復(fù)合雨水花園在海南環(huán)島旅游公路橋面徑流處理中的應(yīng)用

摘要：近年來隨著旅游公路的建設(shè)，跨水段橋梁的環(huán)保和景觀要求日益提高，橋面徑流處理系統(tǒng)從傳統(tǒng)的圬工結(jié)構(gòu)逐漸向生態(tài)工程發(fā)展。根據(jù)海南環(huán)島旅游公路的特點，提出一種多功能集約型復(fù)合雨水花園，實現(xiàn)了橋面徑流的事故收集和凈化處理，并與景觀設(shè)計相融合，為同類型旅游公路的生態(tài)景觀打造提供思路。關(guān)鍵詞：道路工程；公路水污染防治；橋面徑流處理；復(fù)合雨水花園0引言我國在2010年出臺的《公路環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)范》（JTGB04-2010）明確要求，針對水環(huán)境敏感區(qū)必須設(shè)置橋面徑流處理設(shè)施。隨著國家對生態(tài)保護(hù)的要求日益嚴(yán)格，公路穿越水環(huán)境敏感區(qū)的橋面徑流處理設(shè)施已經(jīng)得到普遍實施，實現(xiàn)了事故收集、隔油沉淀功能。常見的公路橋面徑流處理設(shè)施主要形式為純圬工結(jié)構(gòu)的隔油沉淀池，凈化效果較差，養(yǎng)護(hù)要求高，已無法適應(yīng)旅游公路對生態(tài)保護(hù)的高要求。隔油沉淀池收集的雨水蒸發(fā)后，滯留的沉淀物和油污濃縮在池底，需要及時清理，否則污染物隨著下一場雨流出池體，將導(dǎo)致出水水質(zhì)超標(biāo)，對自然生態(tài)環(huán)境造成污染。公路養(yǎng)護(hù)粗放的特點顯著，清理不及時的現(xiàn)象普遍，因此圬工型隔油沉淀池的凈化效果實際上難以保證。從景觀角度來說，圬工結(jié)構(gòu)景觀效果極差，尤其對于濱海濱河等生態(tài)型旅游公路，視覺效果太差，人工痕跡明顯，需要進(jìn)行遮蔽。因此，純圬工結(jié)構(gòu)僅適用于用地極其受限的中小橋，或者和生態(tài)工程串聯(lián)作為前置設(shè)備。生態(tài)工程通過植被、水體、土壤有機(jī)質(zhì)、微生物的吸附、過濾和降解作用實現(xiàn)對污染物的消解，凈化效果和景觀效果均較好，與原生自然環(huán)境融為一體，適用于生態(tài)環(huán)境優(yōu)越的旅游公路。近年來，生態(tài)工程措施逐漸成為郊野環(huán)境保護(hù)工程的主流方法，比如美國的BMPs（暴雨最佳管理措施），國內(nèi)也有部分研究，認(rèn)為生態(tài)工程具有效果穩(wěn)定、集約低廉、出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠的特點。近年來隨著一些生態(tài)環(huán)境優(yōu)美的濱海、濱湖旅游公路的建設(shè)，河口和潟湖橋頭常被設(shè)置為生態(tài)景觀觀賞區(qū)域，橋頭往往設(shè)置了停車區(qū)、觀景臺及步行道。如何結(jié)合景觀和環(huán)保功能，設(shè)置具有觀景功能的橋面徑流處理設(shè)施，盡可能降低管養(yǎng)成本，從而實現(xiàn)景觀、環(huán)保、旅游、經(jīng)濟(jì)等多重效益的最大化，逐漸成為熱點研究方向。1

生態(tài)工程方案1.1

生態(tài)工程方案概述公路橋面徑流的污染物主要為懸浮顆粒物和有機(jī)物，沉淀和植物降解是有效的處置方法。橋面徑流的水量和降雨息息相關(guān)，滿水期與枯水期交替出現(xiàn)，且存在明顯的旱季和雨季，除了少數(shù)天然洼地，難以實現(xiàn)常年保持積水的狀態(tài)。在各類生態(tài)工程的方案比選過程中，用地制約是比較重要的考量因素，其次是公路暴雨徑流特點、凈化效果、造價和養(yǎng)護(hù)成本的考量。橋面徑流處理生態(tài)工程方案對比情況見表1所示。表1橋面徑流處理生態(tài)工程方案對比Tab.1Comparisonofecologicalengineeringschemesforbridgerunofftreatment（1）半圬工型包括生態(tài)滲濾系統(tǒng)、生態(tài)種植槽等措施，特點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，占地規(guī)模小，有一定的生態(tài)凈化效果，但是景觀較差。其原理主要通過圬工池內(nèi)的多層介質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)、微生物的吸附、過濾和降解，頂層植物凈化的功能比較有限。公路橋面徑流干濕交替運行的方式有利于防止淤泥堵塞，但是仍然需要定期檢查，防止堵塞和填料流失。（2）滲濾型利用綠地系統(tǒng)進(jìn)行滲濾凈化的生物滯留區(qū)域（BioretentionArea），在景觀工程中通俗地稱為“雨水花園”，指在園林綠地中種有樹木或灌木的低洼區(qū)域，由樹皮或地被植物作為覆蓋。它通過將雨水滯留下滲來補充地下水并降低暴雨地表徑流的洪峰，還可通過吸附、降解、離子交換和揮發(fā)等過程減少污染，是一種比較集約化的生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設(shè)施[5]。該方案適用于土質(zhì)滲透性較好的地區(qū)，占地比半圬工型大，適用于郊野地區(qū)等土地廣闊的地區(qū)。（3）濕地型主要為表面流人工濕地系統(tǒng)，以地表自然生態(tài)系統(tǒng)作為凈化處理系統(tǒng)，凈化效果較好，最大的缺點是占地大，適用性受限。對加利福尼亞州北部平原的40州際公路的4個監(jiān)測點的路面徑流水的TSS（總懸浮固體）和TN（總氮）進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)人工濕地對總氮的去除效果較好。該方案可適用于周邊存在大量天然濕地的路段。（4）串聯(lián)型主要指通過調(diào)節(jié)池與人工濕地串聯(lián)從而減少人工濕地占地的橋面徑流處理設(shè)施。調(diào)節(jié)池可以是圬工結(jié)構(gòu)，也可以是具有防滲功能的雨水花園。串聯(lián)型適用于南方暴雨頻繁區(qū)域，可通過徑流調(diào)節(jié)減少人工濕地面積，同時保證良好的凈化效果。綜合來看，半圬工型、滲濾型以及串聯(lián)型屬于集約型處置措施，比較適合用地有限，養(yǎng)護(hù)粗放的公路工程的應(yīng)用。從景觀角度來說，半圬工池體結(jié)構(gòu)與周邊的原生態(tài)自然環(huán)境極不融合，人工痕跡過于嚴(yán)重，在用地極其受限，景觀要求不高的情況下可以采用。滲濾蒸發(fā)型措施的適用性較廣，對于環(huán)保和景觀需求較高、地區(qū)土質(zhì)滲透性好、植被生長茂盛的地區(qū)應(yīng)用效果最佳。1.2

應(yīng)用案例環(huán)境分析

應(yīng)用案例位于海南省環(huán)島旅游公路，路線經(jīng)過91%的路段為濱海生態(tài)路段。地貌包括防風(fēng)林、紅樹林、潟湖、濕地、草甸等，原生態(tài)自然風(fēng)光優(yōu)越，動植物豐富，生態(tài)功能要求較高。該工程串聯(lián)了海南國際旅游島的最重要的環(huán)島旅游大通道，是海南旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)力助推劑，景觀要求高。圖1環(huán)島旅游公路地貌分類示意圖Fig.1Geomorphologicalclassificationoftouristroadsaround

theisland該區(qū)域蒸發(fā)和光合作用較強(qiáng)，高溫情況普遍，土質(zhì)偏沙性，滲透性較好，基本無霜凍現(xiàn)象。草本及灌木類均以常綠植物為主，且微生物活性較大，更有利于生態(tài)工程生物作用的發(fā)揮。因此，從選址上來說，該地區(qū)的氣候、土質(zhì)及植被情況均非常適合采用雨水花園作為橋面徑流處置的方案。雨水花園的構(gòu)建過程，還需要綜合橋面徑流處理系統(tǒng)的事故收集、凈化、排水、生態(tài)及景觀等功能，因此需要構(gòu)建一種多功能集約型復(fù)合雨水花園。2

復(fù)合雨水花園的構(gòu)建方法公路橋面徑流處理的復(fù)合雨水花園，指通過設(shè)置前置防滲區(qū)實現(xiàn)事故水收集和污染物攔截，再通過多個小型滲濾型雨水花園串聯(lián)增強(qiáng)凈化效果，最后溢流排水，同時結(jié)合景觀臺、步道等設(shè)施綜合設(shè)計的一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設(shè)施。復(fù)合雨水花園利用大自然寬廣的土層本身的滲濾能力進(jìn)行生態(tài)凈化，具有滿足現(xiàn)行環(huán)保規(guī)范，凈化效果好，人工痕跡小，占地少，粗放養(yǎng)護(hù)，與自然環(huán)境融合度高的特點。具體的設(shè)計流程和要求如下：2.1

選址用地

雨水花園的選址需要考慮規(guī)劃用地和現(xiàn)狀用地兩方面。首先橋頭周邊用地類在規(guī)劃上必須可用，不得占用海界線內(nèi)和紅樹林保護(hù)區(qū)等敏感地類。其次結(jié)合現(xiàn)狀用地情況，盡量占用需要進(jìn)行生態(tài)修復(fù)的地類如魚塘和違規(guī)建設(shè)用地等。以昌江縣觀海大橋橋南觀景臺內(nèi)的復(fù)合雨水花園為例，該橋長1.6km，橋梁位于濱海潟湖，水環(huán)境敏感，需要進(jìn)行全橋的橋面徑流收集。本項目在橋頭設(shè)置復(fù)合雨水花園，征用了道路路側(cè)的違規(guī)魚塘（海岸300m范圍內(nèi)），恢復(fù)為生態(tài)綠地，對土地的利用轉(zhuǎn)化方式合理。2.2

功能分區(qū)復(fù)合雨水花園從功能分區(qū)上分為防滲區(qū)、溢流區(qū)和非防滲區(qū)，通過微地形營造進(jìn)行分區(qū)設(shè)置。排水從橋梁收集管道進(jìn)入防滲區(qū)后，通過溢流口碎石層過濾后進(jìn)入非防滲區(qū)，最后通過非防滲區(qū)的溢流口和出水溝排入自然水體。防滲區(qū)和非防滲區(qū)的面積比可為1∶3～5。防滲區(qū)前置，直接承接橋面徑流，起到事故收集、過濾初沉、均勻配水的預(yù)處理作用。溢流區(qū)為防滲區(qū)過渡到非防滲區(qū)的中間區(qū)域。非防滲區(qū)起到生物凈化、蒸騰和土壤滲濾等生物凈化功能。圖2復(fù)合雨水花園結(jié)構(gòu)圖Fig.2Structurediagramofcompoundrainwatergarden防滲區(qū)需要在土層中設(shè)置防滲膜，容積根據(jù)橋面徑流和暴雨強(qiáng)度確定容積，邊緣略高于周邊地面，與地面徑流隔離。布置時盡可能利用橋梁投影設(shè)置，減少天然降水的匯入，從而減少防滲區(qū)的有效面積。防滲區(qū)需要定期養(yǎng)護(hù)，清除淤積和過濾的雜物。溢流區(qū)通過設(shè)置地形高差連接防滲區(qū)和非防滲區(qū)，并設(shè)置碎石的凹槽溢流口，以增強(qiáng)污染物攔截和過濾功能。溢流區(qū)前后通暢為高地陡坎，頂部可設(shè)置為步道以增加景觀趣味。非防滲區(qū)一般露天設(shè)置，形態(tài)設(shè)置稍顯靈活，可設(shè)置多個串聯(lián)式凹地，實現(xiàn)層層過濾，從而優(yōu)化凈化效果。在非滲透型土質(zhì)地區(qū)建設(shè)時，為了增強(qiáng)土壤的滲濾儲水能力，可在種植土層下設(shè)置砂墊層和溝底碎石透水層。若需要強(qiáng)化滲濾效果，可將溝底碎石層加深設(shè)置碎石滲井。應(yīng)用案例海南省環(huán)島旅游公路的砂質(zhì)土層本身滲透性較好，因此不需要另外設(shè)置砂墊層和碎石透水層。2.3

排水設(shè)計

（1）排水方式根據(jù)各分區(qū)的排水功能，防滲區(qū)高程最高，溢流區(qū)，高程比防滲區(qū)池頂面低20～30cm，非防滲區(qū)高程較低，但是出水口略高于周邊地面高程，起到隔離地面雨水徑流的作用。通過復(fù)合雨水花園凈化后的水可通過地表外排到自然環(huán)境中。城鎮(zhèn)中的雨水花園通常采用埋管排水。因為城鎮(zhèn)需要防范內(nèi)澇，一般會要求2～4h內(nèi)雨水必須下滲完，而且城市中土地空間有限，可實現(xiàn)滲濾的土地面積有限。因此城鎮(zhèn)系統(tǒng)的雨水花園的容積較小，凹陷區(qū)高度為20～30cm，儲水區(qū)高度范圍一般在10～20cm，太深了影響植物生長，無法滿足城市景觀的高要求。用于公路路側(cè)徑流處理的雨水花園和城鎮(zhèn)系統(tǒng)內(nèi)的雨水花園有明顯區(qū)別，有條件利用大面積的土地滲濾作用，并且容許較長的滲水時間、一定程度的溢流漫水以及植被缺失土層裸露，因此位于自然系統(tǒng)中的公路相對城市環(huán)境更為粗放，更適用于地表排水方式，充分讓自然做功，實現(xiàn)徑流的生態(tài)處理。表2雨水花園排水參數(shù)設(shè)置一覽表Tab.2Listofdrainageparametersettingsforrainwatergarden（2）尺寸設(shè)計應(yīng)用案例整個復(fù)合雨水花園設(shè)計占地850m2，其中利用橋梁投影面積125m2，額外征地725m2。其中防滲區(qū)占地230m2，設(shè)計深度為0.5m，儲水深度0.3m。景觀步道及溢流區(qū)占地170m2，非防滲區(qū)占地450m2。根據(jù)沙土的滲透系數(shù)計算，非防滲區(qū)設(shè)計平均高度為17.28cm，考慮到非防滲區(qū)面積較大，公路養(yǎng)護(hù)粗放，存在少量淤積得不到及時清理，因此設(shè)置儲水區(qū)最大高度設(shè)置為30cm，平均高度20cm。防滲區(qū)需要按照《室外排水設(shè)計規(guī)范》核算有效容積，保證橋面初期雨水全部落入。橋面徑流污染物的含量在隨時間的變化特征上呈現(xiàn)出初期效應(yīng)，即降雨最初的15~30min內(nèi)污染物濃度達(dá)到最大值，之后濃度維持在較低水平。為了滿足初期雨水蓄積，一般通過當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式，匯水面積計算出雨水徑流量，再按照收集時間30min得到有效容積。2.4

景觀鋪裝以觀海大橋橋南觀景臺為例，復(fù)合雨水花園與觀景臺合建，雨水花園邊緣設(shè)置有景觀步道。防滲區(qū)和非防滲區(qū)的連接部處溢流區(qū)，通過設(shè)置搭板人行通道，通道下方保證徑流按照設(shè)定的方向排水。微地形處置過程與景觀設(shè)計緊密結(jié)合，增加了生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，實現(xiàn)了分級凈化，也增強(qiáng)了景觀效果。地形等高線圓潤流暢，地形平緩漸變，營造出了優(yōu)美的自然環(huán)境。2.5

植被布置

公路易有塵土、油污、化學(xué)物質(zhì)，且滿水期與枯水期頻繁交替，應(yīng)使用高耐受性的植物，耐水又耐旱，同時具有去污性和觀賞性，既要有雨水收集和凈化系統(tǒng)，又要實現(xiàn)環(huán)境美觀。植物品種優(yōu)先選用本土，根系發(fā)達(dá)、莖葉繁茂、凈化力強(qiáng)，耐澇抗旱，抗逆性強(qiáng)，抗污染、抗蟲害、抗病毒，抗凍、抗熱的全能衛(wèi)士。應(yīng)用案例采用景觀植被加原生植被培育移栽的形式進(jìn)行設(shè)置。在地勢較高的位置設(shè)置白花曼陀羅的鄉(xiāng)土景觀植被，在地勢較低，雨季滿水的部位設(shè)置耐水濕又耐旱的假杜鵑片栽，可實現(xiàn)開花的效果，同時點栽斑茅草等周邊原生植被，起到攔截過濾和生物凈化的效果，同時與周邊地貌環(huán)境相融合，取得較好的景觀效果。圖3植被設(shè)計及布置情況Fig.3Vegetationdesignandlayout觀海大橋橋南觀景臺復(fù)合雨水花園與公路主體工程、周邊的景觀設(shè)施完美融合，實現(xiàn)了環(huán)保功能和景觀功能的融合，得到行業(yè)專家的一致認(rèn)可。復(fù)合雨水花園效果圖如圖4所示。圖4復(fù)合雨水花園效果圖Fig.4Effectpictureofcompoundrainwatergarden3結(jié)論隨著旅游公路對生態(tài)和景觀要求的提高，傳統(tǒng)的圬工類橋面徑流處理設(shè)施已經(jīng)不能