海綿城市（LID）理念在公路建設中的應用

劉艷艷

摘 要：傳統公路排水模式，將雨水快速的排入附近水系，雨水迅速匯集不僅增加了排入水系的容積負擔，引發洪澇災害；而且道路上的污染物經過雨水沖刷帶入水環境，還會引起水環境的污染。海綿城市-低影響開發理念在公路建設中的應用，不僅能夠控制徑流總量，消減洪峰流量，還能控制徑流污染，對公路建設指導具有重要的意義。

關鍵詞：海綿城市；公路建設；排水形式

中圖分類號：TU997 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）30-0175-02

Abstract： In the traditional highway drainage model， rain water was rapidly drained into the nearby water system， and rapid collection of rain water's not only increased the volume burden of the drainage water system and caused floods； but also brought pollutants from the roads into the water environment through the scouring of rain water. It will also cause pollution of the water environment. The application of the concept of spongy city-low impact development in highway construction can not only control the total amount of runoff and reduce the discharge of flood peak， but also control the pollution of runoff， which is of great significance to the guidance of highway construction.

Keywords： sponge city； highway construction； drainage form

1 研究背景

傳統公路建設過程中，道路建設界限內雨水采用“快排模式”，即將道路建設界限內的雨水，通過道路邊溝和過水構造物快速地就近排入附近水系。

道路雨水徑流是引起水體的非點源污染的重要原因之一，公路通車后，由于車輛在運營過程中可能會滴漏的油類物質、輪胎與路面摩擦產生的橡膠和路面脫落物、圍棋中的顆粒物質、運輸貨物中微粒物質和融雪劑等，均可能在路面和橋面上形成不同程度的積聚[1][2]，在雨季特別是暴雨時期，降雨在不透水地面上迅速轉化為徑流沖刷并挾帶大量污染物進入地表水體，形成典型的非點源污染[3]。公路徑流污染物成分復雜，主要污染指標有懸浮物、化學耗氧量（COD）、總氮、總磷、重金屬、多換芳烴、無機鹽和油等，且隨著道路建設和交通流量的快速增長，路面污染物總量不可避免地呈現大幅增長趨勢[4]，進一步加重對水環境的污染，并影響到水生生態系統。且我國公路建設基本上穿越農林漁牧區，雨水徑流污染還會引起農產品污染。污染物經過長期的積累，最終會危害到人體健康。

常用雨水流量計算方法為推理公式法[5]，該公式的理論基礎是建立在等強度雨型和徑流成因概念上。由于公路建設，改變了原有的地面徑流系數，地表徑流增加約80%～85%。在等強度雨型不變的前提下，徑流系數的增大，導致暴雨流量大量增加。雨水流量的大幅度增加，導致雨水快速的向低洼處匯集，地勢低洼地區水位迅速上升，如果沒有有效的分散口或者排除方式，會引起局部淹水。近幾年經常出現有立體交叉下穿道路自然災害，由于下穿道路地勢比較低，周邊路面雨水快速的匯集過來，路面被迅速淹沒，從而導致交通中斷，嚴重的會引起人身傷害。

在人們的環境意識和交通便捷性需求越來越強的形勢下，一種解決傳統公路排水弊端的方法迫在眉睫。

2 傳統公路排水形式

公路地表排水主要設施有邊溝和排水溝。公路邊溝設置在低路基坡腳外側或路肩外側，一般用于匯集并排除路面、邊坡以及路肩積水，并有排除部分構造物中積水的功能。排水溝一般設置在填方路基段，用于將截水溝、邊溝以及路基在周圍農田處匯集的積水引流到其他區域，減少積水對公路和農田的影響。排水（邊）溝常見形式有矩形如圖1、圖2，梯形如圖3、圖4兩種形式，常用材料有混凝土現澆、預制塊拼裝、碎石鋪底、植草鋪砌等，但是由于植草溝排水能力有限，在快排理念指導下，容易沖刷引起水土流失，在較高等級公路上使用甚少。

鋪砌式邊溝能夠滿足道路路面雨水快速的排除，從而減小了水侵入路基對道路的侵害，但是也隔斷了道路建設范圍內水的自然循環。

3 低影響開發排水形式在公路上的應用

海綿城市低影響開發（LID）是以慢排緩釋和源頭分散控制為目標的雨水控制系統，從本質上改變傳統城市建設理念，遵循“滲、滯、蓄、凈、用、排”的六字方針，把雨水的滲透、滯留、集蓄、凈化、循環使用和排水密切結合，實現與資源環境的協調發展，遵循的是順應自然、與自然和諧共處的低影響開發模式。

“海綿城市”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[6]。因此，在公路“海綿城市”建設中，以夠達到徑流總量控制、徑流峰值控制和徑流污染控制為目標。

（1）徑流總量控制目標。徑流總量控制目標的落實途徑包括雨水的下滲減排和直接繼續利用，主要設施有干式植草溝、下沉式綠地、簡易型生物滯留設施、滲透塘、濕塘、蓄水池等。現有排水溝改造過程中可將圬工排水溝改造為具有一定蓄、滯水功能的植草溝，改變原有植草溝結構模式，在種植土下加鋪透水性好、蓄水能力強的碎石層，增加儲水能力。利用公路控制區建造下沉式綠地、簡易型生物滯留設施或蓄水池。改造原有溝塘為濕塘和滲透塘，增加原有溝塘的生態活性。

（2）徑流峰值控制目標。低影響開發設施受降雨頻率與雨型、低影響開發設施建設與維護管理條件等因素的影響，一般對中、小降雨事件的峰值消減效果較好，對特大暴雨事件，雖仍可起到一定的錯峰、延鋒作用，但其峰值消減幅度往往較低。降雨下墊面的徑流系數對徑流洪峰的發展起重要的因素，以徑流峰值控制為目標，應盡量降低徑流系數。

以徑流峰值控制為目標可以采用濕塘、調節塘、調節池等雨水調蓄設施。對道路外圍地形進行改造，修建干式或濕式淺池調節塘，對洪峰流量進行調節。

（3）徑流污染控制目標。道路徑流污染物中，SS往往與其他污染物指標具有一定的相關性，因此，一般可采用SS作為徑流污染物控制指標，低影響開發雨水系統的SS總量去除率一般可達到40%～60%。生態排水設施能減緩污染物的運移，封閉式植草溝可用于延緩污染物的蔓延。植草溝在發達國家已被廣泛用于高速公路雨水徑流的處理，能有效去除徑流中的TSS，COD、金屬盡力等方面有良好的效果。

在公路排水中“堅持人與自然相和諧，樹立尊重自然，保護環境”的理念與海綿城市徑流污染控制目標不謀而合，并且公路排水系統是整個公路項目的重要組成部分，在公路景觀的組成中占有相當大的比重，因此，應充分貫徹海綿城市理念，加強排水設施的環境協調性。在公路排水設計中可采用生物滯留設施、調節塘、調節池、濕式植草溝、植被緩沖帶、人工土壤滲濾，結合公路景觀設計，種植多樣性植物。

由于生態排水設施粗糙度相對較大，為防止沖刷，溝底縱坡也不宜采用較大的值，并且為了滿足下滲的要求，也希望雨水停留時間相對長一些，就使得生態排水溝尺寸較圬工排水溝尺寸大。根據《公路安全保護條例》，公路建筑控制區的范圍，從公路用地外緣起向外的距離標準為：（1）國道不少于20米；（2）省道不少于15米；（3）縣道不少于10米；（4）鄉道不少于5米；屬于高速公路的，公路建筑控制區的范圍從公路用地外緣起向外的距離標準不少于30米。這些條例也為生態排水設施的實施提供了可用空間。

4 結束語

傳統的公路排水模式認為，雨水排的越多、越快、越通暢越好，這種“快排式”的傳統模式沒有考慮水的循環。通過建立尊重自然、順應自然的低影響開發模式是系統的解決城市水安全、水資源、水環境問題的有效措施。通過“自然積存”，來實現削峰調蓄、控制徑流量；通過“自然滲透”來恢復水生態，恢復水的自然循環；通過“自然凈化”來實現水質的改善。

近年來，發達國家在針對雨洪問題不斷研究和探索的過程中，越來越突出和強調源頭控制在徑流減排及水質污染控制等方面所發揮的重要作用。我國《室外排水設計規范》（2016年版）總也加入了LID源頭措施的相關規定。2013年“國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知”（國辦發[2013]23號），第一次明確要求各地積極推行低影響開發建設模式，最大限度地減少對城市原有水生態的破壞。海綿城市建設理念在公路建設中的應用，采用生態排水方式不僅減少了場地開發對自然環境帶來的不良影響，還維持了公路周邊水環境與生態壞境的循環可持續發展。同時，海綿城市建設也需要尊重水、尊重土壤、尊重植物，促進未來公路環境的可持續發展，成為公路建設一個新的里程碑。

參考文獻：

[1]李賀，張雪，高海鷹，等.高速公路路面雨水徑流污染特征分析[J].中國環境科學，2008，28（11）：1037-1041.

[2]童海剛，李智.水環境敏感區公路排水環境保護設計研究[J].公路，2012（8）：238-242.

[3]申麗勤，車伍，李海燕，等.我國城市道路雨水徑流污染狀況及控制措施[J].中國給水排水，2009，25（4）：23-28.

[4]張千千，李向全，王效科，等.城市路面降雨徑流污染特征及源解析的研究進展[J].生態環境學報，2014，23（2）：352-358.

[5]室外排水設計規范（GB50014-2006）[S].北京：中國計劃出版社，2016.

[6]張智.排水工程[M].中國建筑工業出版社，2015.