海綿城市理念在姚江新城道路設計中的實踐

陶俊

（寧波市城建設計研究院有限公司,浙江 寧波 315012）

海綿城市理念在姚江新城道路設計中的實踐

陶俊

（寧波市城建設計研究院有限公司,浙江 寧波 315012）

針對寧波市姚江新城云飛路中海綿城市的營造,基于工程特點,開展技術選擇和比選,提出適應性強的透水路面方案和生物滯留方案,并對技術路線以及設計復核進行了闡述。借此對城市道路的海綿城市設計提供參考。

海綿城市；城市道路；透水路面；生物滯留

0 引言

海綿城市建設的總體要求為:通過海綿城市建設,綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施,最大限度地減少城市開發建設對生態環境的影響。

城市道路是城市排水系統的重要組成部分,因此有針對性地對城市道路進行海綿化設計,對于海綿城市建設來說至關重要[1]。

而城鎮化開發初期的新建區城市道路設計中實現海綿城市建設時需進行必要的前瞻性、示范性、適用性的實踐和總結。

1 工程概況

姚江新城是“十三五”期間寧波重點打造一中心二副中心之一（東部新城、姚江新城、高橋）,以“水脈智城、生態宜居”為核心理念進行營造。2015年實施系統開發。云飛路是新建區中最早實施的城市主干路。

2016年4 月,寧波市成為海綿城市建設試點城市。云飛路即被確定為試點區域建設項目。

云飛路全長4 km,寬44 m,原規劃標準斷面形式見圖1。紅線外無規劃綠化退讓、并要求采用瀝青混合料和塊材鋪裝路面。

圖1 原規劃標準橫斷面（單位:m）

實踐中結合地塊在建和待開發的特點、針對姚江新城氣象及工程地質條件、遵照《寧波市海綿城市規劃設計導則》相關規定,確定海綿城市營造措施。通過綜合運用透水鋪裝、復雜型生物滯留以及適度調整規劃斷面、探討初期雨水棄流和遠期實施排水路面等技術實現設計標準和目標。

2 設計標準

2.1 雨水年徑流總量控制率

依據《海綿城市建設技術指南》中我國大陸地區年徑流總量控制率分區圖,工程所在區位為III區,控制值為75%～85%[2]。

依據《寧波市海綿城市規劃設計導則》,新建道路控制值不小于75%[3]。

最終云飛路確定按80%控制年凈流總量控制率,即滿足24.6 mm雨水不外排的要求建設。姚江新城年徑流總量控制率對應設計的降雨量見表1。

表1 年徑流總量控制率對應設計的降雨量[3]

2.2 雨水年徑流污染削減率

《海綿城市建設技術指南》中提出低影響開發雨水系統的年 SS總量去除率一般可達到 40%～60%[2]。

依據寧波市海綿城市規劃設計導則,為達到II類、III類水系的水質目標,面源污染物削減率（一般以年SS總量去除率計）不低于60%[3]。

最終云飛路按60%控制年徑流污染削減率。

2.3 暴雨強度

寧波市暴雨強度公式為:

道路按暴雨重現期P=3 a設計。t為集水時間,地面集水時間采用10 min。

3 適用性技術選擇

3.1 道路可采用的技術及設施

滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術均可實現城市良性水文循環,提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力,維持或恢復城市的“海綿”功能。

道路上可采用的低影響開發措施見表2。

表2 低影響開發措施表

云飛路紅線外無設置相關設施空間,且紅線內需滿足必要的交通通行斷面。故本著應因地制宜、經濟有效、方便易行的原則,道路主要選擇“滲、凈”技術——路面滲透技術和初期雨水污染處理技術。

3.2 路面滲透技術

滲透技術在云飛路工程的應用主要為車行道透水瀝青路面和人行道透水鋪裝路面兩大類。

（1）車行道透水瀝青鋪裝

根據 《透水瀝青路面技術規程》（CJJT 190-2012）和圖集《城市道路—環保型道路路面》（15 MR205）,透水瀝青路面可分為三類:I型（表層排水型）、II型（半透型）、III型（全透型）。

II型適用于輕型荷載道路[4],不宜采用。

云飛路下臥土基滲透系數小（10-6cm/s）,無法滿足全透型不小于7×10-5cm/s的要求,姚江新城地下水位高,若采用全透型,會導致雨水積聚在道路透水結構和路基之間,使路基長期浸泡在雨水中,破壞路基強度,III型不可采用。

所以車行道瀝青路面采用透水瀝青路面I型。先期實施道路需作為地塊開發施工車輛通道,無法避免車輛帶來的泥漿、塵土污染,會堵塞、破壞透水瀝青的結構,故近期表層采用SMA面層,遠期改造成OGFC透水面層,下部構造統一,近遠期結合,見圖2。

圖2 機動車道結構示意圖（單位:cm）

（2）人行道透水鋪裝

本著便于維修養護,并具有一定景觀構建能力的原則,人行道采用有效孔隙率不小于15%的透水磚路面。結構體系采用半透水,避免全透水體系的結構失穩。人行道采用具有防堵塞及過濾功能的硅砂基透水路面磚,同時采用透水混凝土基層,增加過濾儲水功能,減小路面徑流總量,見圖3。

圖3 人行道排水結構示意圖（單位:cm）

3.3 初期雨水污染處理技術

車行道的雨水徑流含有較高濃度的污染物質。可以說,城市初期雨水中所含的污染物質,大部分來自車行道的雨水徑流。

云飛路初期雨水污染處理采用2套方案進行比選:滲透技術方案,即采用生物滯留設施；截污凈化技術方案,即采用初期雨水棄流設施。

3.3.1 生物滯留設施方案

生物滯留設施指在地勢較低的區域,通過植物、土壤和微生物系統蓄滲、凈化徑流雨水的設施。

云飛路采用在機非車道之間側分帶內設置復雜性生物滯留設施,見圖4。

圖4 復雜性生物滯留設施示意圖

生物滯留設施的蓄水層深度一般為200～300 mm,并應設置100 mm的超高。設計中對生物滯留設施的規模進行了計算和必要調整。

（1）設計調蓄容積采用容積法進行計算,公式如下:

式中:V為設計調蓄容積,m3；H為設計降雨量,取24.6 mm；φ為綜合雨量徑流系數,加權平均計算,其中綠化取0.15,車行道取0.9,透水磚人行道取0.3；F為匯水面積,hm2。

（2）考慮生物滯留帶的滲透,則計算公式為

式中:Vs為滲透設施的有效調蓄容積,m3；V為滲透設施進水量,m3；Ws為滲透量,m3。

（3）滲透量按式（4）計算:

式中:Ws為滲透量,m3；a為綜合安全系數,取0.50；K為土壤滲透系數（m/s）,取1×10-6m/s；J為水力坡度,一般取1；As為有效滲透面積（m2）,本工程為防護路基,僅允許垂直滲透；ts為滲透時間（s）,取2 h。

（4）生物滯留設施規模核算

云飛路車行道面積F1為134 941 m2,透水磚人行道面積F2為17 757 m2,人非混行道綠化帶凈面積F3為9 997 m2,中央綠化帶面積F4為14 023 m2。

V=10×24.6×（134 941×0.9+17 757×0.3+ 9 997×0.15+14 023×0.15）÷10 000=3 207 m3

設滯留帶有效水深為h,As等于人非混行道綠化帶凈面積F3。

Ws=0.5×1×10-6×1×As×2×3 600=0.003 6 F3

故h=（V-Ws）÷F3=V÷F3-0.003 6=0.317 2 m

由于《海綿城市建設技術指南》中要求生物滯留設施的蓄水層深度應根據植物的耐淹性能和土壤滲透性能確定,一般為200～300 mm[2],且下凹深度過深對行人及車輛存在一定安全隱患,故必須對滯留帶進行拓寬。

將機非車道之間側分帶寬度由原來的2 m調整為3 m,縮小中央綠化帶,見圖5。在總寬和車道寬度不變的情況下即滿足蓄水深度的要求,也為施工提供便利空間。

圖5 調整后規劃標準橫斷面（單位:m）

調整后云飛路車行道面積F1為132 539 m2,透水磚人行道面積F2為17 743 m2,人非混行道綠化帶凈面積F3為16 167 m2,中央綠化帶面積F4為10 270 m2。經計算蓄水深度h=0.21 m。

3.3.2 初期雨水棄流設施方案

根據《室外排水設計規范》（GB50014-2006, 2014版）,分流制排水系統調蓄量可取4～8 mm[5],本次設計按照8 mm選取。

根據寧波市年徑流總量控制率與設計降雨量之間的對應關系,當調蓄量為8 mm時,對應的年徑流總量控制率約為40%。近30 a平均降雨量約1 455.5 mm,調蓄池年控制降雨量約582.2 mm,這部分初期雨水被調蓄池收集并排入污水管網。

通過對各出水口對應的服務面積分區（見圖6）,計算得到調蓄池所需的容積及尺寸見表3。

圖6 排水分區圖

表3 調蓄池規格表

調蓄池平面布置和工作流程見圖7、圖8。

圖7 調蓄池平面布置圖

圖8 調蓄池工作流程圖

3.3.3 技術比選及方案確定（1）方案比選見表4。

表4 初期雨水污染處理技術比選表

4 海綿城市設計指標復核

4.1 設計技術路線及大樣

（1）設計技術路線見圖9。

圖9 設計技術路線

（2）滯留帶大樣見圖10。

4.2 指標復核

（1）綜合徑流系數計算見表5。

圖10 滯留帶節點大樣（單位:cm）

表5 綜合徑流系數計算表 m2

（2）海綿水量指標復核見表6。

表6 海綿水量指標復核表（控制指標24.6 mm）

（3）海綿水質指標復核

最終排河雨水均通過復雜性生物滯留設施,根據《寧波市海綿城市規劃設計導則（試行）》內污染物去除率一項,取復雜型生物滯留設施污染物去除率（以SS計,%）為80%。核算數據見表7。

表7 海綿水質指標復核表

實際控制雨量計算公式為:

式中:Vs為滲透設施的有效調蓄容積,m3；F為匯水分區面積,m2；Ψ為綜合徑流系數。

實際控制率根據《寧波市海綿城市規劃設計導則（試行）》中多年平均徑流總量控制率與設計降雨量對應關系曲線對應取值,見圖11。

（4）通過核算,各匯水分區滯留水量指標均大于徑流總量,污染物去除率均大于控制指標60%的要求,滿足海綿城市控制標準和設計指標。

圖11 多年平均徑流總量控制率與設計降雨量對應關系曲線圖[3]

5 結語

結合海綿城市在寧波市姚江新城云飛路道路設計中的技術實踐,探討了對透水鋪裝、生物滯留設施、調蓄池等技術選擇、利用和調整。立足于因地制宜、經濟有效、方便易行原則,制定適用的技術路線和進行有效的技術復核對城市道路海綿城市建設具有指導性意義。

[1]柯水平,張樹寧,白子建.基于“海綿城市”理念的城市道路設計探討[J].城市道橋與防洪,2016(10):1-4,6.

[2]住房和城鄉建設部.海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)[Z].2014.

[3]寧波市住房和城鄉建設委員會.寧波市海綿城市規劃設計導則(試行)[Z].2016.

[4]住房和城鄉建設部.國家建筑標準設計圖集——城市道路—環保型道路路面[M].北京:中國計劃出版社,2015.

[5]GB 50014-2006,室外排水設計規范[S].

U412.37

B

1009-7716（2017）07-0087-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.026

2017-03-31

陶俊（1977-）,男,安徽蕪湖人,高級工程師,從事道路設計工作。