西玉路位于北京市延庆区西部,南起兴延高速公路主线收费站,北至京张公路(国道110),是世园会周边路网系统中的一条南北向骨架道路,该路南端衔接兴延高速和京藏高速,北端衔接北京冬奥会的选址区,其交通功能非常重要。西玉路的建设是配合2019年延庆世界园艺博览会(最高级别世园会,A1级)及2022年北京冬奥会,同时为完善延庆路网结构,为沿线配套设施及村镇居民出行提供服务。西玉路规划为一级公路,规划红线宽50 m,设计速度为80km/h,路线总长度14.6km,工程总投资约20亿元。

　　 由于西玉路设计线位位于水环境敏感段,出于保护水体的要求,本道路排水工程方案设计包含以下内容:(1)路面降水径流收集设施;(2)危险品等事故泄漏应急处理设施;(3)初期降水调蓄、处理、回用设施;(4)路界内坡面降水径流排水设施等内容。

　　 (1)以海绵城市建设———低影响开发雨水系统构建为基本原则,优先利用自然排水系统,建设生态排水设施,充分发挥绿地、道路等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用,消减径流污染、节约水资源、保护生态环境。

　　 (2)对工程具体设计方案进行多方案充分论证,提出最佳设计方案,减少占用农田耕地等、减少工程投资、减少对周边环境的影响。

　　 (1)路面及桥区排水设计降雨重现期5年,径流系数0.95。

　　 (2)路界内坡面排水设计降雨重现期15年,径流系数0.35。

　　 (1)路面表面径流采取集中收集处理,收集处理设施采用防渗措施。

　　 (2)集中处理设施采用多功能处理池、人工湿地或干式沉淀池等设施。

　　 依据《公路排水设计规范》,在水环境敏感路段对路面降水径流进行集中收集处理,收集管路采用防渗措施。以下对常用的管道和明沟两个方案做比较论证。

　　 敷设排水管道及在路面设置雨水口的方式对路面降水径流进行收集。为了减少雨水口管敷设长度、减少雨水管道管顶覆土厚度(即减少道路路基填方高度),采用道路两侧分别铺设排水管道,两侧敷设位置位于道路两侧绿化带下。管道设计坡度随道路设计坡度(本道路最小设计纵坡为3‰)。根据计算,管道长度在1km范围内:设计管径D=500mm;1~2km范围内:设计管径D=600mm;在道路竖向低点两侧管道汇集后采用D=800mm管径雨水管排入道路外侧设置的雨水集蓄、净化处理设施。如图1所示,在道路中线两侧各21.13m处的绿化带下布置雨水管道。

　　 在行车道外侧每隔一定距离设置急流槽,排入道路两侧绿化带内(下凹式)设置的集水沟,集水沟设计坡度随道路设计坡度(本道路最小设计纵坡为3‰)。1km范围内:集水沟设计断面尺寸为W×H=500mm×500 mm;1~2km范围内:集水沟设计断面尺寸为W×H=600 mm×600mm;在道路竖向低点设置D=800mm横向排水管,将两侧集水沟汇集的水排入道路外侧设置的雨水集蓄、净化处理设施。如图2所示,在道路中线两侧各21.13m处的绿化带(下凹式)布置雨水明沟。

　　 以上两个方案都可以做到对道路路面降水径流集中收集,并且均具有防渗功能。但是由于设计道路两侧村镇密集,相交路口较多,集水沟在通过路口时还是需要设置过路涵洞联通,势必增加了下游集水沟的深度,实现连续明沟排水难度较大,所以确定采用管道排水方案。

　　 为了防止在道路运输过程中由于事故产生的危险品泄漏对周边环境特别是水环境的污染,应对泄漏的危险品进行收集贮存并及时外运处理。贮存有效容积按不少于5倍油罐车容积设计,按运输能力20m³的罐车5倍容积计算,即其有效容积为100m³。以下对管道贮存和常用的应急池贮存方案做比较论证。

　　 在道路排水管道的末端设置闸门井(W×B=1.5m×1.5m),平时常开,遇事故后,迅速关闭闸门,将危险液体暂时贮存在闸门上游的管道中,同时派清理车至闸门井处及时将危险液体抽出外运处理。以道路管道设计管径D=600mm,纵坡设计i=0.003,管顶覆土深度H=0.9 m,在可贮水管道长度L=300m,双侧管路总共可贮存有效体积约为170m³。详见图3道路排水管道临时贮存方案示意。

　　 应急池的工作原理是:在发生危险品泄漏后,打入应急池,由清理车外运处理,过后需对管道和应急池进行清洗处理。其应急池设计尺寸为L×B×H=10m×10m×2.7m,占地面积约150m²。

　　 排水管道临时贮存方案,仅在道路外侧设置一闸门井,占地约5m²,而应急池方案需占地约150m²且投资较大。同时应在运行管理阶段加强非工程措施保护水环境,比如交通安全管理,减少由于交通运输事故发生这种小概率事故等造成的危险品泄漏。所以从占用土地资源和投资费用两方面来比较,排水管道临时贮存方案的优势较明显。

　　 对道路路面降水进行调蓄、处理和回用作为绿化水源,为了减少占用道路两侧耕地,拟采用多功能雨水净化池设计方案。

　　 根据《海绵城市建设技术指南》中,北京市年径流总量控制率80%时,其对应的设计降雨量为27.3mm。以西玉路1km长度路面(行车道)宽度为24.5m,其汇水面积约为24 500 m²,雨水体积(即雨水净化池有效容积)V=24 500×27.3/1 000=669(m³)。

　　 绿化次浇灌用水量:2L/(m²·次);绿化浇灌用水保证率:75%;绿化浇灌面积:25 500m²(以1km道路长度计);设计保证率条件下,绿化年需水量:510m³;蓄水工程损失系数:0.06;蓄水工程容积系数:0.75。

　　 计算可得:蓄水工程有效容积为407m³。

　　 从以上计算可知,按北京市年径流总量控制率80%设计的雨水净化池有效容积为669m³,也同时满足道路绿化浇灌要求的回用水蓄水体积。

　　 路界内坡面降水包含路基坡面及路基两侧坡向道路一侧的坡面降水径流。本工程道路两侧现状地面多为耕地,地面纵坡较为平缓。本次方案设计中道路路基两侧设置植草沟,植草式排水沟具有减缓径流峰值的作用,也能很好地融入周边环境,且工程费较低。

　　 根据图4所示路面降雨径流通过设置在路边的雨水口收集进入道路两侧绿化带下设置的雨水管道,正常情况下通过闸门井进入雨水净化池,对初期降雨进行调蓄、处理,根据需要将处理过的雨水回用于道路绿化和其他市政杂用水。超标准雨水超越至自然水系。道路路基及两侧坡面降水径流则通过设置在道路两侧的植草沟直接排入自然水系。发生事故时,则关闭闸门,将危险污染物临时贮存在雨水管里,同时在闸门井处进行抽排,并外运处理。

　　 本道路排水系统设计方案,体现“海绵城市”理念,充分利用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种措施,削减由于道路的建设产生的径流峰值和污染,保护周边水环境。并因地制宜地采用雨水管临时贮存方案,较设置应急池具有占地少,投资省的优点。