng)市政道路排水形式及面臨的問題。

四幅路由3條綠化帶（分隔帶）將車行道分成四部分，中間兩條為單向行駛的機動車道，機動車道兩側為單向行駛的非機動車道，如圖2。

四幅路綠化帶共計3條，分別為中央綠化帶和兩側綠化帶，其高程均高于路面高程。綠化帶兩側設置路緣石，路緣石一般高出車行道邊緣10—20厘米，其作用是將機動車與非機動車及行人通過分隔帶分割開來，使車輛及行人各行其道，以保證道路具有較高的通行能力。同時，也起到匯集、引導行車道及人行道的雨水沿縱斷方向流入雨水口，防止雨水進入綠化帶影響路面穩(wěn)定。傳統(tǒng)市政道路綠化帶只能接納其自身面積的雨水徑流，道路路面雨水徑流無法自流入其中。

表1 傳統(tǒng)市政道路排水模式與低影響開發(fā)模式的對比

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表2 植生滯留槽填料構成表

傳統(tǒng)市政道路雨水系統(tǒng)的設計是以雨水的盡快排除為根本出發(fā)點，采用點式雨水口收集道路雨水。雨水口設于路面上，道路雨水徑流均流入雨水口，經(jīng)雨水管道排除。

2.2 存在問題

傳統(tǒng)的市政道路排水設計采用點式雨水口收集道路雨水，通過管道系統(tǒng)盡快排入下游河道，它是以雨水的盡快排除為根本出發(fā)點。這種方式存在多方面的缺點：一是污染較重的機動車道雨水排入河道后污染城市河湖水體；二是點式雨水口收集地表雨水必然產(chǎn)生路邊積水，易發(fā)生洪澇災害；同時，道路綠化帶需要經(jīng)常性的灌溉，未對道路雨水資源進行有效利用，大量的雨水資源白白流走。因此需要重新審視和改善現(xiàn)有市政道路排水系統(tǒng)，使之能夠發(fā)揮洪澇災害防控，面源污染控制，雨水資源有效利用等多重效益。

3 低影響開發(fā)市政道路建設模式

3.1 低影響開發(fā)市政道路建設形式

低影響開發(fā)市政道路的建設充分利用了道路綠化帶在收集、儲存、入滲、凈化雨水徑流方面的功能，將道路綠化帶建設為植生滯留槽的形式，道路雨水徑流通過孔口道牙自流入綠化帶入滲、排放。綠化帶高程低于路面10—20厘米，雨水口設于綠化帶內(nèi)，雨水口高程高于綠化帶而低于路面高程。道路雨水徑流流入綠化帶后，首先進行儲存和入滲，超過設計重現(xiàn)期的雨水溢流入雨水口，經(jīng)雨水管道排放。雨水管道可采用穿孔管道，雨水在流行的過程中可繼續(xù)入滲。

道路人行道可采用透水鋪裝地面，如透水磚等。為盡可能多地消納道路雨水徑流，人行道樹木可采用LID樹池形式（圖3-圖5）。

傳統(tǒng)市政道路與低影響開發(fā)市政道路排水系統(tǒng)的異同見表1。

3.2 植生滯留槽簡介

植生滯留槽（Bioretention，又稱“雨水花園，Rain garden”）是指在低洼區(qū)種有灌木、花草，乃至樹木的工程設施，主要通過填料的過濾與吸附作用，以及植物根系的吸收作用凈化雨水，同時通過將雨水暫時儲存而后慢慢滲入周圍土壤來削減地表雨水洪峰流量，圖6所示為典型的植生滯留槽系統(tǒng)。

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表3 三十八號路在不同設計重現(xiàn)期下的雨水入滲量計算表

典型的植生滯留槽一般由七部分構成：前處理系統(tǒng)，進水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)，表面溢流系統(tǒng)，積水區(qū)，填料及植物。其中，填料是植生滯留槽的核心設施。植生滯留槽填料自上而下一般依次為覆蓋層、種植土壤、粗砂及碎石。各填料層厚度、組成及其他特征見表2。

4 低影響開發(fā)市政道路在光明新區(qū)的應用

深圳市光明新區(qū)已建成的三十六號路與三十八號路，路面均采用透水瀝青，厚約5厘米，下面依次為礫石層與路基；兩側綠化帶采用下凹式植生滯留槽，雨水口設于綠化帶內(nèi)，雨水口高程高于綠地約5厘米；道路路牙采用孔口道牙，下雨時，路面雨水很快經(jīng)透水瀝青入滲，經(jīng)下層礫石層儲存、匯流至道路一側的邊溝，再流入下凹式植生滯留槽入滲，超滲雨水經(jīng)雨水口流至市政雨水管道。

路面雨水流入下凹式植生滯留槽后，首先進入一沉砂池（圖7，圖8），雨水徑流中較大的顆粒物可沉淀去除，然后再漫流至兩側植生滯留槽入滲。

人行道采用透水磚鋪砌，人行道雨水徑流直接流入下凹式植生滯留槽入滲。

5 低影響開發(fā)市政道路示范工程效果評估

5.1 徑流量控制效果評估

（1）雨水入滲量評估

以三十八號路為例，評估徑流量控制效果。三十八號路斷面及尺寸見圖4-1，中央綠化帶的雨水可自身消納，機動車道及人行道雨水徑流分別匯入兩側綠化帶入滲、排放。根據(jù)斷面尺寸，計算綠化帶匯水面積與綠化帶面積之比F匯水/F綠地=0.12。

通過對深圳市40多年降雨統(tǒng)計資料逐時分析計算，不同設計重現(xiàn)期下綠化帶的雨水入滲量詳見表3。

從表3可以看出，在暴雨設計重現(xiàn)期為2年一遇的情況下，年降雨量的66%可入滲消納，轉化為地下水資源。

表4 三十八號路雨量綜合徑流系數(shù)估算表

表5 傳統(tǒng)建設模式下的綜合徑流系數(shù)估算表

表6 美國北卡羅來納大學夏洛特分校植生滯留槽改善雨水徑流水質(zhì)效果

表7 美國馬里蘭大學帕克學院植生滯留槽改善雨水徑流水質(zhì)效果

（2）綜合徑流系數(shù)評估

以雨量徑流系數(shù)為評價指標，計算三十八號路紅線內(nèi)區(qū)域雨量綜合徑流系數(shù)（表4 ）如該市政道路按照傳統(tǒng)模式建設，則計算其綜合徑流系數(shù)見表5。

由表4及表5可知，采用低影響開發(fā)模式的市政道路可有效降低綜合徑流系數(shù)，減少外排雨水徑流量，對防止洪澇災害和控制面源污染具有重要意義。

5.2 污染物控制效果評估

（1）徑流污染控制量

按照《深圳市低沖擊開發(fā)技術基礎規(guī)范》（在編），徑流污染控制量可按如下公式計算：

式中：

VWQ—徑流污染控制量（立方米）

HW—徑流污染控制降雨厚度（毫米）

F—匯水面積（公頃）

RW—徑流污染控制系數(shù)，

RW=0.05+0.009 I

其中：I—匯水區(qū)域內(nèi)不透水面積比例（%）

對于市政道路，按照《深圳市低沖擊開發(fā)技術基礎規(guī)范》提供的徑流污染控制降雨厚度取值，取 H W =10 毫米；

由于匯水區(qū)域內(nèi)人行道和綠化帶均為透水地面；透水瀝青層下依次為礫石層和不透水層，所以認為機動車道為不透水層，則計算I=60%，

所以， R W =0.05+0.009 I=0.59；

三十八號路長度為1.9公里，則匯水面積F=6.65 公頃；

根據(jù)以上取值，計算VWQ=392 立方米，即三十八號路初期徑流污染物控制量為392立方米。

（2）植生滯留槽凈化雨水水質(zhì)效果

植生滯留槽不僅可以有效削減徑流和洪峰，而且可以有效改善雨水徑流的水質(zhì)[4]。位于美國北卡羅來納大學夏洛特分校[5]和美國馬里蘭大學帕克學院停車場[6]的實際運行的植生滯留槽的監(jiān)測結果見表6和表7。

多項研究結果表明[7-12]，植生滯留槽對雨水徑流中的TSS、重金屬污染物有較好的去除效果，而對N、P營養(yǎng)物質(zhì)的去除效果不穩(wěn)定，一些研究結果表明植生滯留槽出流中N、P的濃度甚至高于進水濃度，主要是因為植生滯留槽填料中的營養(yǎng)物質(zhì)被沖刷出來所致[7，13]。

6 結語

城市道路低影響開發(fā)雨水綜合利用對緩解城市洪澇災害、控制面源污染、改善城市河湖水質(zhì)等具有重要意義。深圳市光明新區(qū)已建低影響開發(fā)市政道路綜合應用多種低影響開發(fā)設施，主要有透水瀝青路面、植生滯留槽、透水磚等。這種市政道路將傳統(tǒng)的以“快排”為主要目的的道路設計，轉變?yōu)橐浴皾B、蓄、排”相結合的設計理念，為防止洪澇災害、控制面源污染、改善區(qū)域水文循環(huán)具有重要意義。

理論研究表明，光明新區(qū)已建市政道路在雨水徑流量削減與面源污染控制方面效果顯著。但還需持續(xù)的追蹤監(jiān)測與評估，以全面了解其長期的運行狀態(tài)與效果，為類似工程的應用提供經(jīng)驗。

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