基于低影響開發(fā)的市政道路雨水系統(tǒng)的研究

王玉娜，商博源

（濟南市市政工程設(shè)計研究院（集團）有限責(zé)任公司，山東 濟南 250101）

0 引言

為貫徹落實習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路及中央城鎮(zhèn)化工作會議精神，大力推進海綿城市建設(shè)工作。在山東省、濟南市兩級政府及相關(guān)部門的大力支持下，通過濟南市各個建設(shè)部門的共同努力，濟南市以總分第二的成績成功入圍首批“國家海綿城市建設(shè)試點城市”。

濟南地處低山丘陵與沖積平原的交接帶上，屬于北方坡地與平原復(fù)合型城市，試點海綿城市建設(shè)有著得天獨厚的自然條件和良好基礎(chǔ)。探索總結(jié)濟南市坡地與平原復(fù)合型城市現(xiàn)代雨水控制利用系統(tǒng)構(gòu)建，選擇具有典型代表意義的示范區(qū)，有助于濟南市將海綿城市理念融入城市建設(shè)中，逐步解決城市泉水枯竭、洪澇多發(fā)、水源不足及水質(zhì)污染等主要突出問題。

該次研究以華山片區(qū)建設(shè)為契機，在華山湖形成之前，根據(jù)“海綿城市”建設(shè)要求，對湖區(qū)周邊市政道路按照低影響開發(fā)要求，提出適應(yīng)雨水收集及排放的科學(xué)、綠色建設(shè)方案。

1 低影響開發(fā)的概述

2014年10月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部貫徹習(xí)近平總書記講話及中央城鎮(zhèn)化工作會議精神，正式發(fā)布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》（下文簡稱《指南》）。《指南》中指出，低影響開發(fā)指在城市開發(fā)建設(shè)過程中采用源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄等多種手段，通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。根據(jù)“海綿城市”低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的要求，形成具有地方特色的低影響開發(fā)建設(shè)模式下的道路系統(tǒng)，是對下階段片區(qū)道路建設(shè)任務(wù)的特殊要求。既要滿足道路本身的交通功能，也要具有雨水收集、同雨水系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的合理結(jié)構(gòu)[1]。

構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)，規(guī)劃控制目標(biāo)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。各地應(yīng)結(jié)合水環(huán)境現(xiàn)狀、水文地質(zhì)條件等特點，合理選擇其中一項或多項目標(biāo)作為規(guī)劃控制目標(biāo)。鑒于徑流污染控制目標(biāo)、雨水資源化利用目標(biāo)大多可通過徑流總量控制實現(xiàn)，該次環(huán)湖路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建采用年徑流總量控制率作為規(guī)劃控制目標(biāo)[2]。

2 低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)方案設(shè)計

該次研究的范圍為環(huán)湖路，環(huán)湖路位于濟南市濱河新區(qū)的華山片區(qū)。濟南市濱河新區(qū)位于濟南市北部（見圖1），北側(cè)緊臨黃河，是濟南未來城市發(fā)展的主要方向。華山片區(qū)位于整個濱河新區(qū)的東部，北至濟青高速公路，東南至小清河，西南至二環(huán)東路。

圖1 華山片區(qū)位置示意圖

2.1 道路雨水系統(tǒng)

片區(qū)內(nèi)雨水出口主要為周邊河道和主要道路的雨水系統(tǒng)。而環(huán)湖路的雨水系統(tǒng)則隨坡就勢，最終分別排入片區(qū)內(nèi)三個河道。

2.2 低影響開發(fā)研究雨水系統(tǒng)

（1）華山片區(qū)的建筑用地占總用地的60%以上，所以首先要從源頭上實施低影響開發(fā)設(shè)施，先采取有效措施控制好建筑與小區(qū)。建筑與小區(qū)低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)建設(shè)有效的進水及轉(zhuǎn)輸設(shè)施；建筑與小區(qū)低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)設(shè)置溢流排放系統(tǒng)，并與城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)有效銜接。

（2）道路的低影響開發(fā)設(shè)施系統(tǒng)主要采用的措施有采用透水的人行道鋪裝層和開級配的碎石基層形成人行道的透水結(jié)構(gòu)，使雨水從結(jié)構(gòu)層下滲，最終滲入土基，在源頭上減少雨水徑流；紅線范圍內(nèi)的綠地含綠化分隔帶、樹穴等，建設(shè)下凹式綠化分隔帶、樹穴，井底匯流速度，延緩峰現(xiàn)時間。道路紅線外側(cè)在地勢低洼地帶建設(shè)雨水調(diào)蓄池、雨水罐，或利用華山湖天然水系調(diào)蓄。

（3）片區(qū)內(nèi)建筑與小區(qū)的徑流排放量通過建筑與小區(qū)的低影響開發(fā)設(shè)施后，剩余徑流部分匯入道路，而雨水經(jīng)過道路時其本身收集的經(jīng)過道路的低影響開發(fā)設(shè)施系統(tǒng)后，與建筑小區(qū)剩余的雨水一同流入道路雨水系統(tǒng)。環(huán)湖路雨水系統(tǒng)隨坡就勢，最終排入周邊河道。

然而所有雨水排放口在入河道之前采用初期雨水處理井分離泥沙、漂浮物及油污等。經(jīng)過初期雨水處理井初步處理后的雨水，經(jīng)過分層次、有梯度的生態(tài)凈化濕地，水質(zhì)得到進一步提升后，最后進入周邊河道。

片區(qū)水網(wǎng)匯集雨水于小清河，再經(jīng)小清河流向大海。小清河與園內(nèi)水系相連，片區(qū)水系提供了蓄洪、泄洪功能。園區(qū)邊界設(shè)有水閘，用于管理調(diào)配園內(nèi)外水系。

3 低影響開發(fā)設(shè)施

城市道路徑流雨水應(yīng)通過有組織的匯流與轉(zhuǎn)輸，經(jīng)截污等預(yù)處理后引入道路紅線內(nèi)、外綠地內(nèi)，并通過設(shè)置在綠地內(nèi)的以雨水滲透、儲存、調(diào)節(jié)等為主要功能的低影響開發(fā)設(shè)施進行處理。低影響開發(fā)設(shè)施的選擇應(yīng)因地制宜、經(jīng)濟有效、方便易行。

3.1 下沉式綠化帶

機非分隔綠化帶改造為下沉式綠化帶，綠化帶路緣石每隔一定間距設(shè)置一組開口路緣石，便于雨水自快車道進入綠化帶；路緣石開口處下沉式綠化帶種植土頂面標(biāo)高低于機動車道25 cm，有效蓄水深度25～50 cm。雨水在透水非機動車道及人行道滲、滯后，多余雨水再通過漫流進入下沉式綠化帶，如圖2所示。

圖2 下沉式綠化帶示意圖（單位：cm）

3.2 透水鋪裝

透水路面[3]是一種生態(tài)型環(huán)保路面，在保證良好路用性能的同時，又具有透氣透水、吸聲降噪、提高汽車行駛的安全性和舒適性等優(yōu)點，使得透水路面的生態(tài)性能日益受到重視，有著廣闊的應(yīng)用前景。

Comments on Oil Recovery Treatments……………CHEN Hualan, ZHOU Yan’gao(1·28)

如圖3所示，人行道采用透水結(jié)構(gòu)。人行道為透水混凝土花磚+干硬性水泥砂漿，人行道基層為具有足夠強度、透水性和水穩(wěn)定性的大孔隙水泥穩(wěn)定碎石+級配碎石。其中大孔隙水泥穩(wěn)定碎石有效孔隙率應(yīng)不小于25%。

3.3 生態(tài)濕地

華山歷史文化濕地公園規(guī)劃為以濕地景觀為特色，構(gòu)建城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施，即建設(shè)以濕地為基質(zhì)的服務(wù)于城市的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，具備城市排洪、雨水凈化處理、生物棲息等多樣化的綜合功能。結(jié)合華山歷史文化濕地公園景觀規(guī)劃，建造一個以水過程為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來保存和改善雨洪管理，使水成為重建健康生態(tài)系統(tǒng)的活化劑。湖區(qū)串聯(lián)溪流、坑塘、濕地和低洼地，形成一系列蓄水池和不同承載力的凈化濕地，構(gòu)建完整的雨水管理和生態(tài)凈化系統(tǒng)[4]。

圖3 人行道示意圖（單位：cm）

4 雨水入湖水質(zhì)控制排放

華山片區(qū)現(xiàn)狀水系均為雨污混流，水質(zhì)污染嚴(yán)重；現(xiàn)狀水系縱橫交錯、相互連通，嚴(yán)重影響入湖雨水的水質(zhì)。該次主要通過現(xiàn)狀河道截污和采用初期雨水處理井的措施以提升排水的水質(zhì)[5]。其中初期雨水處理井主要作用是分離泥沙、漂浮物及油污等；經(jīng)過初期雨水處理井初步處理后的雨水，經(jīng)過分層次、有梯度的生態(tài)凈化濕地，水質(zhì)得到進一步提升后，最后進入河道。

5 雨水年徑流總量控制指標(biāo)分解

5.1 雨水年徑流總量控制指標(biāo)概述

根據(jù)《指南》中我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖，濟南市位于分區(qū)中的Ⅳ區(qū)，如圖4所示，控制率在70%～85%。通過對濟南市氣象站提供的近30年20-20時逐日降水量資料（不包括降雪），統(tǒng)計分析得出濟南市年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量之間的關(guān)系，如圖5所示。同時可分別計算出濟南市不同設(shè)計降雨量對應(yīng)的年徑流總量控制率及不同年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計降雨量，分別見表1和表2。綜合以上統(tǒng)計結(jié)果，達到指南中要求控制率在70%～85%對應(yīng)的設(shè)計降雨量為 23.1～42.1 mm[1]。

圖4 我國大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖

圖5 濟南市年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量之間的關(guān)系

表1 濟南市不同設(shè)計降雨量對應(yīng)的年徑流總量控制率

表2 濟南市不同年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計降雨量

通過對試點區(qū)域降雨資料的分析并結(jié)合華山片區(qū)環(huán)湖路內(nèi)部及周邊地形地貌、土壤性質(zhì)、開發(fā)強度、水資源分布狀況等特點，道路實現(xiàn)年徑流總量控制率不低于70%，對應(yīng)的設(shè)計降雨量不小于23.2 mm，作為低影響開發(fā)設(shè)施的控制目標(biāo)。

5.2 控制指標(biāo)分解

低影響開發(fā)設(shè)施以徑流總量和徑流污染為控制目標(biāo)進行設(shè)計時，設(shè)施具有的調(diào)蓄容積一般應(yīng)滿足“單位面積控制容積”的指標(biāo)要求。設(shè)計調(diào)蓄容積一般采用容積法進行計算：

式中：V為設(shè)計調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計降雨量，mm，取23.2 mm；ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

5.2.1 計算道路綜合雨量徑流系數(shù)ψ

環(huán)湖路道路綜合雨量徑流系數(shù)見表3。

表3 環(huán)湖路道路綜合雨量徑流系數(shù)分析表

5.2.2 計算調(diào)蓄容積

（1）控制容積：V=10HψF道路總面積=10×23.2×0.55×438 263/10 000=5 592.2（m3）。

（2）單位面積控制容積：V=10Hψ=10×23.2×0.55=127.6（m3）。

（3）設(shè)計調(diào)蓄容積：V=12 273.75 m3。

綜上所述，環(huán)湖路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建采用年徑流總量控制率作為規(guī)劃控制目標(biāo)。結(jié)合地形地貌、土壤性質(zhì)、開發(fā)強度、水資源分布狀況等特點，道路實現(xiàn)年徑流總量控制率不低于70%，對應(yīng)的設(shè)計降雨量不小于23.2 mm，作為低影響開發(fā)設(shè)施的控制目標(biāo)。按照容積法核算控制調(diào)蓄容積若大于設(shè)計調(diào)蓄容積，則此方案達到控制目標(biāo)。

6 結(jié)語

在市政道路中推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，優(yōu)先利用自然排水系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)排水設(shè)施，充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使道路所在片區(qū)開發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開發(fā)前，有效緩解區(qū)域內(nèi)澇、削減區(qū)域徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市提供重要保障。