一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄解决方案

万志鸿 ，谭志国 ，周杰民 ，肖鑫明

中国三峡建工（集团）有限公司 ，北京， 100038

摘要：随着城市硬化地面快速增长，加大了实际综合径流系数，造成已建雨水管网排水能力不足，城市雨洪消纳能力和调蓄设施不能与城市发展相匹配，进而产生较多洪涝灾害。为解决现有城市雨水排除体系存在的问题，研究提出了一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄方案。本方案主要由透水铺装路面和下凹式绿地组合而成，能够节约占地面积，不占用宝贵的空间。并且通过模块化设计，运输方便、承载力强、易于施工，且所需材料成本较低。大量推广使用可有效降低洪涝危害，经济和社会效益明显。　

关键词：低影响开发；雨水；净化；存蓄

1. 研究背景

2009年达沃斯世界经济论坛报告指出：全球将在20年内陷入“水资源破产”的困境。近年来，高速的城市化使得不透水下垫面比例不断增加，造成雨水汇流时间缩短，峰值流量增大，内涝灾害频现。我国大部分城市的雨水径流污染较为严重，雨水的利用能有效缓解水资源短缺，促进当地经济的可持续发展。目前，雨水的利用已经越来越得到政府的重视，相当国家已启动海绵城市的建设。

低影响开发(Low Impact Development，LID) 技术是20世纪90年代末发展起的暴雨管理和面源污染处理技术，LID 技术是通过分散的，小规模的源头控制来达到对暴雨所产生的径流和污染的控制，使开发地区尽量接近于自然的水文循环。现有技术中采用低影响开发的源头雨水净化与存蓄中，需要工程量较大，占用空间大，耗资巨大，适用性不强，且效果并不好，对雨水存贮的智能控制不足。

为解决现有城市雨水排除体系存在的问题，研究提出了一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄解决方案。本方案主要由透水铺装路面和下凹式绿地组合而成，能够节约占地面积，不占用宝贵的空间；并且通过模块化设计，运输方便、承载力强、易于施工，且所需材料成本较低，大量推广使用可有效降低洪涝危害，经济和社会效益明显。

2. 主要做法

本方案主要是通过包括集合透水铺装路面、下凹式绿地、生物滞留层、雨水收集池、水位监测装置等模块优化组合而成，采用模块法施工，施工方便且工期短，收集的雨水可以长期为地面上的绿色植物提供生长所需要的水分，促进达到水资源充分利用，减少人工取用自来水浇灌植物的水量，与此同时存蓄滞留雨水、减少了地面径流，有利于海绵城市的建设，保护生态环境。下面结合附图具体阐述本方案的实现原理。

图1 一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄系统（方式1）

图2 一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄系统（方式2）

附图说明:其中，1-下凹式绿地、2-生物滞留层、3-路缘石、4-雨水截污挂篮、5-透水铺装路面、6-生物层、7-砂层、8-砾石层、9-土工布、10-溢流管、11-雨水收集模块、12-雨水收集池、13-土壤、14-水位探头、15-水位显示报警仪、16-连接线、17-柱状结构、18-有色气体。

如图1所示，一种基于低影响开发的源头雨水净化与存蓄方案，包括透水铺装路面5，下凹式绿地1，所述透水铺装路面5与下凹式绿地1相连接，下凹式绿地1的底部设有生物滞留层2，生物滞留层2包括生物层6、砂层7和砾石层8，且从上往下依次分布，砾石层8底部设有雨水收集池12，砾石层8与雨水收集池12的之间的连接处设有土工布9，雨水收集池12由若干雨水收集模块11组成，雨水收集池12的两侧池壁上部分别设有溢流管10，雨水收集池12的内部设有水位监测装置。

在本方案中，所述透水铺装路面5在靠近下凹式绿地1的边缘设有路缘石3，路缘石3上设置20~60cm 宽度的缺口，缺口处设有雨水截污挂篮4，雨水截污挂篮4固定连接于路缘石3靠近下凹式绿地1的一侧。

带有路缘石3的透水铺装路面5，透水铺装路面5与下凹式绿地1相连接，用于消纳硬化地表产生的雨水径流，所述路缘石3上设置20~60cm 宽度的缺口，在所述缺口处设置有雨水截污挂篮4，径流通过缺口汇入雨水截污挂篮4后经初步浮沉后流入下凹式绿地1，路缘石3上的缺口将雨水径流集中汇入雨水截污挂篮4后能将体积较大的污染物拦截下来，起到初期过滤的作用，下凹式绿地1下面是生物滞留层2，生物滞留层2包括生物层6、砂层7和砾石层8，且依次分布，砾石层8底部设有雨水收集池12，砾石层8与雨水收集池的之间的连接处设有土工布9，土工布9具有优秀的过滤、排水、隔离、加筋、防渗、防护作用，雨水收集池12中的水可以应用于植物的日常浇灌，所述下凹式绿地1和雨水收集池12之间是雨水渗透净化区域，所述若干个雨水收集模块12构成雨水收集池，所述池壁上部有溢流管。

下凹式绿地1以及生物滞留层2可汇集周围硬化地表产生的降雨径流，利用植被、土壤、微生物的作用，截留和净化小流量雨水径流，超过绿地蓄渗容量的雨水经雨水口排入雨水管网。下凹式绿地1和生物滞留层2不仅可以起到削减径流量、减轻城市洪涝灾害，有效地在源头去除雨水中的营养物质、病原体、重金属离子等的作用，而且下渗的雨水可以起到增加土壤水分含量以减少绿地浇灌用水量。同时，径流携带的氮、磷等污染物可以转变为植被所需的营养物质，促进植物的生长。

在本方案中，雨水收集模块11的材料采用PP材料，PP材料为再生环保材料，绿色环保，深埋地下不破坏整个生态环境，维护简单，且可回收再利用，生物层6由腐质土、苔藓菌类植物和蚯蚓等填料构成，用于吸收净化污染物；下凹式绿地1上表面种植有植被，植物应以当地常用的绿化植物为选择对象，从抗旱、耐淹、耐污、抗寒等抗逆性，景观性，维护要求等方面进行综合评价，筛选出适宜在湖泊周边生物滞留槽内种植的植物品种2～3种；透水铺装路面5通过透水铺装材料本身的多孔隙特性，可以过滤净化雨水、存蓄滞留雨水、消纳周边雨水，同时还具有减少噪音，缓解热岛效应，美化环境，经济效益好等优点。

在本方案中，生物层6填料应根据道路雨水水量、水质特点，以当地种植、建筑、水处理等方面常用的材料为选择对象，筛选出透水性能较高、满足排水要求，持水性能较强、满足植物生长要求，净化能力较强、满足水质改善要求的填料。通过填料的优化组合和结构配合，得出不同净化需求和不同流量要求的填料配合模式3～5种。重点考虑碎石、高炉矿渣、陶粒、蛭石、砂、壤土等填料类型。

在本方案中，雨水收集池12由若干个雨水收集模块11组合而成，雨水收集池12的形状可根据需求如径流的大小，植物种类、路面空间等情况综合确定。任意组合，不受场地限制，因为采用模块相互拼接的方案，无需大型机械，并且可现场组装成箱，可以实现当天开挖当天回填。施工方便、工期短。具有支撑，蓄水，净化的功效。同时雨水收集池12中的水不仅可以为上层绿植等生物提供水分，还可以进一步经过提升泵和净化一体机处理后，用于绿化灌溉，市政道路喷洒，水池补水，冲厕等。

为便于及时了解雨水收集池的雨水收集情况，提醒市政管理人员及时补水。本方案还设计了两种水位监测装置。其一（见图1 ）：水位监测装置采用水位探头14和水位显示报警仪15结合，水位探头14感受到水压的变化，然后将数据传输给水位显示报警仪15，使人在地面上就能够对雨水收集池12的雨水进行了解，显示雨水收集模块11组成的蓄水池中的水位变化水位监测装置采用水位探头14和水位显示报警仪15结合，水位探头14感受到水压的变化，然后将数据传输给水位显示报警仪15，使人在地面上就能够对雨水收集池12的雨水进行了解，显示雨水收集模块11组成的蓄水池中的水位变化。其二（见图2）：采用柱状结构17，竖直设于雨水收集池12内部，且穿过生物滞留层2，水位监测装置内部设有有色气体18，且不溶于水。将柱状结构17置于雨水收集池12内部，水从柱状结构17的底部向上顶起有色气体18，将有色气体18挤向下凹式绿地1的上表面，通过有色气体18的高度和颜色的深浅判断液面高度，柱状结构17的水位监测装置安装方便，且便于观测，不需要供电。

3. 有益效果

雨水收集模块安装于地下，可按需设置于城市、小区、工厂、景观等场所的地下，不占用底面空间，且雨水收集池由若干个雨水收集模块组合成一个水池，水池的形状不同地形综合确定，任意组合，不受场地限制，因为采用模块相互拼接的方案，无需大型机械，施工方便、工期短。具有支撑，蓄水，净化的功效，同时收集的水不仅可以为上层绿植等生物提供水分，还可以进一步经过雨水汇总管汇总到雨水收集池，过滤净化雨水、存蓄滞留雨水、消纳周边雨水，同时还具有减少噪音，缓解热岛效应，美化环境，经济效益好的优点，根据需要选取两种水位监测装置，能够对雨水收集池的雨水进行了解，便于控制，且精确度高，便于使用，PP材料为再生环保材料，绿色环保，深埋地下不破坏整个生态环境，维护简单，且可回收再利用。

参考文献

1. 李宏，黄明. 下凹式绿地用于城市雨水径流控制浅析. 《城市道桥与防洪》, 2019(12)

2. 刘欣欣，武文婷，任彝. 基于低影响开发理念的校园绿地雨水景观设计 ——以浙江工业大学"和园"为例. 《江苏农业科学》, 2020

3. 姜之未.基于低影响开发模式的城市公园绿地雨水管理措施设计研究.四川农业大学硕士学位论文，2016

4. 康玲，周杰民，周丽伟. 一种基于低影响开发的源头雨水净化存蓄系统及安装方法.CN201510891050.8, 2015.12.

*此研究已申报获得国家发明专利

作者简介：万志鸿（1981-02），男，汉族，籍贯：湖北枝江，当前职务：主管，当前职称：高级工程师，学历：硕士研究生，研究方向：水工结构工程