（一）设计原则
公路雨水集蓄利用工程设计原则主要有以下方面。
1. 科学性原则
雨水收集与利用工程应统筹规划，合理布局，应注重路界内外排水系统、已有设施的功能及相互之间的合理衔接，形成完善的防、排、用系统。
2. 安全性原则
雨水收集与利用设施应以确保公路结构安全稳定为前提，并重视生态环境保护和水土保持，防止水体污染和生态损害。
3. 协调性原则
雨水收集与利用工程应因地制宜、合理设计，与服务区建筑、互通立交桥、边坡等主体工程、相关设施及周边自然环境相协调。
4. 经济性原则
充分利用现场条件和已有排水设施，选择适宜的工程方案及施工工艺，尽量降低后期运行人工维护和管理费用，做到经济合理。
5. 先进性原则
雨水收集与利用工程设计应在总结实践经验和已有成果的基础上，积极采用新技术、新材料和新工艺，不断提高公路雨水利用技术水平。
（二）公路雨水集蓄利用工程方案设计
以下以高速公路互通立交区雨水集蓄与回用工程为例，提出总体设计方案。
1. 系统组成
高速公路互通立交区雨水集蓄与回用系统主要由雨水收集设施、弃流设施、预处理设施、主处理设施、回用设施组成，见图5-1。
图5-1 高速公路互通立交区雨水集蓄与回用系统组成
雨水收集设施一般包括落水口及集水管（桥面）、泄水口及排水沟（路面）和坡面集排水沟等设施；弃流设施一般包括弃流装置和弃流池（弃流井）等设施，弃流池同时可兼作路面危险化学品泄漏应急收集池；预处理设施一般为生态化的植草边沟，其亦为汇排水边沟；主处理设施一般包括调节池、简易型人工湿地和清水池，以及提升水泵、管线等设施。
2. 系统设计
（1）雨水弃流。
① 要求。
a. 对桥面和路面的初期雨水径流，应在其进入处理设施前先经弃流装置进行弃流。
b. 桥面、路面初期径流的弃流设施一般应分开设置，路面初期径流的弃流设施可根据路面汇水单元分散设置。
c. 初期雨水弃流宜采用自动控制弃流装置，以及具有渗透功能的弃流池或弃流井。
d. 路面雨水初期径流的弃流量应按照实测雨水径流的CODcr、SS、色度等污染物浓度确定。当无资料时，雨水弃流可采用3～4mm径流厚度。
② 初期径流弃流量计算。初期径流弃流量按下式计算：
Wi=10ψcδF
式中，Wi—— 设计初期径流弃流量（m3）；
ψc——雨量径流系数；
δ—— 初期雨水径流厚度（mm）；
F—— 汇水面积（hm2）。
（2）雨水调节池。
① 要求。
a. 调节池的设置主要考虑一次暴雨可集雨量、年平均可集雨量和处理水量（需水量）等因素，在设计中应当结合实际情况，对其进行统筹比较。
b. 当用水量大于可收集雨量时，可依据一次暴雨可集雨量确定调节池的有效容积；当用水量小于可收集雨量时，从经济实用角度出发，可直接依据处理水量（需水量）来确定调节池的有效容积。
② 雨水调节池容积计算。雨水调节池容积一般可按下式计算：
V=10ψc（hy-δ）F
式中，V——雨水调节池有效容积（m3）；
ψc——雨量径流系数；
hy——设计降雨厚度（mm）；
δ——初期雨水径流厚度（mm）；
F——汇水面积（hm2）。
（3）人工湿地。
① 要求。
a. 人工湿地系统可由一个或多个人工湿地单元组成，人工湿地单元包括配水装置、集水装置、基质、防渗层、水生植物及通气装置等。
b. 人工湿地系统设施场所应考虑互通立交区自然环境条件，包括土地面积、地形、气象、水文以及动植物生态因素等，必要时可进行工程地质、水文地质等方面的勘察。
c. 人工湿地工程建造应因地制宜，充分选择自然坡度为0～3%的洼地、水塘以及未利用土地。
d. 平面布置应充分利用自然环境的有利条件，按构筑物使用功能和流程要求，结合地形、气候、地质条件，考虑便于施工、维护和管理等因素，合理安排，紧凑布置。
e. 高程布置应充分利用原有地形，符合排水通畅、降低能耗、平衡土方的要求；系统高程设计应尽量结合自然坡度，采用重力流形式，需提升时，宜一次提升。
f. 人工湿地设施应设置必要的溢流、排空、清淤、通气等装置。
g. 应综合考虑人工湿地系统构筑物的外观、轮廓、不同类型单元的搭配、水生植物的配置、景观设施营建等因素，使工程设施与自然环境相协调，并达到应有的生态景观效果。
② 人工湿地主要参数计算。
a. 人工湿地体积一般可根据调节池有效容积进行推算，即
Vc=
式中，Vc——人工湿地体积（m3）；
V——雨水调节池有效容积（m3）；
t——人工湿地的水力停留时间（d），一般小于1d；
nk——填料孔隙率，一般取值为0.4～0.5；
T ——设计降雨历时（d），一般为1d。
b. 人工湿地表面积按下式计算：
Ac=
式中，Ac——人工湿地表面积（m2）；
Vc——人工湿地体积（m3）；
h——人工湿地有效水深（m），一般取值为0.6～1.1 m。
c. 人工湿地表面水力负荷按下式计算：
qhs=
式中，qhs——表面水力负荷（m3/（m2·d））；
Qc——人工湿地设计处理水量（m3）；
Ac——人工湿地表面积（m2）。
③ 人工湿地植物及物料配置。
a. 人工湿地宜选用耐污能力强、根系发达、污染物去除效果好、具有抗冻及抗病虫害能力且易于养护管理的乡土型水生植物。
b. 人工湿地可选择一种或多种水生植物作为优势种搭配种植，增加植物的多样性并具有景观效果。
c. 水生植物物种的选择通常包括芦苇、蒲草、宽叶香蒲、菖蒲、水麦冬、风车草、灯芯草等挺水植物和凤眼莲、浮萍、睡莲等浮水植物，以及这些不同物种之间的组合。
d. 水生植物种植密度可根据植物种类与工程的要求配置，挺水植物的种植密度一般为9～25株/平方米；浮水植物的种植密度均一般为3～9株/平方米。
e. 人工湿地基质配置应选用比表面积大、孔隙率高并有一定机械强度的材料，如用土壤填料、卵石填料、炉渣填料、自然岩石与矿物材料等，基质可采用多种填料、不同级配和多层结构。填料粒径规格宜在5 ～ 60 mm 范围内。
（4）清水池。清水池的有效容积一般可根据人工湿地设计处理水量、回用需水量确定。在理想状态下，清水池的容积就是前一场降雨后所收集的雨水刚好能满足后一场降雨前的雨水回用需求。在规模一定的情况下,可根据降雨量、回用需水量和储水量进行平衡计算，合理确定其规模。在有条件的情况下，可利用地形设置池塘、人工湖等，将清水池的储水引入作为后备回用水源。
（5）雨水预处理。雨水预处理一般可采用植被控制处理方式，通常是将常规的排水边沟改造成利用植物的沉淀、吸附、渗滤功能来净化雨水的构筑型式。
① 生态型边沟结构。所谓“生态型边沟”，是一概念性术语，目前尚缺少统一技术标准，其实为现有浆砌边沟的生态化构筑形式。常用的结构有双侧柔化浅碟形、双侧柔化U形以及底部埋设盲管的复合形。雨水预处理一般采用图5-2所示的结构，工程设计时可参照其相关结构和参数进行，但注意要以满足《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）相关要求为前提。
图5-2 生态型边沟的结构
② 要求。
a. 生态边沟表土层可采用喷播方式，植物种植品种可选用马蔺、紫羊茅、无芒雀麦、草地早熟禾、紫花苜蓿或这些品种的组合。
b. 因过水断面的形状和面积、沟底纵坡和沟壁的粗糙系数直接影响生态边沟的排水能力，故在设计时应予以充分考虑，合理设置。一般纵坡可在0.3%～2%范围内取值，断面边坡坡度可在1/4～1/3 范围内取值。
c. 生态边沟的雨水预处理功能应与排水能力兼顾，种植草的高度一般应保持在20～ 30 cm之间。生态边沟的深度应大于最大有效水深，但一般最大不宜超过60 cm。
d. 生态边沟的长度应根据具体的平面布置情况取值，主要以防止沟底冲刷破坏为原则。沟底部应尽量设计成圆端形，宽度范围宜在20 ～ 200 cm之间，当设计底宽大于200 cm 时，应在边沟纵向增设水流分离装置。
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