海綿城市建設中城市道路雨水系統設計探討

黃維讓

（廣東省建筑設計研究院，廣東　廣州 510010）

海綿城市建設中城市道路雨水系統設計探討

黃維讓

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州 510010）

目前各城市建設部門，設計、施工單位在積極探索海綿城市建設相關技術措施的制定和落實，但對海綿城市的概念還存在模糊的認識和誤區(qū)。城市道路是海綿城市建設的重要組成部分，在海綿城市專項規(guī)劃及詳細規(guī)劃出臺前，城市道路建設缺乏低影響開發(fā)具體的控制指標。就城市道路雨水系統設計中有關海綿城市概念提出探索性觀點，供同行參考。

海綿城市；道路雨水；低影響開發(fā)；控制目標

1　海綿城市的基本概念

關于海綿城市的概念，顧名思義，海綿城市就是城市像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和應對自然災害方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將存起來的水“釋放”并加以利用［1］。低影響開發(fā)（LID）是海綿城市建設的重要組成部分。低影響開發(fā)是一種強調通過源頭分散的小型控制設施，是維持和保護場地自然水文功能，有效緩解不透水面積增加造成的洪峰流量增加、徑流系數增大、面源污染負荷加重的城市雨水管理理念。低影響開發(fā)主要通過生物滯留設施，屋頂綠化、植被淺溝、雨水利用等措施來維持開發(fā)前原有水文條件，控制徑流污染，減少污染排放，實現開發(fā)區(qū)域可持續(xù)水生態(tài)。

2　城市道路雨水系統的組成

城市道路雨水系統是城市排水系統的一部分。城市排水系統又分為分流制排水系統和合流制排水系統。分流制：將雨水和污水從分開設置的管道系統排出；合流制：將污水和雨水用同一管道輸送。我國在新城區(qū)建設的排水系統中，一般采用分流制，老城區(qū)一般采用合流制。

在海綿城市理念下，城市雨水系統由以下子系統組成：（1）低影響開發(fā)雨水系統；（2）城市雨水管渠系統；（3）超標雨水徑流排放系統。低影響開發(fā)雨水系統通過對雨水的滲透、儲存、調節(jié)、轉輸與截污凈化，有效控制徑流總量、徑流峰值和徑流污染。城市雨水管渠系統即傳統排水系統，應與低影響開發(fā)雨水系統共同組織徑流雨水的收集、轉輸與排放。超標雨水徑流排放系統用來應對超過雨水管渠系統設計標準的雨水徑流，一般通過選擇自然水體、多功能調蓄水體、行泄通道、調蓄池、深層隧道等自然途徑或人工設施構建。以上三個系統并不是孤立的，也沒有嚴格的界限，三者相互補充、相互依存，是海綿城市建設的重要基礎元素。

城市道路是城市雨水系統最主要的路由，也是雨水徑流及污染物產生的主要場合之一。城市道路雨水系統一般都涵蓋了城市雨水系統的三個子系統，即低影響開發(fā)雨水系統、城市雨水管渠系統和超標雨水徑流排放系統。

3　城市道路雨水系統在海綿城市建設中的作用

城市道路是城市空間的重要部分，是城市建設的重要內容。隨著城市化建設的進程，城市道路硬化面積不斷增大，約為城市用地面積的15%～20%，道路范圍內的集雨量也隨著增加。城市道路中的

護費用低，但自重大、工期長、鹽害與性能退化問題不可回避；鋼橋則存在疲勞、壓屈、腐蝕、振動、噪聲等問題；組合結構橋梁可以充分利用鋼與混凝土兩種材料的優(yōu)點，彌補各自缺點，從鋼橋與混凝土橋中找到共同結合點，使結構設計、施工、維修更趨合理并具有全壽命經濟性。可以預期，組合結構橋梁將成為未來中國橋梁建設重要組成部分。雨水管道除了收集本路段范圍的雨水徑流外，還肩負著排除所在排水分區(qū)內上游雨水的轉輸重任，所以，城市道路雨水系統在海綿城市建設中起著舉足輕重的作用。城市道路景觀綠化面積的增加，為低影響開發(fā)措施的設置提供了有利的條件。

城市道路工程一般包括機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶等，有的新建城市道路還包括了兩側的景觀廊道或生態(tài)廊道。城市道路在滿足道路交通安全等基本功能的基礎上，充分利用道路本身及周邊綠地空間設置低影響開發(fā)設施。結合道路的橫斷面設計，利用道路的非機動車道、人行道、綠化帶建設下沉式綠地、生物滯留設施、雨水濕地、透水鋪裝、滲管（渠）、蓄水池、雨水罐、濕塘等低影響開發(fā)設施，通過滲透、調蓄、凈化方式，實現低影響開發(fā)控制指標。

4　城市道路雨水系統低影響開發(fā)控制目標的制定

海綿城市建設是一項系統工程，它涉及建筑與小區(qū)、道路、綠地與廣場、水系等子系統。低影響開發(fā)雨水系統規(guī)劃控制目標一般包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等。在以上目標中，年徑流總量控制率是最重要也是最直觀的。圖1是海綿城市低影響開發(fā)雨水系統及傳統“快排”模式的年徑流總量控制率概念示意圖。住建部2016年頒布的《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統構建（試行）》（以下簡稱《技術指南》）給出了部分城市的年徑流總量控制目標。其中廣東省的年徑流總量控制率為60%～ 85%。目前，廣東省住房城鄉(xiāng)建設廳正在制定《關于推進海綿城市建設的實施意見》及《海綿城市專項規(guī)劃暫行規(guī)定》。各主要城市的專項規(guī)劃將會提出海綿城市分區(qū)指引，以廣州市為例，規(guī)劃將對雨水年徑流總量目標進行分解，落實各個排水分區(qū)的具體控制目標。

要實現城市的年徑流總量控制目標，要靠各專項規(guī)劃和詳細規(guī)劃來細化各地塊的控制指標。客觀地說，目前，城市各分區(qū)詳細規(guī)劃基本還沒開始，各地塊的具體指標短期內很難確定。作為城市道路的海綿城市建設，更是無法拿到規(guī)劃部門制定的控制指標。

沒有一個具體、合理的規(guī)劃控制指標，是目前城市道路雨水系統設計的一大難題。筆者認為：在沒有一個具體規(guī)劃控制指標時，可因地制宜地制定具體路段的控制指標。一般情況下，建議按照以下兩個原則確定：（1）平均徑流系數不高于地塊開發(fā)前徑流系數；（2）年徑流總量控制目標應嚴于所在城市的總體控制目標。以此為實現城市總體目標提供有力保障。在特別困難路段，比如：建成區(qū)的道路改擴建工程，在局部路段用于設置低影響開發(fā)設施的空間有限，在得到主管部門同意后可制定低于總體目標的指標。

圖1　年徑流總量控制率概念示意圖［1］

5　低影響開發(fā)控制目標的落實與措施

在城市道路雨水系統低影響開發(fā)控制目標制定后，根據實際情況設計相關的低影響開發(fā)設施。低影響開發(fā)設施的制定應遵循優(yōu)先推行綠色雨水基礎設施，其次是科學地整合傳統的灰色雨水基礎設施。綠色雨水基礎設施主要有：透水鋪砌路面、下沉式綠地、生物滯留帶、濕塘、雨水濕地、植草溝、人工土壤滲濾、調節(jié)塘等；灰色雨水基礎設施主要有：調節(jié)池、雨水管渠、調節(jié)渠箱、深層隧道等。通過這些綠色的及灰色的雨水基礎設施，共同構建彈性的雨水基礎設施，實現雨水徑流的“滲、滯、蓄、凈、用、排”，應對極端暴雨和氣候變化，恢復城市良性水文循環(huán)，保護或修復城市的生態(tài)系統。

城市道路雨水系統低影響開發(fā)措施，《技術指南》有詳細的論述及案例，相關刊物也有很多論述，這里不再重復。

6　低影響開發(fā)控制的一些誤區(qū)與建議

6.1總體目標與子項工程目標的關系

目前，有些主管部門或建設單位認為每個建設項目都必須達到海綿城市建設年徑流總量控制目標，這是一種片面或錯誤的認識。海綿城市建設是個系統工程，年徑流總量控制目標是指一個城市或某個排水分區(qū)的總體控制目標。規(guī)劃及主管部門應該實事求是制定詳細規(guī)劃，在保障片區(qū)或排水分區(qū)滿足總量控制目標的前提下，根據計算，因地制宜地制定各地塊的控制指標。具體路段的城市道路雨水系統是某一排水分區(qū)或排水單元的一個子項工程，其指標不等同于總體目標。在目前沒有詳細規(guī)劃控制指標的情況下，有條件的新區(qū)道路工程，其控制目標應高于總體目標；建設條件較差的建成區(qū)的道路工程，其低影響開發(fā)指標可以適當放寬，以此來確保總體達標。一刀切的指標分解，只會造成工程建設的投資浪費，并影響工程效果。

6.2徑流控制與超標準雨水排放的關系

海綿城市需要依靠低影響開發(fā)雨水系統、常規(guī)雨水徑流蓄排系統以及超常規(guī)雨水徑流蓄排系統共同構建。城市道路雨水系統肩負著道路范圍內的雨水收集、排放的功能，同時也肩負著所在排水分區(qū)的轉輸雨水的排放功能，包括常規(guī)雨水及超標準雨水的排放。低影響開發(fā)措施的主要作用側重于面源污染控制及常規(guī)雨水的徑流控制，為洪峰調節(jié)提供了有力保障，但這些措施不能完全解決超標準雨水排放問題。《技術指南》給出了部分城市的年徑流總量控制率對應的設計降雨量。主要城市指標見表1。

表1　主要城市年徑流總量控制率對應的設計降雨量

從表1可以看出，以雨量最大的廣州市為例，年徑流總量控制率為85%時，其對應的設計降雨量僅為43.4 m m（日值）。也就是說，年徑流總量控制率為85%的低影響開發(fā)措施，是以控制降雨量為43.4 m m/d以內的降雨為標準的。此標準遠遠低于廣州市5 a一遇的暴雨標準（降雨強度為69 m m/h）。

廣州市2010年“5.7”特大暴雨中，從5月6日 19:15至7日3:45止，廣州市228個雨量站中有221個觀測降雨量超過50 m m，其中128個雨量站觀測降雨量超過100 m m。全市平均降雨107.7 m m，市區(qū)平均降雨128.45 m m，中心城區(qū)和北部地區(qū)均超過特大暴雨標準。五山雨量站1 h最大雨量和3 h連續(xù)降雨量分別為99.1 m m和199.5 m m。

由此可見，低影響開發(fā)措施對常規(guī)雨水的徑流控制是有效的，但對超常規(guī)暴雨而言，除非有大型的河流、湖泊等調節(jié)水體，否則，這個“海綿體”的吸水量是很有限的，到了暴雨后期，“海綿體”無法再吸收雨量。小流域、短流程的城市建設區(qū)內的超常規(guī)雨水的排放不能依賴一般的低影響開發(fā)措施。

6.3城市道路雨水管渠設計

《室外排水設計規(guī)范》（GB 50014—2006）（2014版）對超標準雨水（重現期在20～100 a）的排放提出了要求。在雨水系統設計時，必須有機地整合傳統的雨水管渠、泵站、調蓄水池等灰色基礎設施來共同應對錯綜復雜的城市雨洪問題。超標準雨水排放的計算方法與常規(guī)雨水排放不同，在道路中一條車道積水不超過15 cm及居民住宅和商業(yè)建筑底層不進水的前提下，采用壓力流的方式盡快排除雨水，有條件時甚至可以利用路面或深層隧道作為超標準雨水的排放通道。

6.4低影響開發(fā)措施與道路安全問題

低影響開發(fā)措施的采用為實現海綿城市的目標提供了保障，但低影響開發(fā)措施的設置不應該影響道路基礎的安全。如設置在機動車道上的透水路面，路面的透水性使得路面能夠吸收、滲透雨水，對減少路面徑流有很大幫助。但滲入的雨水對路基具有破壞作用，因此，應采取必要的防滲措施并在透水鋪裝的透水基層內設置排水管或排水板，以有效地排除路面雨水，防止雨水下滲對路基的強度及穩(wěn)定性造成破壞。由此可見，在機動車道設置透水路面的必要性及可行性須從多專業(yè)角度進行論證方可實施。

［1］住房和城鄉(xiāng)建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統構建（試行）［Z］.北京：住房和城鄉(xiāng)建設部，2014.

U41；TU992

B

1009-7716（2016）09-0015-03

2016-07-06

黃維讓（1962-），男，廣東揭西人，教授級高級工程師，從事市政給排水設計工作。