技术领域
[0001] 本
发明属于公路环保技术领域的初期路面径流处理系统及方法，特别涉及一种集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法。
背景技术
[0002] 国内外相关研究表明，路面径流含有大量而复杂的污染成分，总体上而言，公路路面径流污染成分有重金属、矿物油类、氯化物、
化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)、BOD、多环芳
烃(PAHs)等，SS含量高而COD含量相对较低，石油类和重金属含量较高。
[0003] 相关研究结果表明，在降雨过程中，路面径流中重金属和悬浮固体含量随降雨过程的持续逐渐降低，一段时间后逐渐趋于平缓，初期路面径流中污染负荷较高，这就是路面径流的“浓度初期冲刷”规律。研究表明，SS和重金属表现出较强的初期冲刷效应，通过拦截路面径流初期20％～30％的径流量，能够去除路面径流中大部分的SS和重金属等主要污染物。
[0004] 为了缓解路面径流对周围
水体的影响，国内外提出了许多径流的过滤净化处理技术，如美国目前正着手实施基于暴雨管理的最佳管理措施(BMPS)，通过对地表水流的沉淀和蓄积管理实现对路域水体的最佳净化效果，强调对公路两侧设置的净化池、湿地、路边绿化等水资源净化设施的维护，确保它们正常发挥作用，这些设施占地较大，由于我国土地资源供需矛盾突出，不大适合在我国推广应用。
[0005] 目前，我国的路面径流几乎未经处理就直接排入了周围农田
灌溉系统或河道系统，这无疑会大大影响周围环境的水质状况，与此同时，也大大增加了危险品运输
泄漏对敏感水体造成的
风险。为此，国家环保总局要求在跨越敏感水体的公路
桥梁上建立路面径流收集系统，以防范危险品运输对水质的影响。这样的措施在一定程度上缓解了公路危险品运输泄漏造成的居民健康威胁。另一方面，由于公路路基段落的径流缺乏相关的技术，也没有强制收集处理，这一潜在威胁不容忽视，以2011年6月4日杭新景高速公路追尾事故造成的
苯酚泄漏污染新安江为例，此次事故就影响逾55万居民用水。
[0006] 公路建设部
门一直在探索开发具备径流汇集、
桥面径流污染控制、灌溉路域绿地的设施研究。如在对桥面径流污染控制方面，交通运输部科学研究院的李华提出了多功能桥面径流
串联处理装置，
专利号：201020134798.6，该结构采用管道收集汇聚桥面径流，采用调节池与人工湿地相串联，实现初期桥面径流的收集与处理，但目前尚未见到专门针对具有污染效应的初期路面径流的收集、处理与综合利用的报道。
[0007] 专利“带有蓄
水循环系统的生态种植槽连接一体绿化装置”专利号200920289329.9，提出的实用新型生态种植槽与本发明有显著不同，该专利采用存储罐存储多余的水，采用水
泵抽水进行水利用，这在公路行业大面积实施基本不可能。
[0008] 专利“半干旱区高速公路路堑边坡生态恢复的植被生态种植槽”，专利号201120078352.0，该生态种植槽主要用边坡表面固定坡面
土壤并保水作用，与本发明主要收集利用路面径流有显著的不同。
[0009] 专利“一种处治道路路表径流污染的方法”，专利号200810107544.2是在道路两侧边沟、
蒸发池、渗透池中放置颗粒状蛭石进行净化
去污，与本发明主要利用种植土壤层、沙子与锯末混合的过滤
吸附层进行径流净化有显著不同。
[0010] 专利“一种城市
地表径流生态处理方法”，专利号200510047133.5，是将城市雨水的15mm以下初期径流截流后的进入处理系统处理，与本发明根据暴雨强度与截流时间计算生态种植槽规格不同，处理方式也不一样。
[0011] 专利
申请号201010623420.7提出了一种雨水径流强化处理回用
停车位及人行道系统。其采用隔水层，卵石
支撑层，吸附
蓄水层，过滤蓄水层，
钢格栅板层，透水层的结构，与本发明有相似之处，但本发明中针对结构设计中，在表层采用了植被种植土壤层，此外还根据公路空间环境特点，提出了生态种植槽尺寸设计方法，以及在蓄水层与渗透净化层间设置不透水层，并采用通过虹吸管系统来实现多余水分蓄积于蓄水层中的方法，综合了多重处理与的优点，从而不同于该专利设计。
[0012] 国外大多采用植草边沟、
沉淀池、滞留池等措施实现对暴雨的污染控制和危险品运输防范。利用植草生态种植槽实现径流的拦截、过滤与蓄水利用的综合措施尚未见到有相关报道，这些亟待加以进一步改进。
[0013] 此外，国内还有人提出了其他一些路面径流的收集系统，这些收集系统无法实现初期路面径流与后期径流(清净雨水)的自动分类，即无法针对性地处理初期路面径流，这导致所有路面径流均被收集与处理，而由于路侧空间有限，这样的设计导致系统过于庞大，适用范围较窄也造成了处理径流的资源未能得到高效利用。
[0014] 有鉴于上述现有的初期桥面径流收集系统、排水结构与路侧绿化带存在的
缺陷，以期创设一种新型的集初期路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法可以实现初期路面径流的拦截、过滤与蓄水利用，使其更具有环保性与实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
[0015] 本发明的目的在于，克服现有的桥面径流收集系统、路侧排水沟、传统生态排水沟、专为处理路面径流设置的人工湿地及专门设置的浇灌管道等设计存在的缺陷，而提供一种新型结构的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，使其既有利于针对性地对初期路面径流进行收集处理，又能自动排导后期路面径流；既有利于收集、过滤、滞留、沉淀净化初期路面径流，又利于植物生长利用，要解决的技术问题是使其既能将含有大量污染物的初期径流拦截、净化，又能实现有效回用，从而达到生态效益最佳，更加适于实用。
[0016] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的，依据本发明提出有关集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，其是在路侧设置一条低于路面的生态种植槽收集处理初期路面径流，该生态种植槽是由两
侧壁与
底板围成的槽，该生态种植槽从上至下包括植被层、种植土壤层、渗透净化层、过滤层、支撑层、蓄水层、防渗层
叠加构成，所述的生态种植槽的两侧壁中靠近路面的一侧为内壁，相对于内壁一侧为外壁，该外壁高度低于内壁的高度，该外壁的侧面还设置有一条溢流槽，该溢流槽将生态种植槽后期径流水收集汇入生态种植槽的隔室。。其特点是：可同时实现初期路面径流的收集、净化、蓄积、排导、灌溉利用的综合功能，又能有效排导后期路面径流，防止后期路面径流经过净化层导致系统空间过大的问题。
[0017] 本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
[0018] 前述的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，其中所述的生态种植槽的种植土壤层厚度根据拟种植的植被类型确定为10-30cm的种植土或专用配制土，所述的渗透净化层为锯末与沙子按照1∶3-1∶5混合成的混合物，其厚度按植被类型确定，所述的过滤层为透水型
无纺布，所述的支撑层为土工格栅或钢格栅，在所述的蓄水层填充部分
块石
骨料或完全填充块石骨料或完全不填充块石骨料，根据初期路面径流收集对蓄水层蓄水量的要求，确定蓄水最小深度，并根据蓄水最小深度和填石孔隙率，确定蓄水层的厚度，所述的防渗层采用不透水土工布或塑料布铺于
混凝土上所构成。
[0019] 前述的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，其设置了水位观测装置，在生态种植槽内沿路线隔离出一个水位观测隔室，该生态种植槽仅有蓄水层水流与该隔室相连通，该隔室内设置有水位观测装置，该装置采用一个浮标带动与之相连接并延伸到地面的
指针上下移动，该指针与一固定于地面的竖向刻度盘相结合进行观测。
[0020] 前述的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，还在生态种植槽的隔室中蓄水层顶部高度处设置有外排管道及控制
阀门，该外排管道直接与清净下水的
排水管网相连通。
[0021] 前述的集路面径流收集、过滤净化、蓄水并为植物利用的系统，在蓄水层中安装有多个空心导气管，该多个导气管上端连通地表大气，下端连通蓄水层，从而实现大气与蓄水层气压的贯通。
[0022] 前述的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，还在生态种植槽与公路之间设置有一个暗井，暗井内安装有一个抽水装置，该抽水装置直接将蓄水层水分抽提到生态种植槽表面，在该生态种植槽的侧壁上预留灌溉管道
接口，从而可为植物灌溉时所利用。
[0023] 集路面径流收集、过滤净化、蓄水并为植物利用的方法是：
[0024] 步骤1：确定所述生态种植槽中的植被层类型，并选择确定种植土壤层的材料、渗透净化层及蓄水层的填充材料；
[0025] 步骤2：试验测定或查阅资料获取所设计材料的基本参数，主要包括：
[0026] (1)模拟野外
压实条件下，在实验室测试生态种植槽内填充的种植土壤层材料渗透系数P0和渗透净化层材料渗透系数P1；
[0027] (2)根据路面材料情况，确定拟收集路面的径流系数；
[0028] 一般路面单一
覆盖情况下其径流系数Φ的取值可参考下表：
[0029] 路面单一覆盖径流系数表
[0030]覆盖种类 径流系数
混凝土和
沥青路面 0.90
大块石铺砌路面、沥青路面处理的碎石路面 0.60
干砌砖石和碎石路面 0.40
非铺砌土地面 0.30
绿地和草地 0.15
[0031] 步骤3：查询地区暴雨强度公式，并根据所获得的暴雨强度公式计算当地设计暴雨强度q；
[0032] 步骤4：根据设计暴雨强度q值和拟收集径流的路面汇水宽度B，计算拟收集路面径流的单位长度生态种植槽设计雨水径流量；
[0033] 其计算公式为：
[0034] Q＝0.0001·Φ·q·B
[0035] 式中Q——单位长度生态种植槽设计雨水径流量(L/s·m)；
[0036] q——设计暴雨强度(L/s·ha)；
[0037] B——路面汇水宽度(m)，现场实测或通过设计文件获得；
[0038] Φ——径流系数，实验测定或直接参照取值，为无量纲。
[0039] 步骤5：根据步骤4中所获得的单位长度生态种植槽设计雨水径流量Q值，计算表层土壤需要达到的渗透能
力即设计渗透系数P0′；
[0040] P0′＝0.1·Q/w+10-5·q
[0041] 式中P0′——设计渗透系数(cm/s)；
[0042] w——生态种植槽设计宽度(m)，根据路侧场地空间制约条件确定。
[0043] 步骤6：根据步骤5中的计算结果获得的设计渗透系数P0′、步骤2中测定的种植土壤层材料渗透系数P0，初期路面径流的收集时间t，计算生态种植槽种植土壤层土表距离溢流面的距离d，即
[0044] d＝60·(P0′-P0)·t
[0045] 式中d——种植土壤层土表距离溢流面的距离(cm)；
[0046] t——初期路面径流的收集时间(min)；
[0047] 初期路面径流的收集时间t根据相关文献、当地气象资料、降雨特征、降雨量变化规律等，选择满足主要路面污染物含量的初期路面径流收集所需的时间，在缺乏相关参考资料情况下，取30min。
[0048] 如果种植土壤层土表距离溢流面的距离d＜0cm，则表示种植土壤层填充时，其表面距离溢流面的距离可以根据现场情况任意设计一个略低于溢流面的值即可；若种植土壤层土表距离溢流面的距离d＞10cm，则表明种植土低于溢流面的距离应大于10cm，鉴于道路行车安全考虑，此时需要对表层种植土进行重新配制，加入渗透性强的材料进行
土壤改良，如细沙、
泥炭等，再重新测定种植土壤层渗透系数P0，代入上式，使种植土壤层土表距离溢流面的距离d值降低，直至满足要求；
[0049] 比较最终确定的种植土壤层渗透系数P0与渗透净化层渗透系数P1，如果种植土壤层材料渗透系数P0＜渗透净化层材料渗透系数P1，则表示渗透净化层可及时透水，不需再做调整；如果种植土壤层材料渗透系数P0＞渗透净化层渗透材料系数P1，需要对渗透净化填料进行重新配制，加入渗透性强的材料进行填料渗透性能改良，使得配置后渗透净化层渗透系数大于种植土壤层渗透系数，即渗透净化层材料渗透系数P1＞种植土壤层材料渗透系数P0，从而保证雨水可以及时下渗导排，不会造成路面积水影响行车安全；
[0050] 步骤7：进行生态种植槽的种植土壤层与渗透净化层可蓄积的水量的计算，其中：
[0051] D1＝W1-W1′
[0052] 式中D1——种植土壤层可蓄积水量(mm)；
[0053] W1——种植土壤层饱和
含水量(mm)；
[0054] W1′——种植土壤层土壤中原含水量(mm)。
[0055] 种植土壤层饱和含水量W1可通过如下公式求得：
[0056]
[0057] 式中ρ1——种植土壤层干容重(g/cm3)；
[0058] b1——种植土壤层饱和含水率，用重量百分数表示(％)；
[0059] h1——种植土壤层的厚度。
[0060] 种植土壤层干容重ρ1，种植土壤层饱和含水率b1可通过采集土壤样品进行实验测定获得；种植土壤层的厚度h1根据植物生长对土壤厚度要求，在10-30cm范围内给出设计厚度。
[0061] 种植土壤层土壤中原含水量W1′可通过如下公式求得：
[0062]
[0063] 式中b′1——种植土壤层原含水率，用重量百分数表示(％)。
[0064] 由于土壤含水率会随其湿度状态发生较大变化，为了统一该值的测定，采用风干土壤样品的含水率，即一般自然状态下的含水率代表其土壤层原含水率。
[0065] 同理，采用类似方法可得渗透净化层可蓄积水量公式为：
[0066] D2＝W2-W2′
[0067]
[0068]
[0069] 式中D2——渗透净化层可蓄积水量(mm)；
[0070] W2——渗透净化层饱和含水量(mm)；
[0071] W2′——渗透净化层土壤中原含水量(mm)；
[0072] ρ2——渗透净化层干容重(g/cm3)；
[0073] b2——渗透净化层饱和含水率，用重量百分数表示(％)；
[0074] h2——渗透净化层的厚度。
[0075] 以上式中各参数的测试与获得方法与种植土壤层相同；渗透净化层的厚度h2根据植物根系生长范围，在20-40cm范围内给出设计厚度。
[0076] 步骤8：进行生态种植槽蓄水层厚度与蓄水能力计算及填充材料的确定，其所需要蓄积的蓄水层净蓄水量计算公式为：
[0077]
[0078] 式中D3——蓄水层净蓄水量(mm)。
[0079] 步骤9：确定蓄水层厚度h3，以完全不填充或块石满填的两种情形下，分别作为蓄水层的最小厚度hmin与最大厚度hmax，则蓄水层厚度h3取值范围在hmin～hmax之间；
[0080] 其中，hmin＝0.1·D3，
[0081]
[0082] 式中r——块石满填情形下的孔隙率；
[0083] hmin——蓄水层厚度h3的取值范围最小值，cm；
[0084] hmax——蓄水层厚度h3的取值范围最大值，cm；
[0085] 步骤10：根据当地降雨情况和现场环境条件，在对前期雨
水处理基础上，扩展后期雨水的溢出流量的设计空间需求，确定增容蓄水厚度h4的储水空间。
[0086] 步骤11：根据种植土壤层土表距离溢流面的距离d，种植土壤层厚度h1，渗透净化层厚度h2，蓄水层厚度h3，增容蓄水厚度h4，确定生态种植槽可收集包含降雨历时为t以及考虑适当增容时，所需要的生态种植槽空间的总厚度H的计算公式为：
[0087] H＝d+h1+h2+h3+h4
[0088] 本发明与
现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明提出的生态种植槽可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
[0089] 1、本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于具备溢流槽与隔室排水结构，故可实现具备较强污染效应的初期路面径流与较为清净的后期径流的分类处理，使初期路面径流汇集于生态种植槽内并通过逐层过滤吸附净化并蓄积于槽底部的蓄水层中，后期路面径流直接通过溢流槽汇于槽内的水位观测隔室中并直接排放，本发明的这种方法与不进行路面径流的分类处理，只是将全部的路面径流收集再通过种植槽层层过滤净化的方法相比较，本发明大大提高了处理的针对性与处理效率，同时较后者最大程度地减小了种植槽的容量空间，这在公路路侧空间一般较受限的情况下具有后者无法比拟的优点，具有更广泛的适用性。
[0090] 2.本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于依据区域暴雨强度公式、收集时间计算收集的初期路面径流量，初期路面径流经层层过滤吸附净化后蓄积于槽底部的蓄水层中，再通过水泵抽提作用到生态种植槽表面供植物所用，从而可以使初期路面径流经处理后完全不被排放，而若对全部径流收集后再通过生态种植槽层层过滤净化下，由于初期路面径流最先通过系统过滤净化蓄积于蓄水层中，后期路面径流经净化处理后对初期蓄积的径流水稀释，在系统蓄满情况下，最先排放的是初期路面径流，本发明不具有这一缺陷，可以实现初期路面径流的深度处理。
[0091] 3.由于上层种植土壤层与渗透净化层重量较大，对支撑层的强度要求相对较高，支撑层的制作与安装成本较高，而本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，根据初期径流蓄水最小深度要求进行蓄水层不同填充形式的设计，包括可在空间不受限的条件下进行块石骨料的完全填充，此时，填充了块石骨料的蓄水层不仅能起到蓄水作用，还能起到强大的支撑作用，降低支撑层的受力要求，故极大地降低了对支撑层的制作与安装成本要求；块石填充可以根据成本与地形条件采用部分填充的形式，能够最大程度地适应路侧空间限制与经济成本制约，从而提高了本发明的适用性。
[0092] 4.本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，可主要针对路面径流的收集处理进行设计，从而较传统生态边沟设计增加了对径流收集、净化处理、排导与灌溉利用功能，从而实现了对径流的多重处理功能：植被层、种植土壤层、渗透净化层、无纺布层、可分别对路面径流进行过滤净化，多余的水蓄积于蓄水层中并可随时供应与植物利用。
[0093] 5、本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于生态种植槽槽内填充材料的选择上充分考虑其对水流排导、过滤、吸附性质，从而较传统生态边沟增加了对径流在土层中滞留、蓄积功能，隔室与阀门的应用在关键时刻还能用作危险品截流应急，故较传统生态边沟、路侧排水边沟及生态种植槽增强了危险品泄漏应急功能，在危险品运输泄漏时，可紧急关闭外排阀门，最大程度地使生态种植槽增大对危险品的容纳能力，从而也降低了危险品运输泄漏对周围敏感水体污染造成的风险。
[0094] 6、本发明提出的有集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于蓄水层位于槽底，蓄水层上有渗透净化层、种植土壤层与植被层，较传统路侧排水边沟增加了绿化美化功能。
[0095] 7、本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于采用了槽壁的防渗处理设计，较传统生态植草边沟在增加土壤蓄水功能的同时，还降低了由于排水不畅对路基浸泡的影响。
[0096] 8、本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，由于针对路面径流中最具有污染效应的时段内的降雨量进行完全截流与净化作用填料计算方法，以此作为生态种植槽填充材料、内容空间的确定依据，从而满足了初期路面径流的收集、净化与利用，较传统生态排水沟设计方法更具有环保性与实用性。
[0097] 综上所述，本发明提出的集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统及方法，生态与环保效益好，技术适用范围较广，且较现有的生态边沟、路侧排水边沟生态种植槽具有增进的突出多项功效，从而更加适于实用。
[0098] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照
说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳
实施例，并配合
附图，详细说明如下。
附图说明
[0099] 图1是本发明集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统的横断面结构示意图；
[0100] 图2是本发明集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统平面示意图；
[0101] 图3本发明的生态种植槽剖面图；
[0102] 图4是本发明集路面径流收集处理利用系统生态种植槽纵断面示意图；
[0103] 图5是本发明的水位观测装置横断面示意图；
[0104] 图6是本发明的溢流槽纵剖面示意图。
[0105] 其中
[0106] 1：生态种植槽 2：防渗层
[0107] 3：蓄水层 4：支撑层
[0108] 5：渗透净化层 6：过滤层
[0109] 7：种植土壤层 8：植被层
[0110] 9：阀门 10：浮标
[0111] 11：溢流槽 12：排水管
[0112] 13：外排管道 14：导气管
[0113] 15：抽水装置 16：外壁
[0114] 17：路面 18：水位观测刻度盘
[0115] 19：暗井 20：隔室
[0117] 23：灌溉管道接口
具体实施方式
[0118] 如图1-图3所示，一种集路面径流收集、净化、蓄水并为植物利用的系统，是在路侧设置一条低于路面的生态种植槽1，其由两侧壁与底板围成的槽，该生态种植槽1内从上至下包括植被层8、种植土壤层7、渗透净化层5、过滤层6、支撑层4、蓄水层3、防渗层2叠加构成。其中所述的生态种植槽1的种植土壤层7厚度根据
选定生态种植槽表面栽种的植被为灌木，种植土壤层7采用棕壤土，确定为10-30cm的种植土或专用配制土，该渗透净化层5选择锯末和沙子按照1∶3混合的填料填充，该蓄水层3采用50％的填充率填充直-5径为20-40cm的块石。设计表层棕壤的渗透系数P0＝6×10 cm/s，蓄水层渗透系数P1＝-3
4×10 cm/s。该防渗层2采用不透水土工布或塑料布铺于混凝土。该生态种植槽的两侧壁中靠近路面的侧壁为内壁，相对于内壁一侧的侧壁为外壁16，该侧壁的高度低于内壁。该外壁16的侧面还设置有一条溢流槽11(见图1、图6)，该溢流槽11能将生态种植槽1溢流的水汇入生态种植槽1的隔室20。该生态种植槽的隔室20中的外壁16上还设置有外排管道
13及
控制阀门9，该外排管道13直接与排水管网相连通。
[0119] 如图2所示，在所述的生态种植槽1内沿路线隔离出一个水位观测的隔室20，该生态种植槽1仅有蓄水层3的水流与该隔室20相连通。
[0120] 如图5所示，该隔室20内设置有水位观测装置，该水位观测装置采用一个浮标10带动与浮标10相连接并延伸到地面的指针22上下移动，该指针22与一固定于地面的竖向水位观测刻度盘18相结合进行观测。该生态种植槽1中的蓄水层3中的水位与隔室20的下层空间相通，水可从蓄水层空间进入隔室20推动浮标10带动连杆21及地面观测指针22的上下移动，从而在水位观测刻度盘18上显示出生态种植槽蓄水层的水位变化。
[0121] 如图4所示，在该蓄水层3中安装有多个空心的导气管14，该多个导气管14的上端连通地表大气，该多导气管14的下端连通蓄水层3，从而实现大气与蓄水层气压的贯通。
[0122] 另，在所述的生态种植槽1与公路之间设置有一个暗井19，该暗井19内安装有一个抽水装置15，该抽水装置15直接将蓄水层3的水分抽提到生态种植槽1表面，该生态种植槽表面具有灌溉管道接口23，从而可为植物所利用。
[0123] 初期路面径流流入生态种植槽1后，经种植土壤层7，到渗透净化层5，经过滤层6过滤，从支撑层4进入蓄水层3蓄积起来。从路面17的径流流入生态种植槽1，经逐层净化后进入生态种植槽底部的蓄水层蓄积起来，并压缩蓄水层间空气经导气管14排入大气中，多余的水分从比生态种植槽内壁低的外壁16的上部进入溢流槽11，溢流槽11一端连通生态种植槽的隔室20。植物需要灌溉时，可通过布置于路侧的暗井19中的抽提装置15将蓄水层3的水抽提到生态种植槽1表面浇灌植物。需要排水时，可将阀门9打开，水流从隔室20中经
导管13排入纵向的排水沟12，在遇到紧急情况需要将危险品截流于种植槽内时，可将阀门9关闭，从而最大程度地滞留泄漏的危险品，从而有助于污染应急管理。
[0124] 生态种植槽1工作原理：
[0125] (1)由于生态种植槽沿公路方向修筑，当公路区域内降雨时，路面径流沿公路横向坡度汇入略低于路面的生态种植槽1，实现路面径流的收集，而根据相关研究文献及当地降雨情况，了解到污染物含量较高的初期路面径流在暴雨下的衰减特征，就可以据此计算将这部分径流全部收集所需要的生态种植槽内的需求空间，国内已经有相关文献报道，在降雨前30min内污染负荷最高，因此，在缺乏相关地区资料时，以30min作为初期路面径流的收集时间计算就可以实现初期路面径流的收集；
[0126] (2)种植土壤表层与路面预设高度为d的临时储水空间、种植土壤层7和渗透净化层5材料渗透系数的设计都可以保障初期雨水径流能够及时排入底层蓄水层3，而设置的溢流槽可以完成降雨后期基本无污染雨水直接进入隔室20，进入该隔室20内的后期路面径流可以直接从阀门9排出，其与生态种植槽蓄水层的混合过程可以忽略不计，从而满足对全过程后期降雨的排水要求；
[0127] (3)生态种植槽1可以对初期雨水进行净化处理，初期路面径流汇入生态种植槽1以后先经过表层植物的截流、过滤、吸附、沉淀等植被控制方法进行净化，然后通过种植土壤层7的过滤吸收，吸附净化层的吸附过滤以及这两层中生长的
微生物的降解作用进行净化，最后进入蓄水层3被其中填充的块石再次的吸附净化后，完成全部的净化过程，使得蓄水层3中储存的雨水可以直接做绿化浇灌使用；
[0128] (4)初期雨水经过多层净化到达蓄水层3后可以达到绿化用水的水质要求，相关研究结果表明后期雨水所含污染成分较低，也可以满足绿化用水的要求，这两部分水被蓄积在蓄水层中，待生态种植槽表层植物需要浇水时，可通过设置的抽水装置15抽提喷洒完成植物绿化浇灌。
[0129] 生态种植槽1蓄水设计方法原理：
[0130] ①确定生态种植槽内的材料种类是进行设计的前提与基础，其内从上至下包括植被层8、种植土壤层7、渗透净化层5、过滤层6、支撑层4、蓄水层3、防渗层2等几部分，通过这些不同层材料的吸附过滤后初期路面径流收集于蓄水层中，因此对这些不同材料层的蓄水与渗水性能计算是进行其设计的根本。不同植物的生长对土壤的厚度不同，因此也是其中材料厚度确定的一个前提；
[0131] ②生态种植槽汇水主要包括两部分，其一是直接承受的降雨，其二是来自路面的径流。单位长度的生态种植槽直接承受的降雨量可以通过地区暴雨强度公式、收集时间与生态种植槽的设计宽度而求得，设计宽度主要根据现场空间制约条件确定。假设生态种植槽在各段落均匀汇流(即路面坡降一致时)，其单位长度的汇集来的初期路面径流可通过暴雨强度公式、收集时间、集雨面积以及路面的径流系数求得。从径流的净化而言，由于径流的污染物主要来源于初期雨水，故生态种植槽的径流拦截与总处理量就可以这部分初期雨水量为基准进行计算，在有富余蓄水空间的条件下，再考虑增大蓄水量，以更好地满足植物的生长需求；
[0132] ③植被层由于受植被种类影响较大，也受植被生长状况的影响变化较大，其截流量难以进行规范准确的量化，此外植被层主要对降落于生态种植槽内的降雨起到截流作用，这部分水分拦截量相对较少，故在设计中可以予以忽略；此外，植被层还可通过根系吸收、通过蒸腾作用消耗水分，但在降雨天气下，尤其是大暴雨时，蒸腾作用相对较弱，也可以忽略。本发明中对植被层耗水的忽略会略微造成蓄水层可蓄积水分的减少，造成蓄水层有一定冗余空间，有利于扩大对初期雨水之外的降雨进行蓄存的水量；
[0133] ④种植土壤层是初期路面径流以及透过植被层的槽内直接降雨下渗经过的第一层，其饱和含水率可以通过对种植土壤层材料的实验室测试获得，但在降雨前一般其原来还含有一定的吸湿水分，该吸湿水我们可以以土样的风干土壤样品的含水率进行代替计算，以土壤的饱和含水量减去其原来的含水量就可得到其在渗流过程中增持的水量。另一方面，种植土壤层材料的性质还与其渗透速度有关系，只有渗透系数P0合理的情况下，在暴雨过程中的水流才不会积聚在土壤表面，但由于槽内土壤通常离溢流面会有一定距离d，可以适当滞留一部分水量，故为满足暴雨强度下土壤的渗透性能，就可以通过这些参数计算其至少应达到的渗透能力P0′，并可通过基材的配比调节其渗透能力使其达到要求；
[0134] ⑤对于渗透净化层可蓄积水量的计算也与种植土壤层相同；
[0135] ⑥过滤层6、支撑层4仅可在表面较微弱地吸附水分，对水流几乎没有蓄存功能，故可以在计算中忽略；
[0136] ⑦蓄水层是蓄水的主体部分，由于其材料性质与种植土壤层与渗透净化层不同，蓄水潜力也根据其填料特征变化较大，故本发明中根据填料特征采用了一种弹性范围的计算方法，以便更好地根据工程实践条件进行调整；
[0137] ⑧本发明中关于初期路面径流收集处理，以及关于总蓄水量的计算是基于初期有污染的雨水进行推理的，对于多出的水量，就设计了溢流槽直接当作清净雨水纳入到蓄水层中，可进一步根据实际情况增量蓄存，在植物需要时可以通过附带的抽提装置抽提到生态种植槽表面为植物利用。
[0138] 这种设计方法的优点是：在保证初期雨水的收集与净化处理要求的基础上，还考虑了水流下渗、排导、植物需水应用等对结构物设计的要求，从而达到了多方面的目的。
[0139] 利用集路面径流收集、过滤净化、蓄水并为植物利用的系统的方法如下：
[0140] 以某地区的滨河公路例验证上述设计与理论计算。该滨河路所在区域地形较复杂，海拔悬殊，地势西北高东南低，季风
气候明显、干湿季分明。雨季(湿季)由于降雨集中，冬干夏雨，冬半年(11月至次年4月)干季雨量仅占全年降雨量的5～15％，夏半年(5～10月)雨季降雨量占全年的85～95％。
[0141] 步骤1：确定所述生态种植槽1中的植被层类型，并选择确定种植土壤层材料、渗透净化层及蓄水层的填充材料；
[0142] 根据该地区的气候特征，确定所述生态种植槽中的植被层为灌木，种植土壤层7采用棕壤土，确定为10-30cm的种植土或专用配制土，该渗透净化层5选择锯末和沙子按照1∶3混合的填料填充，该蓄水层3采用50％的填充率填充直径为20-40cm的块石。该防渗层2采用不透水土工布或塑料布铺于混凝土并选择确定种植土壤层材料、渗透净化层及蓄水层填充材料；
[0143] 步骤2：试验测定或查阅资料获取所设计材料的基本参数，主要包括：
[0144] (1)模拟野外压实条件下，在实验室测试生态种植槽1内填充的种植土壤层材料渗透系数P0和渗透净化层材料的渗透系数P1；
[0145] 在实验室测试生态种植槽内填充的表层棕壤的渗透系数P0＝6×10-5cm/s，渗透-3净化层渗透系数P1＝4×10cm /s；
[0146] (2)根据路面材料情况，确定拟收集路面的径流系数；
[0147] 一般路面单一覆盖情况下其径流系数Φ的取值可参考下表：
[0148] 路面单一覆盖径流系数表
[0149]覆盖种类 径流系数
混凝土和沥青路面 0.90
大块石铺砌路面、沥青路面处理的碎石路面 0.60
干砌砖石和碎石路面 0.40
非铺砌土地面 0.30
绿地和草地 0.15
[0150] 根据上表该路段路面单一覆盖材料为沥青，Φ取0.9；
[0151] 步骤3：查阅该地区的暴雨强度公式为：
[0152] 相关研究表明，初期降雨污染的SS和COD、重金属有一定超标现象，达到一定的降雨历时以后，雨水基本可以达到国家一级排放标准，对周边水体环境影响较小。此处根据本地区的降雨特征，选取前三十分钟的暴雨进行收集净化(即t＝30min)，三十分钟以后雨水污染较小，通过溢
流管直接排放。该地区属降雨较集中地区，根据相关建议选取重现期P为5年，代入暴雨强度公式计算得到q＝159.44L/s·ha。
[0153] 步骤4：根据暴雨强度q和拟收集径流的路面汇水宽度B，计算拟收集路面径流的单位长度生态种植槽设计雨水径流量；
[0154] 其计算公式为：
[0155] Q＝0.0001·Φ·q·B
[0156] 式中Q——单位长度生态种植槽设计雨水径流量(L/s·m)；
[0157] B——路面汇水宽度(m)，现场实测或通过设计文件获得；
[0158] Φ——径流系数，实验测定或直接参照取值，为无量纲；
[0159] 该公路K1+420-K1+800路段临湖一侧没有设计初期路面径流收集净化以及植被种植带，因此，补充设计生态种植槽，可以具有收集净化初期路面径流、储存利用雨水和美化公路景观等多重作用。该路段路宽24米，单侧路宽12米，即路面汇水宽度B＝12m，根据步骤4的公式求得单位长度生态种植槽设计雨水径流量Q＝0.17L/s·m；
[0160] 步骤5：根据步骤4中所获得的单位长度生态种植槽设计雨水径流量Q值，根据路侧富裕空间，设定生态种植槽设计宽度w＝2m计算表层土壤需要达到的渗透能力即设计渗透系数P0′(cm/s)。
[0161] P0′＝0.1·Q/w+10-5·q
[0162] 根据上述公式，求得设计渗透系数P0′＝1.02×10-2cm/s，
[0163] 步骤6：根据步骤5中的计算结果获得的渗透系数P0′、步骤2中测定的种植土壤层材料渗透系数P0，初期路面径流收集时间t，计算生态种植槽种植土壤层土表距离溢流面的距离d，即
[0164] d＝60·(P0′-P0)·t
[0165] 式中d——种植土壤层土表距离溢流面的距离(cm)；
[0166] t——初期路面径流收集时间(min)；
[0167] 如果种植土壤层土表距离溢流面的距离d＜0cm，则表示种植土距离路面的距离可以根据现场情况任意设计一个略低于路面的值即可；若种植土壤层土表距离溢流面的距离d＞10cm，则表明种植土低于路面的距离应大于10cm，鉴于道路行车安全考虑，此时需要对表层种植土进行重新配制，加入渗透性强的材料进行土壤改良，如细沙、泥炭等，再重新测定种植土壤层材料渗透系数P0，代入上式，使种植土壤层土表距离溢流面的距离d值降低，直至满足要求。
[0168] 比较最终确定的种植土壤层渗透系数P0与渗透净化层渗透系数P1，如果种植土壤层渗透系数P0＜渗透净化层渗透系数P1，则表示渗透净化层可及时透水，不需再做调整；如果种植土壤层渗透系数P0＞渗透净化层渗透系数P1，需要对渗透净化填料进行重新配制，加入渗透性强的材料进行填料渗透性能改良，使得配置后渗透净化层的渗透系数大于种植土壤层渗透系数，即渗透净化层渗透系数P1＞种植土壤层渗透系数P0，从而保证雨水可以及时下渗导排，不会造成路面积水影响行车安全。
[0169] 根据上述公式进而求得种植土壤层土表距离溢流面的距离d＝18.2cm。按照步骤6，该高度过高，影响行车安全，因此需对表层种植土加入泥炭改良，改良后种植土壤层渗透-3
系数P0定为5×10 cm/s，此时种植土壤层土表距离溢流面的距离d＝9.4cm，为方便现场施工设定种植土壤层土表距离溢流面的距离d为10cm。
[0170] 由于P0＜P1，表明则表示渗透净化层可及时透水，不需再做调整。
[0171] 步骤7：进行生态种植槽1的种植土壤层7与渗透净化层5的可蓄积的水量的计算，其中：
[0172] D1＝W1-W1′
[0173] 式中D1——种植土壤层可蓄积水量(mm)；
[0174] W1——种植土壤层饱和含水量(mm)；
[0175] W1′——种植土壤层土壤中原含水量(mm)。
[0176] 种植土壤层饱和含水量W1可通过如下公式求得：
[0177]
[0178] 式中ρ1——种植土壤层干容重(g/cm3)；
[0179] b1——种植土壤层饱和含水率，用重量百分数表示(％)；
[0180] h1——种植土壤层的厚度；。
[0181] 种植土壤层干容重ρ1，种植土壤层饱和含水率b1可通过采集土壤样品进行实验测定获得；种植土壤层的厚度h1根据植物生长对土壤厚度要求，在10-30cm范围内给出设计厚度；
[0182] 种植土壤层土壤中原含水量W1′可通过如下公式求得：
[0183]
[0184] 式中b′1——种植土壤层原含水率，用重量百分数表示(％)。
[0185] 由于土壤含水率会随其湿度状态发生较大变化，为了统一该值的测定，采用风干土壤样品的含水率，即一般自然状态下的含水率代表其土壤层原含水率；
[0186] 同理，采用类似方法可得渗透净化层可蓄积水量公式为：
[0187] D2＝W2-W2
[0188]
[0189]
[0190] 式中D2——渗透净化层可蓄积水量(mm)；
[0191] W2——渗透净化层饱和含水量(mm)；
[0192] W2′——渗透净化层土壤中原含水量(mm)；
[0193] ρ2——渗透净化层干容重(g/cm3)；
[0194] b2——渗透净化层饱和含水率，用重量百分数表示(％)；
[0195] h2——渗透净化层的厚度；
[0196] 以上式中各参数的测试与获得方法与种植土壤层相同；渗透净化层的厚度h2根据植物根系生长范围，在20-40cm范围内给出设计厚度。
[0197] 按照步骤7进行蓄水层设计：设定种植土壤层的厚度h1＝20cm，渗透净化层的厚3
度h2＝30cm，通过实验测定
表土层和蓄水层的干容重分别为1.2和0.8g/cm，实验测定两层样品的水分含量，得到种植土壤层饱和含水率b1＝26％，种植土壤层原含水率b′1＝
12％，渗透净化层饱和含水率b2＝18％，渗透净化层饱和含水率b′2＝8％。代入种植土壤层可蓄积水量D1和渗透净化层可蓄积水量D2的公式，计算出种植土壤层可蓄积水量D1＝
51.60mm，渗透净化层可蓄积水量D2＝31.81mm；
[0198] 步骤8：进行生态种植槽蓄水层深度与蓄水能力计算及填充材料的确定，其所需要蓄积的蓄水层净蓄水量计算公式为：
[0199]
[0200] 式中D3——蓄水层净蓄水量(mm)。
[0201] 根据步骤8的公式计算得到蓄水层净蓄水量D3＝98.29mm。
[0202] 步骤9：：确定蓄水层厚度h3，以完全不填充或块石满填的两种情形下，分别作为蓄水层的最小厚度hmin与最大厚度hmax，则蓄水层厚度h3取值范围在hmin～hmax之间，其中，[0203] hmin＝0.1·D3，
[0204]
[0205] 式中r——块石满填情况下的孔隙率；
[0206] hmin——蓄水层厚度h3的取值范围最小值，cm；
[0207] hmax——蓄水层厚度h3的取值范围最大值，cm；
[0208] 此处，按照50％的填充率填充块石得到蓄水层基础深度h3＝20cm。
[0209] 步骤10：该地区干湿季分明，旱季时间较长，而现场又具备扩展蓄水层的空间条件，可容纳一部分后期雨水流入生态种植槽蓄水层3储存以尽大程度地满足旱季植物灌溉所需，可扩展增容蓄水厚度h4为20cm，按照50％的块石填充率，则可为蓄水层3增加10cm的增容蓄水厚度。
[0210] 步骤11：根据种植土壤层土表距离溢流面的距离d，种植土壤层厚度h1，渗透净化层厚度h2，蓄水层厚度h3，增容蓄水厚度h4，确定生态种植槽1可收集包含降雨历时t＝30min时所需要的生态种植槽1的总厚度H的公式为：
[0211] H＝d+h1+h2+h3+h4
[0212] 根据步骤11的公式，计算出生态种植槽可包含降雨历时为30分钟以及考虑适当增容时，所建设的生态种植槽总厚度H为100cm。
[0213] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
