（环境工程专业论文）新型城市道路雨洪控制利用研究.pdf

摘要 通过国内外道路排水相关资料的调研，对国内外道路排水相关专业课程体系、排水理 念及排水设施进行对比研究，得出国外先进的雨洪控制利用理念对我国的启示，对道路及 排水状况进行现场调研从而论证新型雨洪控制利用在我国道路排水中应用的可行性；提出 适于我国现状的新型道路排水理念及新型道路雨洪控制利用决策程序，对关键设施的控制 目标、场地适应性进行综合分析；对国内外道路径流e m c 浓度进行对比分析，并选取主 要路段进行实测，对道路径流排污规律进行分析，应用地表径流污染负荷模型对我国主要 城市道路径流年污染负荷进行估算，提出针对道路径流污染控制的决策程序，对道路径流 污染控制关键技术在不同城市不同等级道路中的运行效果进行分析；提出针对道路径流削 减和洪涝控制的决策程序；选取案例对新型道路雨洪控制利用在我国道路中的实施及效果 进行分析。 关键词：道路排水：课程体系；雨洪控制利用；新型道路排水；污染负荷； a b s t r a c t c o n t r a s t i v ea n a l y s i so fc o u r s es y s t e m s ，d r a i n a g em o d ea n dd r a i n a g ee l e m e n t sb e t w e e n m a i n l a n da n da b r o a dh a v eb e e ns t u d i e dw i t hi n v e s t i g a t i o n ，i n s p i r a t i o n so ft h ea b r o a da d v a n c e d s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o no nc h i n e s er o a dd r a i n a g es y s t e mi n n o v a t i o nw e r e a n a l y z e d , t h ef e s i b i l i t ya b o u tw h i c hw a sd e m o n s t r a t e dw i t hs p o ti n v e s t i g a t i o n m o d e mr o a d d r a i n a g em o d ea n ds t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o nd e s i g np r o c e s sw e r ei n t r o d u c e d ， e o n t r o io b j e c t i v e sa n ds i t ea p p l i c a b i l i t i e sw e r ea n a l y z e d t h ee m c o fm a i n l a n da n da b r o a dw e r e c o m p a r e d ，a n dt h er o a dr u n o f fp o l l u t a n t sd i s c h a r g i n gl a ww a ss t u d i e dw i t he x p e r i m e n t a l s o u r b 觚r o a dr u n o f fp o l l u t a n tl o a d i n go fm a i nc i t i e sw e r ec a l c u l a t e dw i t hc o r r e l a t i v em o d e l d e s i g n p r o c e s sp o i n t e dt or o a dr u n o f fp o l l u t i o nc o n t r o lw a si n t r o d u c e d ，t h e n ，t h ee f f c to fk e y t e c h n o l o g i e sw e r ea n a l y z e d d e s i g np r o c e s sa i m e da tr o a dr u n o f ft e d u c t i o na n df l o o d i n gc o n t r o l w a sp r o p o s e d i nt h ee n d ，t h ep r a c t i c ea n de f f e c to fm o d e mr o a ds t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n d u t i l i z a t i o ni nc h i n e s er o a dw e r es t u d i e dw i t hc a s e s k e yw o r d s ：r o a dd r a i n a g e ，c o u r s e ss y s t e m ，s t o r m w a t e rm a n a g e m e n ta n du t i l i z a t i o n ，m o d e m r o a dd r a i n a g em o d e 北京建筑工程学院 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：申融 日期：砌g 年f 2 月知日 北京建筑t 程学院硕十论文绪论 1 1 选题背景 1 1 1 我国现行道路排水体系 1 绪论 城市排水大致经历了沟渠排水、管道排水及与新型雨洪控制利用相结合的可持续排水三个发展阶段 ( 表1 1 ) 【1 。2 1 。 表1 - 1 城市主要排水方式的发展 时期城市排水方式城市发展与对待雨水的规念排水主要特征 以排放为核心 1 9 世纪 沟渠排水 城市发展初期，沿用农业排水方式城市地面硬化程度不高，以土路为 初之前 主，沿路设排水沟渠 1 9 世纪初 管道排水 工业化、人口大量增加、快速 以快速、安全排放为核心 开始铺设石板、碎石路，沿路设排 - 2 0 世纪7 0 年代城市化，收集雨水快速排入河流水系 水管道 2 0 世纪雨洪管对城市化带来的环境问题 以科学管理、有效控制利用为核 心，开始部分使用透水铺装；开始 7 0 年代之后理一可持续排水进行反思，开始滞留、处理和利用雨水 滞蓄、处理与利用道路雨水 道路作为城市汇水面的一个重要组成部分，道路与城市的排水设施始终是联系在一起的，并随着城 市的发展而不断发展。设计道路排水设施的目的，是为迅速排除降落在路界内的地表水，以防止道路路 基和路面结构遭受浸湿、冲刷等损害。 迄今为止，我国雨水排除的设计思路仍是：为保障城市、工厂和人民生命财产安全、及时排除暴雨 形成的地面径流，设计的重点在一个“排”字上。通过一系列排水设施如沟渠、进水口、集水井、排水 沟等经 垂水管道将雨水从路面排除。 1 1 2 我国道路排水存在的主要问题 由表1 1 可知，我国城市道路排水土要还停留在管道排水阶段，在一些近郊区及城乡结合部，路面 雨水主要通过沟渠进行排除。由于道路的高不透水率，路面径流只有极少一部分通过土壤下渗，携带高 负荷污染物的径流直接进入受纳水体，在现行道路排水体系下，我国道路排水面临诸多难题： ( 1 ) 道路排洪压力大 城市扩张过程中，自然地面逐步被硬化路面取代，周边区域硬化率也日益增大。不透水面积的增加， 导致城市综合径流系数增大，暴雨汇流迅速，径流量和径流峰值成倍增加，道路排水系统还常常担负着 周边汇水面的排水，因此必然加人道路的排水压力，洪涝风险增加，道路安全系数也随之下降。我国许 多城市每年的雨季由于道路洪涝造成巨大的损失和恶劣的影响，如2 0 0 7 年济南的马路洪水灾备以及安 徽、重庆等地的洪涝、北京安华桥等道路的严重积水等都造成人民生命和财产的巨大损失。 ( 2 ) 路面径流污染严重 路面径流污染是城市地表径流污染的主要来源，而城市地表径流污染是仅次于农业污染的第二火面 污染源【3 l 。占城市汇水面约2 0 的道路，对受纳水体悬浮物和烃类污染的贡献分别为5 0 和3 0 1 4 1 。美 】 北京建筑工程学院硕士论文绪论 国约有6 0 的河流和5 0 的湖泊污染与非点源污染有关，已实现二级处理的城市，水体b o d 年负荷约 4 0 - 8 0 来自雨水径流 5 1 ，道路对沿线周边的水体污染十分严重。路面雨水径流中除含有重金属、碳 氢化合物等对环境危害性大的污染物质以外【6 l ，车辆运行带来的油类等污染物f 7 】，行人抛弃的废物、从 庭院和其它开阔地上冲刷到街道上的碎屑和污染物等，最终都将在雨水淋洗、冲刷作用下迁移至水环境 中，并对这些水域产生重大危害。在周边有生态敏感保护区和重要水源保护区的地方，道路污染物对生 物及其多样性和水质的潜在威胁更需要认真对待。 ( 3 ) 雨水资源流失 我国是水资源较为贫乏的国家，城市年缺水量达6 0 亿m 3 。由于地下水超采且得不到及时补充也产 生了一系列严重问题。随着经济的发展和城市化加快，城市需水量日益增加，人们将面临更为严峻的缺 水问题。与之形成鲜明对比的是，路面及周边区域的雨水从城市雨污水管网白自流走，这不仅浪费了大 量宝贵的雨水资源，还使城市排水管网、污水处理厂及水环境不堪重负。据多年前的粗略统计，到2 0 1 0 年，我国城市雨水总量将达到1 1 0 亿m 3 【剐，而目前我国城市雨水利用率还不到1 0 9 1 ，随着城市的发展， 不透水面积增加，城市雨水流失量还将继续大幅增人。 ( 4 ) 生态环境破坏 我国城市道路建设处于飞速发展阶段，到2 0 0 4 年底，高速公路总里程已经超过3 1 4 万公里，位居 世界第二，仅次于美国【l o l 。公路的建设和运营不可避免地会带来一定程度的环境干扰和破坏，如：城 市热岛效应的增加，土地资源的占用与破坏，植被破坏，大气、噪声、土壤、水体污染【1 1 d 2 1 ，水十流失， 生物多样性减少及对沿线居民的生活质鼍和自然、人文景观价值的影响。同时，地面硬化率的增加使得 雨水对地卜水的补充被阻隔，进而影响城市水循环系统。 随着城市化进程的加快和道路建设的快速发展，现行道路排水存在的问题日益严重，雨洪作为这些 问题的主要根源，其在城市道路设计中的地位凸现出来。新型的雨洪控制利用技术不仅可以对道路雨洪 进行经济、有效地控制，解决目前城市道路排水存在的问题，还可以对道路建设所引发的生态环境破坏 进行修复，对于城市生态改善和城市可持续发展具有重要意义。 1 1 3 新型雨洪控制利用 1 1 3 1 城市雨洪控制利用体系概述 城市雨洪控制利用是涉及多学科的庞大而复杂的系统：r 程，到目前已经发展成为一个完整的体系， 主要涵盖雨水资源化、径流污染控制和洪涝控制二方面的内容，三个方面又有着密切的关系，如图1 - 1 所示： 2 北京建筑工程学院硕七论文绪论 图1 - 1 城市雨洪控制利用体系 ( 1 ) 雨水资源化 雨水资源利用是一种新型的多目标的综合性技术，可实现节水、水资源涵养与保护、控制水土流失 和水涝、减轻城市排水系统负荷、减少水污染和改善城市生态环境等目标。直接利用是指将汇水面的雨 水收集、调蓄和净化后利用，包括屋面雨水、广场雨水、绿地丽水和污染较轻的路面雨水；间接利用是 通过各种人t 或自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源，包括渗透路面、渗透管渠、渗透浅沟、 渗透井、渗透池( 塘) 及一些综合渗透设施；综合利用是指通过综合性的技术措施实现雨水资源的多重 目标和功能，包括雨水集蓄利用、渗透、雨水净化、排洪减涝、水景、立体绿化等多种子系统的组合【1 3 l 。 需要强调的是，本文涉及的雨水资源利用不限于狭义的收集、处理和回用部分雨水，而更多地是指 广义上的雨水资源化，即通过各种人工生态化措施改善雨水径流的形成、组分、输送途径和储存方式等， 尽量减少人类活动对水循环系统的破坏或干扰，维持更接近自然条件一i - 的良性循环。改善城市水资源的 赋存条件和生态系统。 ( 2 ) 径流污染控制 径流污染控制是城市雨洪控制利用的重要组成部分，对城市水体、生态环境以及地下水质量的改善 有重人意义。非丁程性措施主要是指通过政策、法规、管理等措施对径流污染控制进行引导和规范。工 程性措施由各种源头控制、中途控制和终端控制技术措施组成。源头控制包括汇水面材料的合理选择、 透水路面、雨水花园、渗透设施和雨水截污措施等；中途措施包括雨水池、格栅过滤设施等；终端控制 包括雨水塘( 干塘和湿塘) 、湿地( 天然湿地和人丁湿地) 、滞留设施( 干式和湿式) 、沉淀、过滤、植 被过滤带等1 1 4 j 。 ( 3 ) 洪涝控制 随着近年来城市洪涝灾害的增加，洪涝控制成为城市雨洪管理中重点内容。洪涝控制主要是通过湿 地、渗透、生物滞留及调蓄等设施减少径流排放或对峰值流量进行调蓄，削减洪涝风险，提高城市防洪 排涝标准。其中多功能调蓄就是以调蓄暴雨峰流量为核心，集排洪减涝、雨洪利用、城市的景观、生态 环境、城市土地高效率利用等功能丁二一体的综合性雨洪控制利用设施。城市立交桥或高速公路绿化带、 景观公园、绿地、停车场、运动场及其他可以利用的公共开放空间都是实施多功能调蓄的适宜场所【体1 5 】。 总之，新型城市雨洪控制利用是解决雨水资源流失、控制径流污染、减少城市洪涝灾害的有效途 径，也是改善城市生态环境的重要举措，应该在道路设计与建设中推广应用。在城市道路排水设计中融 入新型雨洪控制利用理念，并采用新的雨洪控制利用技术，不仅可以有效缓解目前道路排水面临的上述 3 北京建筑r t 程学院硕士论文绪论 问题，还可以对道路建设所造成的生态环境破坏进行修复，对城市生态环境的改善和城市可持续发展具 有重要意义。 1 1 3 2 国外新型雨洪控制利用理念 新型雨洪控制利用在国际上有多种叫法，其中最佳暴雨管理( b m p s ) 可能是在北美乃至全世界最 为常用的，而在英国称为成为可持续排水( s u d s ) ，在澳大利亚称为水敏感设计。 ( 1 ) b m p 最佳措施b m p 可谓是雨水管理最为常用的关键词之一，它是实现城市降雨径流非点源污染控制的 最为重要的技术与管理体系。美国环保局( e p a ) 将之定义为【1 6 1 ：利用适当的技术保护利用适当的技术 保护自然环境、提高生活标准和生活质量。于2 0 世纪9 0 年代初，美国提出了b m p ，并逐渐完善对城 市雨水径流污染的全面控制。经过1 0 多年的应用和发展，由于城市“空间限制”和提倡“与自然景观 的融合”，目前已发展为第二代b m p ，更强调与植物和水体等自然条件结合的生态设计和非工程性的管 理方法，b m p 的各种措施更加科学和完善。目前，b m p 已在美国、新西兰、德国等发达国家和南非的城 市化地区成功应用。 ( 2 ) l i d t j 低影响设计( u n ) 是在1 9 9 0 s 末期由马里兰州首先提出来的，在新西兰它又被称为低影响开发。 与b m p 相比，l i d 的意义更为严格，即分散的水文源头控制，它在美国也被，“泛应用。l i d 通过一系 列自然的和人工措旌，减少雨水外排量，同时：诲流雨水径流中携带的污染物，加大雨水下渗量，从而减 少水体污染，增加地下水补给。主要包括以下几个方面的内容：防止水土流失，保留自然的排水方式； 低尺度控制，模仿自然水文过程；保护整体流域；提倡雨水的渗透、再生及湿地等措施；雨水资源的可 持续性及污染控制等。 l i d 途径基于综合管理措施( 1 m p s ) 的选择，i m p s 是一系列分散式的小规模控制措施，它们的实 施旨在可以维持开发前的水文条件，这也是l i d 优于b m p s 的地方。在雨洪管理方面，多数情况下b m p s 与l i d 都是联合使用的。 ( 3 ) s u d s t j 可持续性城市排水系统( s u d s ) 是英国为可持续的城市发展探索出的一种方法，这几年刚刚兴起。 这是一种通过设计的手法，对城市排水系统统筹考虑，同时引入可持续发展的概念和措施。提倡在排水 设计中将水的流量、水的质量和环境的舒适( 娱乐性) 这三个因素综合考虑，解决地表的排水( 雨水) 问题。 该系统比传统的排水处理系统更具有可持续性，因为该系统的目标以环境保护和可持续性为前提， 具体如下：保护和改善水的质量：协凋与环境的关系，考虑当地社区的需求；在城市地区的水道与河道， 为野生动植物提供栖息地；在可能的条件下，鼓励地下水的自然性回灌。所采用的措施包括：就近处理 雨水的流量；从源头管理控制目前和未来可能出现的洪水问题；从点污染源( 可能出现偶然性的泄漏) 和面污染源( 可能出现的扩散型污染) 着手，对水资源进行保护。 ( 4 ) w s u d 1 9 j w s u d ( 水敏感性城市设计) 是于1 9 9 4 年在澳大利亚首先提出的，它主要是针对城市水循环的可持 续管理，雨水是其中的一个重要方面，它综合了多种最佳规划实践( b p p s ) 和最佳管理实践( b m p ) 。 w s u d 通过减! b 城市发展对整个水循环的负面影响实现城市环境设计的可持续性。主要包括以下几方 面的内容：1 ) 使城市雨水径流水质和水量方面尽量维持开发前的水平；2 ) 减少不同汇水面间的水传 输量，包括给水和排水；3 ) 优化城市区域雨水的使用。 4 j 匕京建埴r 狸学院埘i 诒t 绪论 1 2 课题研究目的、意义 1 2 1 研究目的 本研究向n 寸求基骨州肿畦释解决迸蹄排水，f ，存 的雨洪难韪。卡罂什对城f h 道路，通过对h 前 道路 $ 水存d 一问题的调卉，分析我国现行道路设汁i j ，排水体制存在的弊端。在分析和借鉴国外道路设计 小雨 i 控制的相芙f 宄的筚础上，纺台我国现状企城市道路的胤划、施i 剌管理过榭中引? 、“可持续 逆路雨洪控制”的理念，解讲道路排水所面临的难题，同l 叶实现道路阿水的资源化，改善我国的城市水 环境缓解我国的缺水现状，如削1 - 2 所不。 1 2 2 研究意义 滁f ? ) 髓 目1 _ 2 * 研究目日勺i 意目 针时我国j 苴路刊水垃脱状，以及现 j ：道蹄排水体制f 存冉的系列越，通过实地制 l 】+ 分析 外逆路排水醴及道路m “i 控制提遥龠我的逋踏_ = | 洪托、制措施。这对nr 段凼实现道目# 排水吐计日l 迸蹄雨洪控制的鲜，台打讯蚶1 1 勺借螺意义对解决我 观 i 道踏雨l n 的一系列问题儿有实际意义。 1 2 2 1 研究方法 ( 1 ) 资料分析 1 ) 选取幽内外北“人一# ，刘逆路排水相天0 、m 龌桦怍系进 r 时比分析，总结分析我曰d ：f u 咒方血 o 外存扯的芹距。 2 ) 时_ 4 山外逝路州水州盖参考资抖j f 行对比研究，比较分析倒外迸路“小啦“刈我q 帕腑小。 ( 2 ) 吱地碉研 以北京为倒，f h 据蛾l h 道路等绂划分杯准，时n 受、快述路、tr 路等道蛐分别选取皿， | j 路段 进 r 嘣研州道路排水耻状、1 苴路圳让妻j 地状况敷i j 川空口l 等俏j 兑进仃考鲋分柑f 。 ( 3 ) 实验 选取代袁c _ 进 r 现场取样、实验宝捡洲，对道路i 流中的l 要染物进行测定，分析道路行流“染 物排放规律及初划冲删皴麻。 ( 4 ) 理论汁算 我旧迸路排水殴训中雨d 控i 措旌波计、计雉，发半由、断咖、征j h 祭州分析，以段我川上婴j 艘 i h 道路径流年污染负荷的估葬。 ( 5 ) 案例 析 选取璁4 9 路段，对论文巾提的道路雨洪“；制利川 l 策 ￥序、训筇方法及施运 r 设粜进行验计分 析。 5 北京建筑工程学院硕十论文国内外道路排水对比研究 2 国内外道路排水对比研究 道路排水面临的雨水资源大量流失、径流污染严重及洪涝灾害等雨洪难题已在我国普遍凸现出来， 这些问题的有效解决变得日益迫切。高校课道路排水相关专业课程设置及国家、地区道路排水设计规范 在很大程度上决定着城市道路排水系统的规划、设计。本章节主要从这两部分着手，对国内外道路排水 设计进行对比研究，寻找我国在道路排水方面与国外存在的差距，为我国道路雨洪问题的解决寻求途径。 2 1 国内外道路排水相关专业课程体系对比分析 高校作为培养人才的摇篮，其专业课程设置列设计者的工作思路起着至关重要的作用，因此，高校 课程设置在一定程度上决定了城市总体规划及实际工程的决策、设计、施工。为此，选取主要高校对国 内外道路排水相关专业课程体系进行调查、分析，结果见表2 1 。 通过对国内主要高校设置的道路排水相关课程设置及教学内容对比分析，不难看出我国高等院校学 生教学与国外相比存在的差距： ( 1 ) 专业设置过于细化，学科间联系不够 国外“大专业”，国内“小专业”的现象早就受剑众多学者的关注，调研中发现这种现象在道路排 水专业体现极其明显。 我国高校专业设置单一性较强，其学科体系所决定了这一点。从上表中不难看出，国内道路排水相 关专业课程设置只针对道路专业，很少涉及相关专业的知识，这就导致学科间的交叉在学生的学习中不 能得到很好的体现，学生对相关专业知识体系的了解不够。 而道路排水作为城市排水的重要组成部分，其本身就是涉及到多学科的一个综合领域，包括城市水 环境、市政、园林、生态、景观、水利等。就这个方面米说，国外的人专业设置就体现出它的优势。即 在学习过程中将相关的各个学科联系起来，学生可以同时学习、掌握跨学科的知识。也只有这样，在以 后的工作中才可以全面的思考、把握问题，将道路排水问题与城市水环境、园林、景观等充分联系起来， 才可以真正有效地解决城市道路雨洪问题，从而实现道路排水的可持续、综合设计。 ( 2 ) 传授思想落后 在我国主要高校道路排水相关课程设置调研中发现，学校教学过程中，向学生传授的道路排水设计 思想( 包括城市道路排水设计和公路排水) 还都是以排为土，如北京建筑工程学院的路基路面工程、 长安大学的城市道路设计、西南交通大学的道路上程等课程，其章节设置如下： 城市道路设计 第十一章城市道路排水设计 第一节概述 第二节雨水管及其构筑物沿道路的布置 第三节雨水管道设计流量的计算 第四节雨水排水设计方法和实例 道路工程 第七章道路排水设计 第一节概述 6 北京建筑t 程学院顾+ 论文 国内外道路排水对比研究 第二节路基排水设计 第三节路面排水设计 第四节桥面排水设计 第五节综合排水设计 路基路面工程 第七章一般路基设计 2 2 路基排水设计 2 2 1 路基排水的目的和要求 2 2 2 地面排水设施的构造与布置 2 2 3 地下排水设施的构造与布置 2 2 4 明渠的水文计算 2 2 5 地下排水设施的水文水力计算 2 2 6 排水系统的综合设计 纵观各高校的这些相关课程，它们传授的都是传统的管道排水思想，即为了保证车辆和行人的正常 交通，改善城市的卫生条件，以及避免路面的过早损坏，通过管道( 街沟、雨水口、连管、干管、检查 井、出水口) 及沟渠系统快速的将路面雨水排走。 而国外在教学过程中，除了传授传统的管道排水的思想，还将新的雨洪管理的理念融入到教学中， 在排水过程中综合考虑城市环境、水资源等问题。在这个方面走在前列的属奥克兰大学。 在奥克兰大学专业设置里面，将原米的土木专业和环境工程专业台并为现在的土木环境工程专业， 其中最引人注目的两门课程分别是地表水质模型与城市暴雨管理。这两门课程的内容对我国道 路雨洪问题的解决有重大启示。以下对这两门课程进行详细剖析： ( 1 ) 地表水质模型 本课程学习目标包括：应用水质模型的质量平衡概念；水体对点源和非点源污染负荷的反应；地表 水体中发生的污染物转化和迁移；地表水体中径流和污染物传输；s t e l l a 和f l e x p d e 中模型构建与 模拟。课程内容包括以下几个部分：河流、湖泊的点源和非点源负荷质鼍平衡和稳态溶液；反应堆前馈 和反馈分析，完全混合和非完全混合系统中的质营传输：地表水体中的物理传输，气水交换，沉积物 水交换，生物和1 f 生物转换；营养动力学和藻类生k ；河流和湖泊中化学物质传输变化；s t e l l a 中模 型发展和模拟。 ( 2 ) 城市暴雨管理 本课程是让学生理解暴雨管理的多学科性，从而最小化或预防洪涝及径流污染问题带来的环境问 题，强调t 程性措施的实际应用。课程设置目标主要包括：理解城市发展对水文循环的影响；理解城市 城市暴雨污染控制的基本策略，包括b m p s 和l i d 设计；熟悉暴雨管理相关的模型工具；理解暴雨污 染控制的跨学科性；获得城市排水相关的问题。课程主要包括以下几方面的内容：城市化对水文循环、 降雨径流过程的影响；雨洪控制设施设计( 滞留塘、浅沟、透水铺装等) ：水质控制b m p s 设施设计( 人 工湿地、生物过滤雨水花园、绿色屋面等) ；低影响设计开发；h e c h m s 雨水模型，包括_ 十地开发选 择评估，源头及排水口控制；汇水面管理规划。 从这些课程内容可以看出新型雨洪控制利用的思想已在其教学过程中得到了充分的体现。 由以上分析不难看出与国外相比我国在高校课程设置方面存在的差距，为我国高校课程的改进提供 了很好的借鉴。同时也为我国道路雨洪问题的解决指明了方向，即实施新型道路雨洪控制利用。 7 北京建筑工程学院硕士论文国内外道路排水对比研究 表2 1国内外主要高校道路排水相关专业课程设置删 学校所属院系专业 课程体系 相关课程设置 国内高校 北京 建筑 土木与交通工程 理论力学；结构力学；路桥旄工技术；道路 工程 学院道路桥梁工 学院 程技术专业 勘测设计；路基路面工程；桥梁工程城市道路设计 雨水管网及其构筑物沿道路的布置：雨水管 西安人居环境与建筑 道设计流量的计算；雨水排水设计方法和实 交通工程学院土木工 理论力学、流体力学、土力学、工程地质、 桥梁结构、道路勘察设计与路基路面结构 例 大学程系道路工程 北京 土术建筑1 = 程学 结构力学、测量学、土力学、桥梁工程、城路基排水设计；路面排水设计；桥面排水设 交通市桥梁、线路勘测设计、城市轨道交通、环计；综合排水设计； 大学 院土木工程专业 境评价路基路面工程 天津建筑学院城市规 城市规划设计、城市建设吏、城市规划原理、路基排水设计：路基排水的目的和要求；地 建筑概论与建筑设计基础、城市道路与交 面排水设施的构造与布置；地下排水设施的 大学划系 通、城市规划管理与法规 构造与布置；明渠的水文计算；地下排水设 西南道路工程( 路面工程、道路工程材料、道路 施的水文水力计算；排水系统的综合设计 交通 土木工程学院七 大学 木工程专业 几何设计) 、市政工程( 城市给排水t 程、 城市防水工程、市政结构物设计) 国外大学 伦敦工程设计、流体力学、结构分析、环境工程道路工程理论与实践 大学 工程学 设计、结构工程、道路工程理论与实践在道路排水部分，除丫传统的管道及沟渠排 多伦 城市植物生态系统、城市开放空间一绿色环 水体统外，还提出渗坑、砂滤及隔油池( 用 多大 建筑、景观、城市 境、综合生态研究、场地工程学期生态学、于加油站等地) 等新型雨洪管理措施的使 设计 学城市环境系统、用。 地表水质模型 河流、湖泊的点源和非点源负荷质量平衡和 稳态溶液；生物和非生物转换；河流和湖泊 中化学物质传输变化：s t e l l a 中模型发展和 模拟等。 水资源t 程 奥克t 程地质学概论、水力学、数学模型、环境设计洪水选择；蓄水池设计与优化；洪涝控 兰大 土木环境工程专 工程、边坡t 程、城市暴雨管理、地表水质 制与设计合适的洪涝控制构筑物( 溢洪通 业 学 模型、水资源t 程 道，静水池，分水构筑物) 。 城市暴雨管理 城市化对水文循环、降雨一径流过程的影响： 雨洪拄制设施设计；水质控制b m p s 设施设 计；低影响设计开发；h e c 一删s 雨水模型， 包括士地开发选择评估，源头及排水口控 制；汇水管理规划。 8 北京建筑工程学院硕上论文国内外道路排水对比研究 2 2 国内外道路排水设计相关资料对比研究 2 2 1 道路排水设计降雨重现期 在道路排水系统设计中，排水设施的设计降雨重现期是一个非常重要的参数，它与一般结构工程可 靠性设计方法的设计基准期的概念是相同的。降雨重现期为某一强度的降雨预期重复出现的平均周期。 例如，1 0 年重现期即为平均1 0 年出现一次该强度的降雨。公路排水设施应以适当降雨重现期或频率的 流量作为设计流量。设计重现期应根据公路等级、设施的重要性以及经济性和安全性的考虑选定。 2 2 1 1 我国道路排水设计重现期 我国道路排水设施设计降雨重现期的选取一般都是遵循道路排水手册进行选取，城市道路排水按照 道路等级( 表2 2 ) 的不同依据标准进行选取。 表2 2 城市道路排水设计降雨重主见期( 单位：a ) 聊 城市级别快速路主干路次干路义路广场、停车场立体交叉 人城市1 3o 5 2o 5 11 32 5 2 5 中、小城市o 5 2o 5 1o 3 3 o 51 3 台湾道路排水改计重现期的选取也因道路等级的不同而有所区别，具体见表2 3 。 表2 - 3 台湾排水设施降雨重现期( 单位：a ) m 1 构造物种类国道省县道乡道 浅沟及路边沟5 1 0 2 1 0 2 - 5 路面排水设施进水口5 2 02 1 02 5 排水联络支管 5 2 02 1 0 2 5 涵洞2 0 5 0 1 0 5 0 5 2 0 排水路( 宽度1 0 m )2 0 5 02 0 5 01 0 5 0 路旁渠道排水路( 宽度 1 0 m )1 0 2 01 0 2 05 2 0 平台截留沟及吊沟 5 2 05 2 05 2 0 滞留池排水沟5 2 0 2 1 0 2 5 滞留池溢流道2 0 5 0 1 0 5 0 1 0 2 0 2 2 1 2 国外道路排水设计重现期 ( 1 ) 美国道路排水设计重现期 a a s h t o 已经建立了道路排水设计规范，可作为路面排水设计的标准。表2 - 4 列出了a a s h t o 所 建议的关于不同道路等级、设计暴雨频率、设计水流宽度所采用数值。 9 北京建筑工程学院硕上论文国内外道路排水对比研究 表2 4 a a s h t o 道路排水最小设计重现期 设计频率，a 道路等级 4 5 m i h 高交通量，多车道，速度4 5 m i h 低交通量，郊区道路，速度 4 5 m i h 城市道路，速度4 5 m i h 表2 6 纽约道路排水设施设计洪水重现期汹 道路级别管道雨水排水系统重新部署的天然渠道沟渠 州际的和) 他的高速公路 5 01 02 5 主动脉道路5 01 0 2 5 次动脉道路地方道路和街道 5 0 651 0 ( 2 ) 日本道路排水设计重现期 日本道路协会规定的设计降雨重现期主要依据设计交通量及道路等级进行选取，如表2 7 、2 8 所 1 0 北京建筑工程学院硕上论文国内外道路排水对比研究 不。 表2 - 7 各类道路选用的排水设计分类标准删 设计交通量道路类别 ( v c b d )高速公路国道一般国道都道府县道市钲村道 1 0 0 0 0 以上 aaaa 1 0 0 0 0 - 4 0 0 0aa ，ba ，ba ，b 4 0 0 0 - 5 0 0a ，bbbb ，c 5 0 0c c 表2 - 8 排水设施采用的设计降雨重现期( a ) 重要排水设施、排除长大自然坡面水的横向穿 分类排水能力路面、小坡面、一般道路排水 越排水设施 a高1 0 以上 b一股37 c 低 5 注：重要的道路横向穿越排水发施取3 0 年 综上可以看出，与国外相比，我国道路排水设计重现期偏低。另外，我国很多城市道路排水设施建 于早期，排洪标准酱遍偏低，无法应付快速城市化带来的日益增加的排水压力，从而使得我国许多城市 都面临不同程度的排洪压力。 2 2 2 道路排水体系对比研究 2 2 2 1 我国道路排水设计体系 道路排水包括地面排水和地下排水唧，本文主要讨论地面排水。我国城市道路地面排水分城市道 路排水和公路排水。城区道路排水一般采用管渠排水形式，其设计包括偏沟( 街沟) 、雨水口和连接管 的布设。公路排水通过道路纵坡和横坡，排放至设于路基两侧的排水明沟，再通过明沟纵向坡度排入附 近天然河、沟内。郊区道路排水与一般公路并无差异，其设计内容包括路拱排水、边沟、排水沟与涵洞 等内容。 ( 1 ) 城市道路路面排水 城区道路雨水沿横坡从路面上和相邻的地面上流剑行车道两侧的街沟，然后沿街沟的纵坡流进雨 水口，再经雨水支管、干管排至天然水系。 1 ) 街沟 街沟是排水系统的一部分。街沟的侧面利用了行车道的侧石( 缘石) ，底面利用了行车道靠边的路 面部分或沿路面边缘铺的平石。缘石宜控制在1 0 2 0 c m 的高度。当道路的纵坡等丁o ，或小t - 2 0 3 ，纵向排水发生困难时，可考虑将雨水口前后街沟都以大于最小排水纵坡的坡度斜向雨水口。 2 ) 雨水口 雨水口是道路上的雨水进入雨水管的孔口，其设置位置应根据路面种类、道路纵坡、沿路建筑与排 水情况和汇水面积所形成的流量及进水口的泄水能力而定。计算道路雨水口流量时，街沟水深不宜大于 缘石高度的2 3 。道路汇水点、人形横街上游、沿街单位出、入口上游和常有地面径流的街沟或庭院出 水口等均应设置雨水口。道路低洼和易积水地段应根据需要适当增加雨水口。雨水口按进水方式有三种 类型( 见图2 1 ) ： 平篦式雨水口一篦子水平放置； 】1 北京建筑工程学院硕士论文国内外道路排水对比研究 竖式雨水口进水i ：1 与街沟垂直，有立孔式和立篦式，适用于有缘石的道路。其中孔式适用于篦隙 容易被杂物堵塞的地方； 联合式雨水口在街沟和缘石上都设有进水口。适用于路面较宽、有缘石、径流量较集中且有杂物 出。 取。 图2 1雨水口构造示意图 雨水口的间距一般为2 5 5 0 m ，当道路纵坡较大时，雨水口的问距适当取大值，参照表2 1 1 进行选 表2 - 1 1 城市道路雨水口间距( 车行道宽度1 0 15 i i i ) 道路纵坡( ) 4 0 雨水口间距l o 1 52 0 3 0 3 0 4 04 0 5 0 5 0 3 ) 雨水管道 城市道路排水一般采用暗管渠形式。对于宽阔的道路，雨水管道可以安排两根，分别如图2 - 2 、2 - 3 所示。 l 道路规 。划中心线 _ _ _ 堆三 三= 三才二= ：一 0 j 卜雨水干管 单幅道路排水示意图 i 道路规 ! 划中心线 一忙一# 三习一一一 岛 双幅道路排水示意图 图2 - 2 单管排水图 i 迫踌j 靶划 i 中心线 一一1 1 2 脏 北京建筑l = 程学院- l 论i 旧自外道路钏水对比 f 宄 ! 道路扫 m i i 目 目z - 3 双管排水图 ( 2 ) 公路路面排水 高速公路和一级公路路面排水， 般i l f 路表排水和中央分隔“摊水两部分组成。一级及一级以f 的 公路路向，一般只有路农排水。路表排水醴施由路拱成路腑横坡、f 水带、j 角形集水情、 l 【 水u 州急 流褙虮成：中兜舒隔带排水啦施由纵向排水沟( 明沟、暗淘) 、诲沟、雨水j ：、集水”、横排水管等 组成。 1 ) 分散漫流式蹄袁排水 分i 致漫流式路表排水，上婴傲椎路面及路肩的横坡及时将降水排路面，适丁路线纵坡平缓、汇水 城小上、站鹱较低儿边垃坡而小会受刨神刷的站段。这种排水力式上世川r 1 缏较低的公路r 2 ) 集中截流式踏表_ i l = 水 集中截流式j f 各收排水是nr 碗路腑外侧边缘世置拦水带，将路i d 水拦住他蹄范刖山，迎j 立一定距离 设置的y m 水】i 引路聃盘流f * 枷八让沟，这种拙水 式脞j 五川r 踏堤较高、边坡坡而未“i 圻护町射巡爱 路面扛而水流冲刷，戚皿已采收防护措旌们仍有- 4 能受剑冲l 】| i 的地段，l 翟川r 等绒较高的公蹿上。 拦水州 拦水带一般由洲l f 税擞 、水泥，h 凝_ 卜或块f - 制n 。 泄水n 拦水带的泄水u 町雌置成丌i q ( 喇叭n ) 。n ：纵坡坡段j ：， m 水n 宵做成小对称的喇叭【j “ 城踞州边缘的外侧世甘逝渐1 至宽的低凹i x 。7 m 水u 的删* u 一般为2 0 5 0 m f 早少：刖m - u 选l o o m 。 路们急流槽 排蛛路州口 水川的急流槽，其纵坡麻7 ，所n 的蹄肛边坡坡腰敛， 身的械断皿为 * 形，多山水f 皑 灌凝 砸制棚仆拼袈6 筑而心，进水i i 为喇儿【j c 的簸馋形，水lj m 殴“淌能世砸r “，路坫r 边 坡的排水沟柑接韭1 | | i | 迂，防i p 水流冲山排水7 j 。 蹄肘排水沟 州鲥晰 宽度较窄或悝乍j n r j i lr 路腑过水断丽，m 路而的汇水而盘度或扩水坩邢较人，扩水前n 流水断l 自i 小足时一川， ：十路腑f 址胃f hu 形水皑 m ，疑 m 制r i 铺筑的跚刖排水沟 3 j 巾兜分鞴饼排水 t ”火分隅带排水是高述公路一级公路路面排水的咀竖内存，超一路段一删f n 路面水以及中央分辑 特内的表而水均南中央分黼特排水世施排除。 2 2 2 2 国外新型道路雨洪管理 2 0 1 f _ 纪7 0 年代超- 随着城市化进程的加水资源危机与叫、境问题日趋严巫， 逐渐意u 吲j 传 统“以排为l ”的设计心想的弊端，洪控制利川扯外兴起计日瓿受到t 桃，* l 美理论目】技术也趋 成熟。道路作为城市汇水的垂旺组成都讣，新，雨洪 制刷川理念己j 泛触 城j h 迸蹿排水改h ，h 北京建筑工程学院硕士论文国内外道路排水对比研究 在道路雨洪管理中占据重要角色。 ( 1 ) 美国道路建设中的雨洪控制 针对城市化对水资源的生态环境产生的严重影响，美国开始反思传统管道式排水模式，颁布了第一 个关于雨水滞留的法案，滞留池等场地雨水滞留设计开始在全美推广。于7 0 年代提出的以防治和削减 径流污染为目的的“最佳管理措施”( b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e ，b m p s ) 管理体系开始在美国建立并广 泛地进行实践。1 9 9 0 年代初，基于小尺度、分散式滞留和源头控制的“低影响开发”( l o wi m p a c t d e v e l o p m e n t ，l i d ) 理念开始流行，并融入到城市基础设施等设计中。 新型雨洪控制利用技术在美国道路设计手册中已有明确体现，如纽约公路设计手册第八章的道路排 水设计部分指出雨水滞留、储存设施是道路排水系统的组成部分，用以储存调节径流，控制初期污染、 同补地下水等。手册对道路周边湿地的保护和利用也做了相关规定：任何工程活动都要持有纽约州环境 保护部门颁发的淡水湿地许可证( n y s d e c ) 1 3 1 1 。 宾夕法尼亚州的最佳暴雨管理手册中有章节专门提出对道路雨洪进行管理，考虑用最适宜的b m p s ( 综合性雨洪母佳管理措施笔者注) 米管理道路径流，根据道路的设计、建设和维护来选择控制措施， 实现径流量的削减以及路面径流水质的提高。手册明确指出很多b m p s 措施都适于管理路面径流，包括 植草沟、植被缓冲带、生物滞留设施、渗透沟渠、渗透铺装、雨水塘或湿地等【3 2 1 。 ( 2 ) 可持续排水 可持续城市排水系统( s u s t a i n a b l eu r b a nd r a i n a g es y s t e m ，s u d s ) 是在英国广泛推广使用的一种 新型的排水理念和工程技术体系。该系统将城市排水和资源、环境统筹考虑，是符合可持续发展理念的 地表排水系统。s u d s 的目标是最小限度地减少城市发展对径流水量和水质的影响，同时最人限度地改 善环境，提高生物多样性( 图2 _ 4 ) 。 图2 - 4 可持续排水系统图 与传统排水系统相比，s u d s 综合考虑了雨水水量及水质控制、生态环境和生物多样性保护等冈素， 通过适当措施削减径流，降低洪涝风险；降低径流污染物浓度，减少对城市水体的污染；强化地下水的 自然同补，改善地一卜水状况等，可以大幅降低城市雨水径流对环境的负面效应。 英国的可持续排水系统与美国的暴雨管理b m p 体系及低影响开发( l i d ) 体系类似，主要包括植 被过滤带、沟渠、滞留设施、雨水花园、雨水塘湿地、透水路面等一系列技术措施。这些措施很大一 部分都要结合道路实施，已成为城市道路排水设计的组成部分p 引。 城市可持续排水理念在法国也已被广泛接受。法国1 9 9 2 年以来