绿色建筑小区道路雨水控制技术研究

摘要

随着我国城市化进程的加快，城市建设迅猛发展，城市中各种不透水面积大量增加，使得城市地表降雨径流量增加、洪峰流量增加、峰流量提前，雨水径流给城市生态环境带来严重污染，且造成雨水资源大量流失。20世纪90年代，美国降雨管理专家开发了一种模拟自然水文条件原理，基于源头控制的多点微观降雨控制策略，即低影响开发（Low Impact Development,LID）。针对绿色建筑小区内的不透水沥青道路和混凝土道路降雨径流的高污染负荷带来的环境污染、末端处理难度加大和高径流量带来的城市洪峰提前、洪峰量加大等一系列问题，应用低影响开发（LID）技术的雨水源区控污、截流促渗理念，提出在绿色建筑小区内用透水沥青道路代替不透水沥青道路和混凝土道路，以及在透水沥青道路旁设置折流式持水花园系统以进一步控制外排降雨径流；通过新技术的集成应用，以期降低绿色建筑小区内道路径流污染物尤其是颗粒物的迁移能力，减少道路强降雨径流对周边下垫面的直接冲刷，从而降低源区径流量并削减其源头污染负荷。主要开展研究内容和得出结论如下：
　　①在深圳市光明新区绿色建筑小区开展的道路雨水现状监测结果表明：不透水沥青道路和混凝土道路的降雨径流中的污染物浓度均随降雨历时呈现衰减态势，且在降雨历时后期趋于稳定。降雨初期污染物浓度最高，且随降雨历时衰减最快，而降雨后期径流污染物浓度变化趋于平缓。不透水沥青道路的降雨径流的监测指标中，pH均呈弱碱性，SS、COD、TP均达到严重污染等级，TN达到重污染等级，BOD5、NH3-N属于轻污染等级；不透水混凝土道路的降雨径流中，pH均呈弱碱性，监测的污染物指标均有超标，其中COD、TN和TP属于污染严重等级，SS和BOD5属于重污染等级，NH3-N属于污染等级。径流的可生化性较差。不透水沥青道路和混凝土道路的降雨径流中SS与其他污染物指标如COD、TP、TN、NH3-N、NO3-N等有较好的相关性，SS与COD、TP的相关性系数在0.8以上，SS作为道路径流中的主要污染物之一，明显影响着径流中其他污染物的含量。不透水沥青道路的径流系数为0.95。不透水混凝土道路的径流系数为0.91。
　　②提出了在绿色建筑小区内用透水沥青道路代替不透水沥青道路和混凝土道路，以期达到控制传统不透水沥青道路和混凝土道路的降雨径流带来的水环境污染和削减城市降雨洪峰和径流量的目的。监测结果表明，透水沥青道路路表和渗透出水口处的径流水质除了COD和TN达到污染等级外，监测的其余污染物指标SS、NH3-N、NO3-N、TP、BOD5均达标。渗透出水口处和路表处径流均呈弱碱性。该道路类型的雨水径流可生化性较差。透水沥青道路的OGFC-13面层主要对SS有较好的去除作用，达到66.6％。透水沥青道路的渗透出水口处径流中，COD、NO3-N与SS有较好的相关性，相关性系数均在0.76以上；路表处径流中，COD、TN、TP与SS有较好的相关性，相关性系数均在0.85以上。透水沥青道路的径流系数0.83。透水沥青道路的径流系数跟不透水沥青道路和混凝土道路的径流系数（分别为0.95、0.91）相比较低，但是透水沥青道路无法做到大量削减径流总量。试验中透水沥青道路的洪峰流量削减率为46.7%，洪峰错峰效果明显。
　　③针对绿色建筑小区内透水沥青道路无法有效削减总降雨径流量的情况，研发了设置于透水沥青道路旁的折流式持水花园系统，该系统主要用于进一步削减透水沥青道路的外排径流量和控制溢流水质。试验中的折流式持水花园系统采用的雨水汇流面积/持水区面积≈13.6，即1m2的持水区，可处理面积13.6m2的透水沥青道路的外排降雨径流雨水。试验结果表明：折流式持水花园系统的持水区，当设计降雨量取45mm/d，可控制案例地区内90%的年降雨事件，经降雨资料统计，相应地可控制85.5%的年总降雨量，可知宏观来讲，区域年降雨径流系数为0.145。设置在透水沥青道路旁的折流式持水花园对其径流进一步削减，径流系数可降至0.12，即88%的透水沥青道路降雨径流被就地消纳和下渗，此时已达到区域开发前的降雨径流状态，达到了低影响开发技术中恢复开发区域水文循环的目的。按照重现期3年的暴雨强度计算，试验中的持水区可使洪峰流量削减率达到近50%，重现期高于3年的降雨，洪峰流量削减率低于50%，随着降雨重现期的延长，洪峰流量削减效果逐渐降低。持水区末端溢流口可按照重现期3年的暴雨强度来设计。在持水区末端溢流口处的溢流雨水中，污染物含量均有一定程度降低，其中以SS去除率最为明显，可达到74%，出水中SS达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GBT18919-2002)中观赏性环境景观用水的河道类标准；COD基本达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）V类水体的标准；TN达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GBT18919-2002)中的标准；TP达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水体的标准。
　　上述研究结果将对绿色建筑小区内道路雨水控制技术的工程实践提供科学依据，具有一定的指导意义。

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1 绪 论

1.1 国内外城市雨水利用背景与现状

1.2 国内外小区道路雨水径流水质研究现状

1.3 课题的来源、提出、研究目的及内容

2 研究区域概况及研究方法

2.1 研究区域概况

2.2 径流监测方法

2.3 水质评价方法

3绿色建筑小区不透水沥青道路和混凝土道路降雨径流研究

3.1 研究对象与降雨监测统计

3.2 不透水沥青道路和混凝土道路降雨径流水质研究

3.3 不透水沥青道路和混凝土道路降雨径流量研究

3.4 本章小结

4 绿色建筑小区透水沥青道路降雨径流研究

4.1 绿色建筑小区透水沥青道路的设计

4.2绿色建筑小区透水沥青道路降雨径流水质研究

4.3径流量与洪峰错峰能力研究

4.4本章小结

5 折流式持水花园系统研究

5.1 折流式持水花园系统的设计

5.2折流式持水花园系统的小试试验研究

5.3 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录：