CN107954578A - 净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法 - Google Patents

Abstract

一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，将高速公路两侧的排水沟渠设计成具有渗蓄、净化和排水功能的结构，在高速公路两侧设置与其自然搭接的碎石浅沟对路面雨水径流中的颗粒污染物进行拦截过滤并减少路面雨水径流对后续措施的冲刷；在碎石浅沟旁设置与其衔接的植被过滤带对雨水进行植被的过滤和吸收，土壤的吸附和渗透，微生物的降解；在植被过滤带后设置洼地通过物理、化学和生化等多种作用进一步改善高速公路雨水径流水质，并延长径流的峰现时间，削减径流峰值和径流量。本发明实现从源头上对高速公路上雨水径流及污染的有效控制，为建设环境友好型、资源节约型的高速公路提供了一条可行途径。

Description

净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法

技术领域

本发明涉及一种高速公路排水方法，具体涉及一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法。

背景技术

目前，我国高速公路总里程突破13万公里，产生了比较大的高速公路路面面积，形成了较大的汇水面，降雨时高速公路路面上将汇集大量雨水径流，亟待控制解决。此外，高速公路上频繁的交通量，导致高速公路路面上沉积了大量污染物，在降雨过程中，沉积在路面上的大量污染物如颗粒物、有机物、氮磷、重金属等将混入雨水径流中，使高速公路路面径流污染十分严重，若直接排入附近水体，则会导致水体严重污染。若降雨量较大时，高速公路旁侧的排水渠内大量的雨水径流直接冲刷受纳水体，引起受纳水体的岸堤侵蚀。因而，如何有效去除高速公路上雨水径流中的污染物，削减雨水径流峰值和径流量，减少其对后面受纳水体及环境的影响,是应该关注的问题。

在我国传统的高速公路排水控制工程中，主要按照满足某一重现期降雨要求，设计快速排放的雨水沟渠等措施。发达国家在上世纪90年代提出了低影响开发技术，从源头上降低硬化表面雨水径流污染,削减径流峰值及径流量，现已在发达国家得到广泛应用。低影响开发技术是通过源头、分散、小规模的机制来控制硬化表面上降雨所产生的径流污染，并采用蓄渗和蒸发等多种方式来减少径流排水量，使开发后场地的水文循环尽量接近开发前。常见的低影响开发技术措施有生物滞留技术、植草过滤带、干/湿洼地等。当前，低影响开发技术在国内的研究应用尚处于起步阶段。

高速公路雨水径流污染严重且成分复杂，单一低影响开发技术措施难以有效控制高速公路雨水径流，为解决上述问题，克服单一低影响开发技术措施的不足，需组合多种低影响开发技术，实现从源头上对高速公路上雨水径流及污染的有效控制及充分利用，建设环境友好型、资源节约型的高速公路。

如申请号CN201410040722.X，名称为“一种高速公路旁用于除磷的雨水生物滞留池”的发明专利公开了一种高速公路旁用于除磷的雨水生物滞留池，其包括低道牙、过水通道、生物滞留池、透水混凝土箱体、除磷盒以及排水管；其中，所述过水通道一端与低道牙连接，另一端和生物滞留池连接；所述透水混凝土箱体设置于生物滞留池内，并将生物滞留池分隔成左右两部分；所述除磷盒放置于透水混凝土箱体内；所述排水管设置在生物滞留池的底部。本发明的高速公路旁用于除磷的雨水生物滞留池在一定程度上对径流中携带的磷进行了强化去除，对磷去除能力达80％以上；同时，除磷生物滞留池对雨水径流进行储存，渗透，净化，减小了下游雨水流量，暴雨峰流量，雨水对河道等的直接冲刷，降低了河道的侵蚀现象，减少了道路对水环境的污染。

又如申请号CN201510121670.3，名称为“一种高速公路雨水收集净化系统”的发明专利公开了一种包括集水沟，水沟盖板，集水管，滤砂处理井，滤板，抽水机，植草生态边沟，蓄水池。高速公路路面雨水流入集水沟，集水沟下部铺有带孔的集水管，集水管与滤砂处理井相连，滤砂处理井上铺有滤板对雨水进行过滤，滤板与植草生态边沟相连对雨水进行再次过滤，之后流入与植草生态边沟相连的蓄水池。本发明能很好地对高速公路雨水进行收集利用既能做到雨水资源化、可利用化，同时一定程度上缓解路面积水、径流污染、地表渗透等对路面路基结构破坏的问题。

上述专利虽然都涉及到高速公路雨水的净化，但“一种高速公路旁用于除磷的雨水生物滞留池”中仅涉及对磷的净化去除，太过单一，不能全面去除雨水中的污染物；“一种高速公路雨水收集净化系统”结构较复杂，成本较高，因此还是需要改进。

发明内容

本发明为解决当前我国高速公路雨水径流处理中存在的问题，提出了一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，以降低高速公路表面雨水径流污染，削减径流峰值及径流量，实现从源头上对高速公路上雨水径流及污染的有效控制及充分利用，建设环境友好型、资源节约型的高速公路。

本发明为解决上述问题所采用的技术手段为：一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，将高速公路两侧的排水沟渠设计成具有渗蓄、净化和排水功能的结构，在高速公路两侧设置与其自然搭接的碎石浅沟对路面雨水径流中的颗粒污染物进行拦截过滤并减少路面雨水径流对后续措施的冲刷；在碎石浅沟旁设置与其衔接的植被过滤带对雨水进行植被的过滤和吸收，土壤的吸附和渗透，微生物的降解；在植被过滤带后设置洼地通过物理、化学和生化多种作用改善高速公路雨水径流水质，并延长径流的峰现时间，削减径流峰值和径流量。

进一步地，碎石浅沟的高程设计为低于与之相接的高速公路路面的方式，以利于路面的雨水自然流入碎石浅沟后漫流进入植被过滤带。

进一步地，植被过滤带设计为沿碎石浅沟搭接处向干洼地或者湿洼地平缓倾斜的斜坡，坡度为2-5%，使雨水经植被过滤带净化处理后流入洼地。

进一步地，植被过滤带的宽度设计成4-6m。

进一步地，在根据实际路况的基础上将洼地设计成沿高速公路长度方向上的斜坡，坡度为2-3%，每个斜坡的长度根据实际路况确定。

进一步地，在洼地上沿其坡度每隔20-40m设计有拦截堰，拦截堰的长度根据洼地的宽度确定，拦截堰的高度为0.25-0.35m。

进一步地，拦截堰的堰口设计成三角形或者倒梯形，且在堰口的出水下方设计有碎石堆降低堰口出水对下游洼地的冲刷。

进一步地，洼地的深度为0.6-1.2m，横断面设计成倒梯形或者矩形，当为倒梯形时，底部宽度不少于1m，斜边的坡度小于3；当为矩形时，底部宽度不少于2m。

进一步地，当高速公路位于土壤粘性低、地下水位低的位置时，洼地设计为干洼地；当高速公路位于土壤粘性高、地下水位高的位置时，洼地设计为湿洼地。

进一步地，干洼地内种植多年生、耐短时间水涝、耐旱草类植物；湿洼地内种植多年生、耐短时间干旱的湿地植物。

本发明的有益效果是：

1. 本发明碎石浅沟可减少路面雨水径流对后续处理步骤中各部分的冲刷，可拦截过滤路面雨水径流中颗粒污染物，且具有一定景观效果；将雨水生态排水沟渠设置为干洼地或者湿洼地，既具有蓄渗、净化、景观效果，又不影响高速公路雨水径流的排放功能；在洼地内设置拦截堰，堰口下设置碎石堆，以降低堰口出水对下游洼地的冲刷。

2. 高速公路雨水径流汇入碎石浅沟利用碎石填料的拦截、过滤作用达到净化水质、减少径流对后续措施冲刷的作用。植草过滤带主要利用植草的过滤、吸收，土壤吸附、微生物的降解，净化雨水径流，在径流输送过程中，少部分道路雨水径流也将渗入地下。经过前述两道措施处理的高速公路雨水径流进入雨水生态排水系统即干或湿洼地，通过洼地植物、土壤和微生物的协同作用，净化高速公路雨水径流，改善径流水质，降雨过程中，利用洼地内多级拦截堰及洼地植被，延长径流的峰现时间，削减径流峰值，无雨期间，暂时被拦蓄在洼地内的高速公路雨水径流，经过植物、微生物、下渗和蒸发作用得到削减净化。

3. 本发明与传统技术相比，针对污染严重的高速公路雨水径流提出构建控制其径流污染和径流量的净化削减高速公路雨水径流的生态排水系统构建系统，将碎石浅沟-植被过滤带-干或湿洼地的三级截污单元，串联成净化削减高速公路雨水径流的生态排水系统，可降低高速公路雨水径流污染负荷，削减部分径流峰值和径流量，也可适当延缓高速公路雨水径流的峰值时间，实现对雨水的有效控制及利用。碎石浅沟作为整个系统的首道处理单元，利用填料的过滤作用，可去除高速公路雨水径流中的部分悬浮物，同时也具有景观、均匀布水功能。植草过滤带不仅对道路雨水径流污染有一定的净化、削减效果，同时也使进入洼地内的径流更平缓。干或湿洼地，在洼地内植被、土壤和微生物的共同作用下，进一步净化水质，延长峰现时间，削减径流峰值和径流量。本发明将三种径流处理技术整合为一体，可实现削减30-40%的高速公路雨水径流总量，70-80%径流污染物总量。

附图说明

图1为本发明实施例一横向结构示意图；

图2为本发明实施例一洼地纵结构向示意图；

图3为拦截堰设置示意图；

其中：1.碎石浅沟，2.植被过滤带，3.洼地，31.拦截堰，32. 碎石堆，33.堰口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

实施例一

如图1-图3所示，一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水系统，包括碎石浅沟1、植被过滤带2、雨水生态排水沟渠，碎石浅沟1设置在高速公路的边缘两侧，植被过滤带2一侧与碎石浅沟1搭接，另一侧与雨水生态排水沟渠搭接；其中碎石浅沟1的高度低于高速公路的边缘，碎石浅沟1内填充有碎石；植被过滤带2为沿与碎石浅沟1搭接处向与雨水生态排水沟渠搭接处倾斜的斜坡，植被过滤带2上种植耐短时水淹植物；雨水生态排水沟渠的高度低于植被过滤带2边缘的高度，雨水生态排水沟渠为洼地3，洼地3为干洼地或者湿洼地。道路上的雨水流入两旁的碎石浅沟1，将马路上的颗粒污染物带入碎石浅沟1，然后雨水经渗透以及漫流的形式流入植被过滤带2，经植被的过滤、吸收，土壤吸附、微生物的降解后渗入地下或者流入雨水生态排水沟渠。

其中植被过滤带2优选为种植草本植物，灌木带不能像草本植物那样密植，存在裸露的土壤，易导致水土流失，若为景观考虑可以点缀灌木小品，采用草本植物带+灌木带+草本植物带（宜宽度较大）的形式，且草本植物带的宽度宜较大，二灌木带的宽度宜较小，如1-1.5m；或灌木带（宜宽度较小，如1-1.5m）+草本植物带（宜宽度较大）。利用植被的过滤、吸收，土壤吸附、微生物的降解，净化雨水径流，在径流输送过程，少部分道路雨水径流也将渗入地下。

洼地3横断面设为倒梯形或矩形，纵断面沿实际路况设成斜坡，坡度为2-3%。洼地3沿高速公路的走向设成斜坡，方便雨水流动，斜坡的长度根据高速公路的实际路况设定。

洼地3横截面为倒梯形时，底部宽度不少于1m，优选为2-3m，倒梯形斜边的坡度小于3，深度为0.6-1.2m；洼地3横截面为矩形时，底部宽度不少于2m，优选为3-5m，深度为0.6-1.2m。

洼地3内沿纵向设置拦截堰31，各个拦截堰31之间间隔为20-40m。降雨过程中，利用洼地3内多级拦截堰31及洼地3植被，延长径流的峰现时间，削减径流峰值；无雨期间，暂时被拦蓄在洼地3内的高速公路雨水径流，经过植物、微生物、下渗和蒸发作用得到削减净化。

拦截堰31为混凝土板或木板，形状为矩形或倒梯形，高度为0.25-0.35m，长度根据洼地3的底宽确定，两边各插入洼地3的长度不低于0.1m，以使拦截堰31在拦截雨水时不会被水流冲倒。

拦截堰31顶端的中间位置设有堰口33，堰口33为三角形或矩形，拦截堰31后下方对着堰口33的位置处设有碎石堆32。当雨水被拦截堰31阻挡时，雨水从堰口33流出，流入碎石浅沟1，以降低堰口33出水对下游洼地3的冲刷。

碎石浅沟1宽度为0.5-0.7m，深度为0.3-0.5m。碎石浅沟1可减少路面雨水径流对后续过程中的冲刷，同时可拦截过滤路面雨水径流中颗粒污染物，并且具有一定的景观效果。

碎石浅沟1内填充的碎石为白玉碎石，粒径为15-40mm。利用填充的碎石的拦截、过滤作用达到净化水质、减少径流对后续过程中的冲刷。

植被过滤带2宽度为4-7m，坡度为2-5%。

植被过滤带2种植的植物为多年生、耐寒、耐旱的草类植物。

高速公路位于土壤粘性低、地下水位低的位置时，洼地3设置为干洼地，种植多年生、耐短时间水涝、耐旱草类植物；高速公路位于土壤粘性高、地下水位高的位置时，洼地3设置为湿洼地，种植多年生、耐短时间干旱的湿地植物。洼地3内的植被、土壤和微生物的协同作用，净化高速公路雨水径流，改善径流水质。

上述实施例涉及一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，将高速公路两侧的排水沟渠设计成具有渗蓄、净化和排水功能的结构，在高速公路两侧设置与其自然搭接的碎石浅沟1对路面雨水径流中的颗粒污染物进行拦截过滤并减少路面雨水径流对后续措施的冲刷；在碎石浅沟1旁设置与其衔接的植被过滤带2对雨水进行植被的过滤和吸收，土壤的吸附和渗透，微生物的降解；在植被过滤带2后设置洼地3通过物理、化学和生化多种作用改善高速公路雨水径流水质，并延长径流的峰现时间，削减径流峰值和径流量。

在碎石浅沟1内填充有白玉碎石，当雨水从路面流入碎石浅沟1时，碎石减缓了雨水的冲刷，且雨水中的颗粒物被冲入碎石浅沟1底部并被截留，雨水被过滤后进入植被过滤带2；植被过滤带2内优选密集种植草本植物，或者种植小灌木，避免土壤裸露而导致水体流失，植被能够对雨水进行过滤和吸收，同时加上土壤的吸附和微生物的降解进一步去除雨水中的污染物，少部分雨水也会渗入地下而延长径流的峰现时间，削减径流峰值和径流量；洼地3内种植的植物对雨水进行进一步的净化处理，以进一步去除雨水中的污染物。

碎石浅沟1的高程设计为低于与之相接的高速公路路面的方式，以利于路面的雨水自然流入碎石浅沟1后漫流进入植被过滤带2，避免高速公路路面积水。当碎石浅沟1的高程低于高速公路的路面时，雨水能够在重力作用下自然流入碎石浅沟1，在碎石浅沟1内拦截过滤之后漫流进入植被过滤带2，避免雨水停留在高速公路上而导致路面积水。

植被过滤带2设计为沿碎石浅沟1搭接处向干洼地3或者湿洼地3平缓倾斜的斜坡，坡度为2-5%，使雨水经植被过滤带2净化处理后流入洼地3。植被过滤带2为斜坡时，雨水漫流进入植被过滤带2后沿从与碎石浅沟1的搭接处朝湿地处流动，进一步避免雨水回流到高速公路路面。

植被过滤带2的宽度设计成4-6m。只有当植被过滤带2的宽度足够长且坡度不大时，雨水平缓流经植被过滤带2，充分去除雨水中的污染物。

在根据实际路况的基础上将洼地3设计成沿高速公路长度方向上的斜坡，坡度为2-3%，每个斜坡的长度根据实际路况确定。将洼地3设计成沿长度方向上的斜坡，便于对净化处理后的雨水进行收集或者排放。

在洼地3上沿其坡度每隔20-40m设计有拦截堰31，拦截堰31的长度根据洼地3的宽度确定，拦截堰31的高度为0.25-0.35m。在洼地3上设置拦截堰31，降雨过程中，利用洼地3内多级拦截堰31及洼地3植被，延长径流的峰现时间，削减径流峰值，无雨期间，暂时被拦蓄在洼地3内的高速公路雨水径流，经过植物、微生物、下渗和蒸发作用得到削减净化。

拦截堰31的堰口33设计成三角形或者倒梯形，且在堰口33的出水下方设计有碎石堆32降低堰口33出水对下游洼地3的冲刷。被拦截堰31截留的雨水从三角形或倒梯形堰口33流入下方的碎石堆32，利用碎石承受出水的冲击力，降低出水对下游洼地3的冲刷。

洼地3的深度为0.6-1.2m，横断面设计成倒梯形或者矩形，当为倒梯形时，底部宽度不少于1m，斜边的坡度小于3；当为矩形时，底部宽度不少于2m。

当高速公路位于土壤粘性低、地下水位低的位置时，洼地3设计为干洼地3；当高速公路位于土壤粘性高、地下水位高的位置时，洼地3设计为湿洼地3。根据实际路况选择洼地3的类型，保证本发明的可行性以及耐用性。

干洼地3内种植多年生、耐短时间水涝、耐旱草类植物；湿洼地3内种植多年生、耐短时间干旱的湿地植物。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。

Claims (10)

1.一种净化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：将高速公路两侧的排水沟渠设计成具有渗蓄、净化和排水功能的结构，在高速公路两侧设置与其自然搭接的碎石浅沟（1）对路面雨水径流中的颗粒污染物进行拦截过滤并减少路面雨水径流对后续措施的冲刷；在碎石浅沟（1）旁设置与其衔接的植被过滤带（2）对雨水进行植被的过滤和吸收，土壤的吸附和渗透，微生物的降解；在植被过滤带（2）后设置洼地（3）通过物理、化学和生化多种作用改善高速公路雨水径流水质，并延长径流的峰现时间，削减径流峰值和径流量。

2.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：碎石浅沟（1）的高程设计为低于与之相接的高速公路路面的方式，以利于路面的雨水自然流入碎石浅沟（1）后漫流进入植被过滤带（2）。

3.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：植被过滤带（2）设计为沿碎石浅沟（1）搭接处向干洼地（3）或者湿洼地（3）平缓倾斜的斜坡，坡度为2-5%，使雨水经植被过滤带（2）净化处理后流入洼地（3）。

4.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：植被过滤带（2）的宽度设计成4-6m。

5.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：在根据实际路况的基础上将洼地（3）设计成沿高速公路长度方向上的斜坡，坡度为2-3%，每个斜坡的长度根据实际路况确定。

6.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：在洼地（3）上沿其坡度每隔20-40m设计有拦截堰（31），拦截堰（31）的长度根据洼地（3）的宽度确定，拦截堰（31）的高度为0.25-0.35m。

7.如权利要求6所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：拦截堰（31）的堰口（33）设计成三角形或者倒梯形，且在堰口（33）的出水下方设计有碎石堆（32）降低堰口（33）出水对下游洼地（3）的冲刷。

8.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：洼地（3）的深度为0.6-1.2m，横断面设计成倒梯形或者矩形，当为倒梯形时，底部宽度不少于1m，斜边的坡度小于3；当为矩形时，底部宽度不少于2m。

9.如权利要求1所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：当高速公路位于土壤粘性低、地下水位低的位置时，洼地（3）设计为干洼地（3）；当高速公路位于土壤粘性高、地下水位高的位置时，洼地（3）设计为湿洼地（3）。

10.如权利要求9所述的化削减高速公路雨水径流的生态排水方法，其特征在于：干洼地（3）内种植多年生、耐短时间水涝、耐旱草类植物；湿洼地（3）内种植多年生、耐短时间干旱的湿地植物。