低影响开发%28LID%29植草沟技术研究进展.pdf

No.2202317上海么路SHANGHAI HIGHWAYS（道路工程）低影响开发(LID)植草沟技术研究进展丁炜（江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏南京2 118 0 6）摘要：植草沟技术作为低影响开发措施之一，具有改善水质、输送和渗透雨水径流的作用。现从植草沟类型、净化作用和径流削减作用等三个方面，论述了国内外的主要研究进展，探讨了目前该技术研究存在的不足，并就该技术的发展方向进行了展望，以期为国内植草沟的进一步研究提供参考。关键词：植草沟；净化作用；径流削减0引言近年来，随着城市迅速扩张，大量的林地、农田、草地被水泥、沥青等不透水材料所代替。这种现象致使地表防渗面积不断增加，继而表现为降雨径流的体积、强度和峰值流量增加,这也是城市内涝和水质恶化的形成原因。同时，地表径流中含有悬浮颗粒、金属、营养物质、农药以及病原体（如细菌、病毒、真菌、原生动物、藻类等），这些污染物随径流流人受纳水体，还会造成水污染。植草沟作为一种有效的低影响开发技术,能降低径流速度，减少径流峰值流量，并能有效处理雨水径流，改善径流的水质，在一定程度下，缓解城市化过程中带来的负面影响。为解决这些与城市水有关的不利问题,发达国家已在植草沟技术上研究了数十年,并获得了明显的效果 2 。国内的植草沟研究还处于起步阶段,不同类型的植草沟去除径流中污染物的效果也不相同。为响应当今海绵城市的建设与发展，本文对典型的植草沟研究现状进行了综述，探讨了目前技术存在的不足，以期为今后植草沟在国内的推广应用提供参考。1植草沟国内外研究现状植草沟按类型可分为传输型植草沟、干植草沟和湿植草沟三种。传输型植草沟因其构造简单，被广泛应用于国内海绵城市改造工程。干植草沟主要有传输、过滤、吸附和滞留作用，可用于坡度小于1%的地区，例如居民区。湿植草沟结构上与传输型植草沟基本一致，多应用于公路旁。1.11传输型植草沟传输型植草沟是指覆盖植物的景观性沟渠，具体结构见图1。作为低影响开发设施的预处理设施，是集成高适应性LID-BMPS控制的关键技术之一。传输型植草沟通过与城市雨水排放系统衔接，在实现传输功能的同时，满足收集径流的要求 3。其纵向坡度取值范围为1%5%4,此时，植草沟传输水的能力超过径流量。传输型植草沟边坡坡度取值不能大于1/3，避免过快的流速侵蚀边坡 5。因其构造简单，传输型植草沟被应用于国内海绵城市改造工程。其不仅能收集、输送和排放径流雨水，还能有效去除径流中的总固体悬浮物（TSS)、化学需氧量（COD)和重金属等污染物。传输型植草沟有着经济实用、后期几乎无养护成本的优点，但缺点也很明显，无论是在净化还是削减作用上，都比另外一些低影响开发技术差一些1.1.1传输型植草沟的净化作用传输型植草沟的主要净化机制是依靠植物叶片的过滤作用以及植草沟对悬浮颗粒物的沉淀作用 。传植被种植土层图1传输型植草沟收稿日期：2 0 2 2-12-0 72023No.218上语么路（道路工程）SHANGHAI HIGHWAYS输型植草沟中的植物有助于降低流速，使附着在植物根部的金属沉淀 6 ,而水中的微生物可增加植物根系对金属的吸收 7 。Davis等 对佛罗里达传输型植草沟的一项研究表明,其可以有效去除氨氮（NH+-N）,硝酸盐-氮(NO;-N)则因不易被土壤吸附而悬浮在水中,去除率较低。此外,Jia8等的研究也证明了传输型植草沟能很好地去除化学需氧量(COD)。H o r n e r R 等 9 则对植草沟的去污效果进行了研究。结果表明，传输型植草沟对氨氮（NH4+-N）、硝酸盐-氮（NO;-N）、总磷（TP)、总固体悬浮物（TSS)和化学需氧量(COD)的去除率分别为60%78%、39%8 9%、2 9%8 0%8 3%9 2%、46%9 7%。黄俊杰 10 对传输型植草沟进行了道路径流污染效果的现场实验研究。结果表明，传输型植草沟对TSS、COD、T N的去除率中值分别为6 7.1%、46.7%、38.9%，对TP的平均去除率为14.7%。由于传输型植草沟主要依靠植被截留、土壤渗透、吸附等作用 9)，而其结构设计导致径流停留时间太短，故相应的NH4+-N、NO-N去除中值只有2 4.5%和14.3%。付恒阳 11)等对LID的雨水污染物去除效果进行了研究。结果表明，虽然传输型植草沟对各项污染物的去除效果均低于生物滞留池，但总体的去除效果较好。其中,除了NO3-N的去除率低于30%其它诸如NH3-N、T P、T SS、C O D 和重金属的去除率均高于7 0%。传输型植草沟的土壤颗粒和细菌通常带负电荷。与带正电荷的重金属不同，土壤颗粒不能很好地吸附细菌。因此，传输型植草沟对细菌的去除效果不明显 6 1.1.2传输型植草沟对径流的削减作用到目前为止，已有多项研究表明，传输型植草沟在城市地区能延缓降雨径流并减小径流量 12 。Fassman和Liao13在新西兰检验了传输型植草沟的水文性能。结果表明，传输型植草沟的径流量减少了约6 3%。Rushton14也采用了类似的方式。结果表明，传输型植草沟分别能减少30%和45.7%的降雨径流。Deletic15在布里斯班（澳大利亚）通过现场试验，评价了传输型植草沟的性能。分析结果表明，传输型植草沟减少了33%87%的降雨径流量。同样，Ackerman和Steinl16报告的结果表明，植草沟系统使平均降雨径流量减少了近52.5%。汪艳宁等 17 通过模拟植草沟的实验发现，植草沟能减小7 0%9 6%的降雨径流，相当于自身面积2.16倍的硬质路面产生的径流量。在小雨的情况下，传输型植草沟对径流的削减是非常有效的,因为所有雨水都渗透到了传输型植草沟的土壤中，在这些降雨事件中是零径流流出的。传输型植草沟不仅能渗透和传输径流，还能将水分蒸发到大气中 18 。但在大雨或暴雨的条件下，此时，传输型植草沟传输水的能力小于径流量，在更多的径流流人地下沟渠之前，土壤的含水量已完全饱和。李海燕 19 对不同程度的降雨进行了记录。结果表明，当降雨强度大于当地重现期为1年的暴雨强度时，传输型植草沟能削减2 6.6 9%的径流量。当降雨强度为1.3mm/min时，传输型植草沟削减径流的效果不显著。由上述列举的国内外关于传输型植草沟削减作用的研究可以看出，单纯依靠传输型植草沟，无法从根本上解决城市内涝问题。随着降雨强度的增加，传输型植草沟不能满足城市水问题的处理需求。1.2干植草沟干植草沟的上部结构与传输型植草沟相同，下部结构通过改良土壤层、增加砾石层、形成过滤层，并纵向布置最大纵向坡度为2.5%的排水管道 2 0 ,从而提高了过滤及渗透的作用，具体结构见图2。干植草沟广泛用于坡度小于1%的地方，例如居民区，可种植的植被有百慕大草、高羊茅、早熟禾、天堂草和黑麦草。地区不同，具体选取的植物也不同，应尽量选取本地植物。干植草沟主要起到传输、过滤、吸附和滞留的作植被改良土壤排水管砾石层图2 干植草沟No.2202319上海么路SHANGHAICIHWAYS道路工程用，但前期建设成本较高，后期也需要定期养护。1.2.1干植草沟的净化作用干植草沟的主要净化机制是依靠改良土壤和砾石层的过滤及吸附作用 2 1。沈子欣 2 2 通过调整植草沟结构参数，研究了降雨对不同结构的植草沟净化效应的影响，结果表明：2 0 cm种植土+30 cm砌块砖+10 cm砾石结构的干植草沟净化效果最好，其对TSS、C O D、NH4+-N和TP的去除率分别为8 9.3%、48.0%、7 2.3%、85.3%。张新颖 2 4 通过研究，发现2 0 cm种植土+40 cm砾石的干植草沟对COD、NH 4+-N和TP的去除效果最好，但对NO-N的去除效果不显著。国外对干植草沟技术的应用研究较早，主要是研究重金属和TSS的去除效果。Rushton14通过研究发现，铅(Pb)是径流中含量最高的重金属,其去除率也最大，平均浓度(EMC)降低18%9 4%。Barrett等 2 4 研究了干植草沟对重金属的去除效果。结果表明，干植草沟对金属如Cd、Z n、C u 和Pb有很大的去除作用，去除率依次为ZnCuPbCd。D e l e t i c 等 15 对干植草沟TSS浓度的衰减指数进行了分析，发现TSS去除率随水力停留时间的增加而增加。通过减小纵向坡度、增加干植草沟长度，可以延长水力停留时间。Fletcher等 2 5研究发现，干植草沟去除TSS是一个物理过程,沉降起到主要作用。彭世瑾 2 6 等对海绵城市建设技术进行了研究。结果表明，干植草沟可有效去除径流中的颗粒物，且对径流中的TSS和COD的去除率中值分别为6 7.1%和46.7%。由于改良土壤层过滤、吸附了大量的污染物，其中,粒径大的污染物会堵塞土层的空隙,影响干植草沟的下渗速度。1.2.2干植草沟对径流的消减作用干植草沟入渗率应遵循的最低标准为2.7 mm/h27,通过保留大量降雨径流，降低现有排水系统的压力 2 8-2 9 。彭世瑾 2 6 在新增碎石疏水层和虹吸排水管道的普通植草沟基础上进行了实验。结果表明，该植草沟的雨水下渗流量为3.6 L/s，实现了在暴雨强度下，不使道路产生径流。通过强化植草沟的排水和渗透能力，可以将地表水更快地渗入地下 2 8 ,从而极大地削减了暴雨期间径流的峰值流量。沈子欣 2 对5种不同结构参数的干植草沟进行了大雨和暴雨实验。结果表明，5种干植草沟均能延缓径流超过2 0 min，同时削减降雨径流2 0%以上。Bar-rett12研究了一片植被覆盖的低含水量的可渗透土壤。结论是这个干植草沟有能力渗透50%的降雨径流，从而促进城市地区雨水的可持续管理。Marla等 30 对高速公路的干植草沟进行了研究。结果表明，不同降雨条件下，径流均可削减59%以上。Rujner等观察了降雨持续时间和径流通过干植草沟的流出量。其研究表明，干植草沟具有管理该地点附近雨水的能力。因此，干植草沟技术可作为减缓径流的方法(31-2 O1.3湿植草沟一个区域的土壤含水量也是影响降雨径流的重要因素 32 。湿植草沟结构上与传输型植草沟基本一致，但湿植草沟底部为不透水土壤层，使沟内长期保持潮湿状态。湿植草沟通常用于土壤渗透性差、纵向坡度小于1%的地区，通过抽滤和蒸散的方式来减小径流量 33,具体结构见图3。1.3.1湿植草沟的净化作用Harper34和Koon35分别对佛罗里达和华盛顿的湿植草沟进行了研究，发现湿植草沟能有效地去除总悬浮固体（TSS)，去除率在6 7%8 1%。湿植草沟已多次被证明可降低小流域的氮磷浓度 36 。Line等 37 在北卡罗莱纳对两个湿植草沟进行了水质检测，其中一个湿植草沟中的氮（N)浓度减少了47%54%，磷（P)浓度减少了59%7 6%；另一个湿植草沟中的氮（N)浓度减少了57%7 1%，磷（P)浓度减少了7 0%9 5%。Zhao等 38 在太湖径流污染研究中,对四场典型降雨进行了监测。结果表明，湿植草沟对TSS、C O D、T N和TP的平均去除率分别为8 3.5%4.5%、6 5.3%6.8%、植被不透水土层图3湿植草沟20No.22023上海么路（道路工程）SHANGHAI HIGHWAY91.6%3.8%和8 1.3%5.8%。这些研究表明，湿植草沟具有净化污染物的能力。1.3.2湿植草沟对径流的削减作用唐宁远等 33 在8 个月的时间里，监测了2 7 次暴雨事件，并记录了湿植草沟对公路径流的影响情况。结果表明，在整个监测期间,湿植草沟通过抽滤和蒸散的方式，削减了50.4%的径流量。因此，在土壤渗透性差的地区，湿植草沟能有效管理道路径流。2技术总结与比较当前，植草沟技术各有其优缺点。传输型植草沟对雨水的净化主要依靠植物叶片过滤以及土壤和植物根系的吸附作用。传输型植草沟在小雨的情况下是非常有效的，但在大雨或暴雨的条件下，此时，传输型植草沟传输水的能力小于径流量，在更多的径流流人地下沟渠之前，土壤的含水量已完全饱和，无法起到削减径流的作用。干植沟前期改造成本大，后期也需要定期割草养护，推广使用困难。湿植草沟与传输型植草沟类似，但湿植草沟内长期保持潮湿状态，导致附近蚊虫多，不宜用于居民区。总体上来说，干植草沟的净化作用高于传输型植草沟和湿植草沟，见下表1，三种植草沟的技术比较见下表2。表1植草沟对径流污染物去除效率类型指标传输型植草沟干植草沟湿植草沟参考文献TSS66.7%92%67.1%89.3%67%88%9、10、2 2、2 6、34、35TP14.7%80%45.4%85.3%59%87.1%9、10、2 2、37、38 TV38.90%41.50%57%95.4%10,37,38COD46.7%97%46.7%48%58.5%72.1%9.10、11、2 6,37、38 表2 低影响开发技术总结与比较类型削减径流适用范围缺点参考文献坡度1%5%，在径流量小及人口密净化方式单一，以植物叶片过滤、土壤及根传输型植草沟较好1、4.5度低的工业区、居住区系吸附为主坡度小于1%，土壤渗透性能差的地前期成本相对较大，后期养护成本高，土壤干植草沟好20 区，如居民区层堵塞影响径流渗人速度坡度小于1%，土壤渗透性能差的地湿植草沟附近蚊虫多，只适用于公路旁，不湿植草沟一般33区，如公路旁适用于居民区3结语(1)传输型植草沟因其构造简单，经济实用,故多应用于国内海绵城市改造工程，但其缺点也很明显。传输型植草沟无论是净化或削减作用，都比另外的低影响开发技术差一些。通过调整结构、长度、断面形式、纵向坡度和草种，进一步提高对径流的削减和净化作用，传输型植草沟就能得到更加广泛应用。(2)干植草沟具有传输、过滤、吸附和滞留作用，能有效改善水质并削减径流，但前期建设成本较高，后期也需要定期养护。由于改良土壤层过滤并吸附了大量的污染物，其中，粒径大的污染物会堵塞土壤层空隙，影响干植草沟的下渗速度。如何解决堵塞问题，是将来需要研究的重点(3)湿植草沟通常用于土壤渗透性差、纵向坡度小于1%的地区。由于长期保持潮湿状态，湿植草沟附近蚊虫多，故通常用于公路旁。若能解决这个问题，湿植草沟会有更好的发展前景。参考文献：1 Allen P.Davis,James H.Stagge,Eliea Jamil,et al.Hydraulicperformance of grass swales for managing highway runoff J.Water research:A journal of the international water association,2012,46(20):6775-6786.2 Reeho Kim.Low Impact Development and Green Infrastructurein South Korea:Trends and Future Directions J.Ecology&Resilient Infrastructure,2016(3):80-91.3刘燕,尹澄清,车伍.植草沟在城市面源污染控制系统的应用2023No.221上涵么路SHANGHAICTWAY道路工程J.环境工程学报,2 0 0 8(0 3):334-339.4 Thomas N.Debo,Andrew J.Reese.Municipal Stormwater Man-agement M.Washington,D.C.:USA CRC Press,1995:37-384.5 Yu S L,Kuo J T,Fassman 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technologies for sustainable management ofWater in the City,2016.202322上海么路No.2上接第7 页）道路工程SHANGHAI HIGHWAYS32 Allen P.Davis,James H.Stagge,Eliea Jamil,et al.Hydraulicperformance of grass swales for managing highway runoffJ.Water Research,2012,46(20):6775-6786.33 Ning-yuan Tang,Tian Li,Jun Ge.Assessing ability of a wetswale to manage road runoff:A case study in Hefei,ChinaJ.Journal of Central South University,2016,23(6):10.34 Harper H.Effects of stormwater management systems ongroundwater quality R.Florida:Environmental Researchand Design Incorporation,1990.35 Koon J.Evaluation of water quality ponds and swales in the Is-saquah/East Lake Sammamish Basins R.Washington D C:King County Surface Water Management and Washington De-partment of Ecology,1995.图10正射影像图对照施工设计图4结语依托江苏411省道改扩建工程，开展绿色公路创建实践，立足全周期、全过程进行统筹规划，并依托数字赋能和工艺创新，全方位贯彻绿色理念。项目的节能减排成效显著、创建成果逐步完善、技术应用多元发展，实现了公路建设与生态环境保护的均衡发展。结合创建工作实际，形成如下建议：(1)绿色公路是一项系统工程,应在规划阶段谋划、设计阶段深化、施工和管养阶段具化；应充分利用36 Winston R J,Hunt W F,Wright J D,et al.Evaluation of road-side filter strips,dry swales,wet swales,and porous frictioncourse for stormwater treatment.C/Low Impact Develop-ment International Conference,2010:1258-1269.37 Line D E,Jennings G D,Shaffer M B,et al.Evaluating the Ef-fectiveness of Two Stormwater Wetlands in North CarolinaCJ/l Annual International Meeting of the American Societyof Agricultural and Biological Engineers.2008,51(2):521-528.38 Zhao Jinhui,Zhao Yaqian,Zhao Xiaoli,et al.Agriculturalrunoff pollution control by a grassed swales coupled with wet-land detention ponds system:a case study in Taihu Basin,China.J.Environmental science and pollution research in-ternational,2016,23(9):9093-9104.社会资源，发挥市场功能，提高资源处置效率。(2)数字化是设计、施工、养护精细化提升的前置条件，需不断提高项目的数字化程度和水平。(3创新是绿色公路可持续发展的动力，应坚持课题研究和工艺创新，并不断总结经验、推广成果。参考文献：1】江苏省市场监督管理局.绿色公路评价规范:DB32/T4306-2022S.北京：中国标准出版社,2 0 2 2.2唐红.绿色公路理念及在G320公路中的应用 J.上海公路，2018(02):7-10+14+4.3】姜在田.海南省万宁至洋浦高速公路绿色公路设计 J.现代交通技术,2 0 19,16(0 6):2 6-30.4】张征宇,卢勇,温肖博.G524绿色公路示范项目实践 J.上海公路,2 0 2 0(0 1):1-3+14.5江苏省市场监督管理局.普通国省干线绿色公路建设技术规程：DB32/T3949-2020S.北京：中国标准出版社,2 0 2 0.6成晟.桥梁施工数据结构设计研究 J.江苏交通科技,2 0 2 0(5):19-22.of the retaining structure begins to be in a stable state.The maximum stress of roadbed decreases slowly with the increase of inclinationangle and finally tends to be stable,based on the protection effect and economy,the thickness of buffer layer of waste tire is suggestedto be 1 m.Key words:debris flow;failure mechanism;finite element analysis;retaining structure;waste tire utilizationResearch Progress on Low Impact Development(LID)Planting Ditch TechnologyAbstract:As one of the low-impact development measures,the plant grass ditch technology has the function of improving water quali-ty,transporting and penetrating rainwater runoff.This paper discusses the d research progress from three aspects:the type of plantingditch,the purification effect and the reduction of runoff,and discusses the shortcomings of the current research.The development di-rection of the technology is prospected,in order to provides a reference to further research on ditch grass planting in China.Key words:grass swale;purification;runoff reductionResearch on a Deep Learning-based Method for Identifying Complex Road DistressAbstract:In automatic road disease detection,there exist a large number of disease types with similar characteristics distributed atdifferent scale magnitudes.If they are placed in the same deep learning network for processing,a large number of additional samplesare bound to be added for learning,resulting in huge consumption of recognition equipment resources and reducing the robustness andanti-interference performance of the whole network.In this paper,we propose a featured engineering method based on the YOLO v3target recognition network,which separates simple diseases from complex ones,with the latter being further identified on the basis ofthe former mask,thus reducing the sample requirement for network learning and improving the recognition performance of the network.Key words:asphalt roads;automatic pavement inspection;YOLO v3;disease characterization;crack detectionAnalysis of Cross-highway Based Hanging Basket and Cantilever Casting Construction Technology.YU Shizhong(28)Abstract:Hanging basket and cantilever casting construction technology is a classic technique for the construction of continuous boxgirders with large spans.However,under new special construction conditions such as cross-highway,the classic technology has beenexposed to new challenges in terms of hanging basket design and construction quality and safety,etc.This paper will provide anin-depth ana