市政道路雨水的利用及初期雨水分离处理方案初探

论文导读：雨水是自然界水循环系统中的重要环节。陆地上一切形式的水资源利用都是雨水利用。同时也造成了初期雨水对水体的污染。经泵站提升后排入人工湿地或其他处理设施。雨水利用，市政道路雨水的利用及初期雨水分离处理方案初探。
关键词：雨水，雨水利用，初期雨水，人工湿地
 

1.概述

雨水是自然界水循环系统中的重要环节，对调节、补充地区水资源和改善及保护生态环境起着极为关键的作用。在城市范围内，可有目的地采用各种措施对雨水资源进行保护利用，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、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；通过各种人工和自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源。

从广义上讲，陆地上一切形式的水资源利用都是雨水利用，而我们所说的雨水利用是特指有目的地对降雨资源进行收集、调配和利用等过程。城市雨水利用包括雨水的收集、储存、控制并高效利用等过程。雨水用途包括：补充地下水、绿化用水、景观用水、城市杂用（洗车、冲洗道路及建筑物、消防等）、居民杂用、工业用水，深度处理后甚至还可以用作饮用。

由此可见，雨水是一种极有价值的水资源。近年来，一些发达国家城市雨水的资源化和雨水的收集利用技术发展很快。

但是我国在以往的城镇雨水排水工程中主要以排放为主，基本上没有考虑雨水的利用。大量雨水通过管道直接排入水体，这对于中国这个世界上严重缺水的国家来说是一种极大的资源浪费，同时也造成了初期雨水对水体的污染。

随着国家的发展、社会的进步和公民素质的逐步提高，环保理念逐步深入人心，政府对环境污染防治的投入也在逐渐的增加。雨水利用技术在我国一些区域逐渐发展起来。目前国内对雨水的利用主要集中在社区、广场及公共绿地等范围内，对于城市市政雨水的收集与利用工程在国内还处于起步阶段。

2.方案介绍

本文所要论述的雨水利用主要是对市政道路系统径流的雨水以及各细胞社区弃流或外排雨水（本文将这部分雨水通称为“市政雨水”）的收集与利用。

需要强调和说明的是，对于市政雨水，无论是否采取收集利用措施，都必须设置完备的市政雨水的收集与排放系统。我们所讨论的雨水利用，应该是在避免洪涝灾害的发生，保障城市安全的前提下，适当的考虑对市政雨水进行收集与利用。

笔者曾有幸参与了中新天津生态城的市政基础设施方案设计工作，借此文提出该工程在市政雨水收集利用方面的一些粗浅的思路和设计方案，供广大排水专业人员批评指正，以起到抛砖引玉的作用。论文检测，雨水利用。

2.1市政雨水渗透、滞蓄利用方案

雨水的收集与利用方式呈多样化，技术经济分析显示，雨水渗透、滞蓄方案设计简单、可操作性强、效果显著。

通过在机非隔离带内设置渗透、滞蓄设施对市政雨水进行控制，达到雨水入渗地下和滞留灌溉等利用目的，其工艺流程如下图。

雨水渗透、滞留工艺流程

本方案成立的前提条件是须在道路两侧设置有隔离带，且宽度尽量不小于3米。这样，可将隔离带设置为雨水渗透、滞蓄沟。在沟内填入工程废弃的混凝土块和适量的炉渣等吸附性较强的土石料，其上铺渗透系数较大的人工拌和土作为植被土，种植适宜在水中生长的水生植物或乔木。在沟内沿途设置雨水收水井，并将收水井井篦高程设置为高于植被土高程且低于路面高程。雨水沿道路径流至沟内，部分雨水可通过沟内渗透性较好的土质渗透到地下，可以对地下水起到补给作用。另外，具有一定吸附性的土石料可以对雨水中所含的污染物等杂质起到一定的吸附作用。随着水量的增加，沟内水位升高至雨水收水井井篦的位置时，雨水可溢流到收水井内，通过雨水管道输送至雨水泵站，经泵站提升后排入人工湿地或其他处理设施。当超过人工湿地接纳容量时，可直接将雨水排入附近的水体。

断面示意图

该方案的优点是可以在快速有效的对雨水进行收集的同时对雨水具有较好渗透和滞蓄作用。既可以有效的利用雨水对地下水资源进行补给，也可以有效的节省绿化用水量。中小雨时，可通过设置在雨水泵站内的中小雨水泵将雨水排入人工湿地或其他处理设施进行净化。该方案同时具有很好的景观效果。

该方案存在以下问题：

①大雨或暴雨时，超过湿地处理容量的雨水无法进入湿地，直接排入天然水体。距离雨水泵站远点的初期雨水在管道内的流行时间较长，当其到达雨水泵站时，可能湿地的处理容量已经饱和，则这部分初期雨水被直接排入天然水体。虽然考虑大量的中期雨水会将初期雨水的污染物浓度起到稀释作用，但可能仍然会对天然水体造成一定程度的污染。

②渗透、滞蓄沟内容易淤积初期雨水中的泥沙等污染物。

2.2市政初期雨水分离、处理方案

降雨初期，雨水溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后，又由于冲刷沥青油毡屋面、沥青混凝土道路、建筑工地等，使得前期雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质。

关于初期雨水中所含污染物及其浓度的统计数据可参见表1、2（由于笔者手头没有国内与此相关的统计数据，故参考了美国的一些相关统计数据。考虑到发展水平、地域环境以及企业和人口素质等因素，笔者认为，国内的相关数据应高于美国）。

表1美国雨水水质统计数据

Tab.1 Rain runoff pollution in USA

表2地面径流污染物浓度与城市污水厂进水水质比较

Tab.2 Comparison between surfacerunoff and domestic wastewater

美国国家环保局（EPA）对全美600座城市的雨水进行监测后对统计数据进行分析，得出单位面积径流的污染物产生量见下表3。

表3单位面积径流的污染物产生量

Tab.3 Unit surface runoff pollution

Kg·hm-2·a-1

由以上几份统计数据中可以看出，初期雨水的污染程度是较高的，有一些污染物的含量接近甚至超过了普通城市污水。论文检测，雨水利用。如果将初期雨水直接排入自然承受水体，将会对水体造成非常严重的污染。

一些国内外检测数据显示，机动车道的雨水径流含有较高浓度的污染物质。可以说，城市初期雨水中所含的污染物质，很大部分来自机动车道的雨水径流。

研究表明：机动车道径流中主要的污染物成分为悬浮固体（SS）、COD、BOD、重金属Pt、Cr、Cu、Ni等以及多环芳烃（PAHs）、油和脂等。

机动车道雨水径流污染物进入水体后对水体水质的影响很大，导致水体的物理、化学性质和微生物特性发生变化，甚至成为影响水质的主导因素，一些有毒有机物如PAHs及重金属会对水生生态系统产生严重的影响，并可能产生潜在的二次污染等。

前文所述的市政雨水收集、利用方案，可以有效的对路面径流的雨水起到减量、下渗的作用，但并未对初期雨水进行弃流或处理。虽然渗透、滞蓄沟可以在一定程度上拦截雨水中的一部分污染物，但仍然会有相当一部分的污染物会进入到雨水管道并被直接排放至自然水体。而且，如果渗透、滞蓄沟在较长一段时间内没有被清理，则沟内的拦截的污染物会逐渐达到饱和，拦截效率亦随之逐渐降低。则随之而来的不仅仅是大量初期雨水中的污染物被直接排入自然水体，而且沟内拦截的污染物亦有可能对周围环境造成二次污染。

因此，有必要对前文所述的方案进行完善。

以下方案在前一方案的基础上增加了路面径流初期雨水的弃流和处理等内容。拟采取小雨或下雨的初期，机动车道雨水单独收集并铺设专用管道输送至专用储水池，最终排入污水处理厂进行处理的设计思路。其工艺流程如下：

机动车道初期雨水弃流处理方案工艺流程

本方案依然在机动车道与非机动车道之间的隔离带内设置雨水渗透、滞蓄沟，沟内设置收水井篦。城市雨水沿慢行系统径流至沟内，当沟内水位升高至雨水收水井井篦的位置时，雨水可溢流到收水井内，并通过城市雨水排水系统输送至雨水泵站，经泵站提升后排入人工湿地。湿地水量饱和后，城市雨水可直接排入河道。

机动车道初期雨水沿路面径流至设置于机动车道内侧的收水井，并排入铺设于渗透、滞蓄沟下面的机动车道雨水管道，后被管道输送至设置在污水提升泵站（或污水处理厂）附近的储水池内。当储水池容积饱和后，机动车道的雨水可通过收水井内的溢流管排入城市雨水系统。

储水池中储存的初期雨水可在城市污水排放低峰期通过池中的污水泵排放至污水泵站出水管，经污水管道排入污水处理厂进行处理，达标后排放。

横断面示意图

储水池容积的确定：

初期雨水弃流量的确定是比较复杂的，主要与所在地的气象条件，周围环境条件，地面污染物浓度等条件有关。目前，对于初期雨水弃流量尚没有比较科学权威的计算依据。参考一些相关文献，一般认为，除一些特殊环境（如化工厂、垃圾处置场等），降雨形成径流后，前12.5mm的径流量为污染物浓度较高的初期雨水。

可以统计出雨水汇水面积范围内的道路面积总和为A平方米，按12.5mm的降雨量计算，储水池容积S（立方米）应为S=A×12.5÷1000。

式中A——雨水汇水面积（在本文中应为汇流范围内的道路面积）。论文检测，雨水利用。论文检测，雨水利用。

储水池方案设计图

该方案的优点是在方案一优点的基础上，能够有效的分离机动车道径流的污染物浓度较高的雨水，进而可以大幅度的降低雨水对环境及水体的污染。

该方案存在以下问题：

①由于储水池容积是按12.5mm降雨量设计，容积较小，当雨量较大时，雨水需通过收水井内的溢流管溢流至城市雨水管道。当储水池容积饱和后，水位逐渐升高，会有大量的雨水会滞留在机动车道雨水管内，若滞留时间较长，管内容易沉积泥沙等污染物。

②储水池需要占用较大的地下空间。

③储水池结构较为复杂，池内设备较多，为控制和管理带来困难。

④因本方案增设机动车道雨水专用排水管道及储水池，与传统的雨水收集、排放系统相比投资较大。

⑤为减小储水池容积，本方案只考虑对12.5mm/小时的降雨量进行收集和处理，雨量较大时，初期雨水仍会对受纳水体造成一些污染。

3.结语

雨水是非常宝贵的淡水资源，雨水的收集与利用技术应该在我国，特别是我国的北方干旱缺水地区，广泛的推广和实践。但是，目前我国在雨水利用技术方面的研究尚处起步阶段，亟待解决的问题还比较多。论文检测，雨水利用。但是我们有理由相信，通过国家政策的大力支持，以及各方面人员的积极研究，雨水利用技术会不断地完善且更具可操作性。论文检测，雨水利用。希望本文的内容对广大排水设计人员有所帮助，并欢迎大家批评指正。

参考文献：
[1]GB 50400—2006，建筑与小区雨水利用工程技术规范[S].
[2]邓志光，吴宗义，蒋卫列城市初期雨水的处理技术路线初探中国给水排水2009，10