基于海綿城市理念的城市道路改造設計研究

馬玉

（上海市政工程設計研究（總院）集團有限公司，上海市 200092）

0 引言

2016年4月，上海市入選國家第二批海綿城市建設試點城市。試點區域為浦東新區臨港地區。臨港主城區位于東南沿海，易受臺風影響，短歷時設計暴雨大于上海主城區。試點區年降雨量均值為1228.1mm，年雨日約134 d，降雨年內分配不均，6～8月為汛期，降雨量較多，約占全年的41.9%。上海市地處長江三角洲前緣河口和杭州灣之間，除表層土壤為人工填土層外，自上而下依次為褐黃色黏土、灰色淤泥質粉質黏土、灰色淤泥質黏土、灰色黏性土、暗綠色黏性土和粉性土。上海臨港地區體現了上海地區“三高一低”（地下水位高、土地利用率高、不透水面積高和土壤入滲率低）的特點。

路面徑流是城市地表徑流的一種，是污染效應最強的部分。路面和雨水口積累的高負荷污染物在降雨時會隨著徑流沖刷而進入受納水體，是城市受納水體的主要污染源之一[1，2]。基于海綿城市理念，必須控制道路徑流量和徑流污染。

1 工程概況

1.1 工程概況

上海海綿城市建設試點區內某道路海綿化改造示范工程位于臨港新城蘆潮港社區，改造長度440m，機動車雙向2車道，橫斷面布置為：3.0m（人行道）+14.0 m（機動車道）+3.0 m（人行道）=20.0m（紅線寬度）。道路北側為住宅小區，道路南側為綠地和河道。

1.2 主要技術標準

（1）年徑流總量控制率：根據臨港試點區規劃要求，該改造道路年徑流總量控制率為85%，即32.96mm雨水不外排。

（2）年徑流污染控制率：年徑流污染控制率為55%。

（3）排水系統標準：5 a一遇不積水，100 a一遇不內澇。

2 海綿城市方案設計

2.1 整體方案

道路海綿化改造平面圖和斷面圖見圖1、圖2。

圖1 道路海綿化改造平面圖

圖2 道路海綿化改造斷面圖（單位：m）

根據道路特點及雨水徑流方向，確保道路安全的情況下，并與周邊綠地或開放空間相銜接，通過源頭消減、中途轉輸、末端調蓄多種手段，采用綠色雨水基礎設施和灰色雨水基礎設施相結合的海綿改造方案，主要運用透水鋪裝、雨水花園、旱溪、人工濕地、調蓄池、生態多孔纖維棉調蓄模塊等工程措施，通過低影響開發設施使道路雨水徑流、面源污染、排水標準滿足設計要求。

2.2 雨水花園、旱溪

下沉式道路綠化帶能消減路面徑流，凈化有機污染物，減輕路面污染，節約綠地灌溉用水，補充土壤和地下水資源[3]。

根據現狀雨水口的位置，每隔30m在道路南側紅線外綠化帶內設計3.0m寬下凹式雨水花園，將道路原雨水箅子封堵，設計蓋板溝將道路雨水引入到雨水花園內。雨水花園具有一定的調蓄容積，可以利用植物、微生物、土壤、礫石層的吸收、滲透，凈化道路雨水。

雨水花園結構斷面見圖3。自上而下分別為5 cm厚樹皮覆蓋、30 cm厚種植土、透水土工布、30 cm厚礫石層、400 g/m2防滲膜。雨水花園內收集的雨水先經過土壤、礫石層下滲，礫石層內設置穿孔盲管收集下滲雨水。超過下滲能力的雨水在雨水花園內進行調蓄，雨水花園設置溢流雨水口，超過雨水花園調蓄容積的雨水通過溢流雨水口排到道路雨水管網系統。

圖3 雨水花園斷面圖（單位：mm）

旱溪適用于小區、公園內道路的周邊，晴天作為景觀，雨天可以存水。該工程在紅線外綠化設計3m寬旱溪（見圖4），自上而下結構層分別為30 cm厚卵石層、透水土工布、30 cm礫石層、400 g/m2防滲膜。雨水花園通過旱溪相連接，轉輸調蓄雨水花園超量雨水。旱溪兩側設置雨水花園和綠化帶，既能調蓄、凈化道路雨水，又能提升整個道路的景觀效果。

圖4 旱溪斷面圖（單位：mm）

2.3 人行道透水鋪裝

改造道路下土基滲透系數小于10-6cm/s，無法滿足全透型道路滲透系數不小于7×10-5cm/s的要求，且臨港地區地下水位高，因此，人行道透水鋪裝采用半透型結構型式。該項目人行道采用透水磚鋪面（見圖5），自上而下分別為6 cm透水磚、3 cm中粗砂、15 cm再生骨料透水水泥混凝土、15 cm級配碎石。級配碎石下面鋪防滲膜防止雨水下滲到路基。級配碎石層設置D N100透水盲管，將透水層下滲雨水導流到現狀雨水井內。

圖5 透水人行道斷面圖（單位：mm）

透水人行道鋪裝可以提高人行舒適性，雨天吸收雨水，減少道路徑流，晴天釋放水汽，降低路面溫度。

2.4 調蓄模塊

改造道路北側無綠化帶和紅線外綠化，采用綠色海綿設施無法滿足規劃要求，因此采用調蓄模塊來進行徑流量控制。調蓄模塊結構剖面如圖6所示。調蓄模塊埋設于透水人行道下方，對原雨水箅子進行封堵。新建環保雨水口和開孔側石，車行道雨水通過開孔路緣石匯入環保雨水口，再導入到生態多孔調蓄模塊中儲存，超過調蓄容積的水量通過環保雨水口的溢流口溢流至現狀雨水井。

調蓄模塊采用生態多孔纖維棉，具有孔隙度大、容重小、吸水率高、承重高的特點。生態多孔纖維棉降水時能自然吸收雨水，將雨水進行儲存；晴天時能自然釋放雨水，補充土壤和植物水分，起到雨時蓄水、旱時補水的海綿設計效果。

圖6 調蓄模塊斷面圖（單位：mm）

2.5 調蓄水池、人工濕地

針對管道沉積物的污染，在排放口附近，結合河岸綠地建設生態處理設施，削減直接入河污染物。在綠地內管網末端設置調蓄水池和人工濕地，對雨水進行調蓄、凈化處理，雨水處理后排入河道。雨水通過截流進入到調蓄水池，調蓄池有效容積為100 m3，調蓄池內設置兩臺水泵，水泵采用太陽能供電，雨水通過水泵提升到人工濕地內進行凈化處理。人工濕地采用潛流人工濕地，結構剖面見圖7，自上而下分別為30 cm種植土、透水土工布、80 cm沸石層、400 g/m2防滲膜。濕地配水區和出水區設置石籠擋墻。

圖7 人工濕地斷面圖

3 設計指標校核

改造道路海綿設置調蓄量按容積法計算，設施調蓄量見表1。通過海綿化改造，雨水徑流控制量達到了282.24m3，滿足海綿城市建設85%控制率的指標要求。

表1 海綿設施調蓄量

海綿設施年徑流污染去除率見表2。通過海綿化改造，道路年徑流污染去除率達到64.8%，滿足海綿城市建設55%控制率的指標要求。

表2 年徑流污染去除率

4 實際運行效果

為保證建設后達到海綿城市建設要求，對典型海綿設施進行監測。該工程在雨水花園進水口和出水口安裝在線流量計，監測雨水花園對徑流量的控制率，在人工濕地進水口和出水口安裝在線流量計和在線SS測定儀，監測人工濕地對污染物的去除率。

對流量計監測數據進行分析，當降雨量小于32.96mm，雨水花園溢流口無出流流量。對SS測定儀數據分析，正常運行條件下人工濕地對SS具有較高的去除效果，去除率基本在80%以上，冬季受溫度和綠化影響，去除率有所降低。

項目改造后現狀照片見圖8。低影響開發設施在滿足雨水調蓄、凈化功能的同時也提升了道路的景觀效果。

圖8 改造后現狀照片

5 結語

基于海綿城市理念，在確保道路安全的前提下，將道路與紅線外綠地充分銜接，設置低影響開發設施。到目前為止，該道路海綿化改造已經完成，各種低影響開發設施運行正常。通過監測設備校核，海綿城市道路建設能有效消減道路雨水徑流、控制初雨面源污染和管網對河道的污染，為臨港試點區和其他類似城市海綿城市道路建設提供一定的參考。