【摘 要】本文针对干旱区公路，以宁夏省道304线盐池至红井段高速公路连续箱式水窖为实例，在不新增占地的情况下，在路堤边坡坡脚平台处，结合原公路排水设施，设计连续箱式水窖+沉砂池，计算蓄水容积，得出应用路基长度适用的水窖容积，并结合该工程施工应用，展示了连续箱式水窖在干旱区公路雨水收集中的优势。

　　【关键词】干旱区公路雨水收集 连续箱式水窖

　　水是宝贵的，西部地区降水主要集中在6月至9月的夏季，占全年降水的50-70%，以8月最为集中，多以暴雨形式降下，而汛期却降水过量，在浪费水资源的同时，又造成水土流失。西部地区蓄水工程蓄集雨水主要用于人畜饮用及灌溉作物，公路上还没有相关应用，因此探索雨水蓄集工程在干旱区公路上的设计与应用成为本项目的研究方向。

　　1 设计理念、原则和工艺流程

　　为了解决西北地区公路界内降雨资源浪费，公路绿化灌溉用水取水困难的问题，本装置在保障公路路基安全，满足排水规范的要求的前提下，采用贮存、利用的理念，因地制宜，根据公路的特点，巧妙设计结构，有效利用公路集雨面积大集流效率高的特点收集降水。雨水集蓄系统在实现其功能时，不影响公路的安全运营，保障公路路域生态安全；连续箱式水窖设计的标准应同所设计的公路的重要性相适应，应根据公路等级、沿线地形、地址、水文、气象以及桥涵位置等因素综合考虑，结合原排水系统，因地制宜，提供功能完善和造价合理的最佳方案；雨水集蓄系统的断面形式、尺寸，除要满足集蓄雨水的要求外，还应符合在使用过程中便于检查和修理的要求，实用耐久。

　　本装置工艺流程为：降雨→路面排水→急流槽→排水沟→沉砂池→连续箱式水窖→绿化

　　↘坡面排水→→→→→→↑

　　2 主要设计思路

　　本装置采用钢筋混凝土现浇的方式建造，保证其使用寿命和公路使用寿命相当，根据公路边沟的长线型的结构特点，不新增占地，创新设计了一种矩形连续箱式的窖型。本装置可根据需要灵活布置于公路路堤两侧，中间窖壁既起支撑作用，设置通道又使窖体连通，方便维护。为了减少淤积防止堵塞，在沉砂池中的雨水进入水窖的窖壁入口处设计不锈钢滤网。本装置设计带盖板的封闭式整体结构，沉砂池和水窖顶部都是封闭的，仅在水窖顶部留有一个可以打开的取水口。这样不仅有效防止了水分的蒸散损失，还提高了边沟的安全性，防止冲入边沟的车辆侧翻。

　　3 连续箱式水窖容积计算

　　宁夏省道304线盐池至红井段公路位于宁夏吴忠市盐池县境内，路基宽度26m，选用沥青砼路面，路面横坡为1.5%。县境常年干旱少雨，风大沙多，属典型的大陆性季风气候，年降水量280mm左右。

　　公路连续箱式水窖在断面形式选择、尺寸确定时，应结合各种要求、影响因素及沿线条件进行综合考虑。通过计算设计蓄水容积反算适用路基长度，为水窖形式、尺寸的选取提供参考。下面为以设计容积V为30m3分析反算所适用路基长度的过程。

　　（1）供水保证率P：本项目路线全长20.1km，中分带及路侧绿化需水较大，供水保证率按雨水集蓄利用工程技术规范（GB/T50596 -2010）中表5.3.1-1的取值范围取大值90%。

　　（2）频率等于设计保证率的年降水量（mm）按下式计算：

　　PP=Kp·Po

　　式中PP——频率等于设计保证率的年降水量（mm）；

　　Po——多年平均降水量（mm）根据气象资料确定；

　　Kp——根据保证率及Cv值由相应地区的图表查得。

　　本项目P90=0.506×280=141.68mm（查得盐池地区Kp为 0.506，Po为280mm）

　　（3）单用途雨水集蓄利用工程的集流面面积按下式计算：

　　≥1000W/ PP

　　式中：W——设计保证率条件下，单用途雨水集蓄利用工程的年供水量（m3）

　　Si——第i种材料的集流面面积（m2）；

　　ki——第i种材料的年集流效率；

　　PP——频率等于设计保证率的年降水量（mm）；

　　n——集流面材料种类数

　　汇水面积由两部分组成：一部分为路面范围的汇水面积S1=10×l（单幅路面宽度10m），沥青路面年集流效率取k1=0.65，另外一部分为路基坡面的汇水面积S2=（3.9×1.5+1）×l（边坡高度为3.9m，边坡坡率1.5，边坡坡脚至边沟距离为1m），边坡坡面年集流效率取k2=0.08。（k1、k2年集流效率按雨水集蓄利用工程技术规范（GB/T 50596-2010）中5.3.1-2的规定取值）

　　S1·k1+S2·k2=7.05l

　　（4）蓄水工程容积按下式计算：

　　V=KW/（1-a）

　　式中：V——蓄水容积，m3

　　W——设计保证率条件下年供水量（m3），

　　a——蓄水工程蒸发、渗漏损失系数，按雨水集蓄利用工程技术规范（GB/T 50596-2010）可取0.05～0.1；

　　K——容积系数，按雨水集蓄利用工程技术规范（GB/T50596-2010）中表5.4.1的规定取值。

　　W=V·（1-a）/K=32×（1-0.05）/0.6=50m3（本项目设计容积V为32m3，a取0.05，K取0.6）

　　（5）根据公式S1·k1+S2·k2≥1000W/P90即7.05 l≥1000×50/141.68，得l≥50m。

　　可算得出干旱区降水量在300mm左右，路基宽度为26m的一级公路，应用连续箱式水窖每50m路基长度应设计的蓄水容积约为30m3，可根据所应用的路基长度，灵活布置适用容积的连续箱式水窖。

　　4 结构设计

　　本装置为由现浇钢筋混凝土制成的连续箱式水窖和两个沉砂池组成的长线型整体封闭式结构。其中连续箱式水窖是由多个箱室相互连接，形成一排多个箱室组成的一列连续式箱式水窖。在路基两侧的原设置路基排水沟的位置处铺垫一层窖底素土夯实层，在该窖底素土夯实层上铺设一层窖底碎石垫层，在该窖底碎石垫层上设置该列连续式箱式水窖和该沉砂池，位于该连续箱式水窖两端的箱室分别与沉砂池相连通，该两个沉砂池分别与路基排水沟相连通。其平面布置图、连续箱式水窖剖面图、沉砂池坡面图的设计型式如图1～图3所示。

　　5 应用情况及系统特点

　　宁夏省道304线盐池至红井段公路起点位于盐池县城，终点位于宁夏内蒙古省界，路线全长20.1公里，路基宽度26m，本装置布设于该路段EK0+190-EK0+270（路右）。

　　与常规水窖相比，本装置有如下优点：适用范围广，原则上降雨量小于600mm的地区公路都可以适用；把沥青路面用作集流场，收集天然降雨的效率高，水量大；与原公路排水设施衔接平顺，施工便利，清理维护容易；结构灵活，箱式水窖可以根据集雨量增加数量或者延长长度；结构坚固稳定，安全可靠，使用寿命于公路主体工程一致；集蓄的降雨可以用于公路路域生态修复工程用水，具有显著的经济效益和生态效益。

　　6 结语

　　在不新增占地前提下，连续箱式水窖可灵活应用在干旱区公路收集雨水用于绿化、植被恢复，可更大程度的利用宝贵的水资源，有利于降低养护成本，既带来短期的经济效益，又带来长期的生态效益。

　　参考文献：

　　[1]GB/T50596-2010.雨水集蓄利用工程技术规范。中国计划，2010.

　　[2]罗幸平，冯忠居。高等级公路生态排水设计[J].公路交通科技，30-31.

　　[3]谢兰芬。浅论雨水集蓄利用工程的规划设计与施工[J].四川水利，2010（4）：40-41.