基于海綿理念的城市道路雨水徑流控制率探討

冉祥祥

摘要：我國正處于城鎮化快速發展時期，城市道路占地面積越來越多，傳統路面將雨水直接排入雨水管，短時內流量較大，給雨水管網帶來較大壓力，而依托道路綠化帶和人行道設置的海綿設施可有效控制雨水徑流量，減輕雨水管網排水壓力。文章以南寧市某城市道路為例，在設置海綿設施后，對道路范圍內雨水徑流控制率進行計算，并分析了影響徑流控制率的因素，提出了提高徑流控制率的建議措施。

關鍵詞：海綿設施;城市道路;徑流控制率;雨量徑流系數;調蓄容積

0 引言

我國正處在城鎮化快速發展時期，城市建設取得顯著成就，同時也存在開發強度高、硬質鋪裝多等問題，導致下墊面過度硬化，破壞了自然的“海綿體”，導致“逢雨必澇、雨后即旱”，因此，需建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。城市道路作為城市的重要組成部分，其用地面積占城市建設用地面積的15%～20%，是建設海綿城市的重要組成部分。

常規城市路面雨水直接排入雨水管網，而海綿城市路面雨水先流入海綿設施，經海綿設施調控后，可削減洪峰流量，減少排入管網水量，從而減少內澇發生。評價海綿設施調控能力的主要指標為年徑流總量控制率（以下簡稱徑流控制率），是指通過自然和人工強化的滲透、集蓄、利用、蒸發、蒸騰等方式，場地內累計全年得到控制（不外排）的雨量占全年總降雨量的比例[1]。目前各海綿試點城市均制定了相應的徑流控制率目標，文中以南寧市某城市道路為例，要求其徑流控制率≥70%。本文首先分析其海綿設施可調蓄容積，再根據路面面積和徑流系數推算海綿設施可調蓄雨量，通過徑流控制率對應設計降雨量的曲線，從而得出實際徑流控制率，對比是否滿足設計要求，最后根據計算過程中的可控參數，提出提高徑流控制率的相應措施。

1 適用于城市道路的海綿設施介紹

常見的海綿設施有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、滲透塘、蓄水池、植草溝等，其中綠色屋頂主要在建筑工程中采用，滲透塘、植草溝適用于廣場和后排綠地，蓄水池以雨水回收利用為主。考慮到城市道路以交通功能為主，過度地設置海綿措施會占用道路用地，影響道路使用功能，造成本末倒置，也會給后期運行維護帶來不便，經比較分析，適合城市道路的海綿設施主要有下凹式綠地和透水鋪裝，其結構構造見圖1和圖2[2]。

2 城市道路海綿設施布置及匯水區域劃分

以南寧市某新建城市道路為例，根據海綿城市建設要求，其紅線范圍內的雨水徑流控制率應≥70%。根據上述適用于城市道路的海綿設施介紹，擬采用的海綿設施為中央分隔帶微地形、路側帶下凹式綠地和人行道透水鋪裝，其標準段平剖面布置分別見圖3和圖4[2]。

相較于傳統道路，路面不設置雨水口，雨水不會直接流入雨水管網，而是先流入下凹式綠地，初期雨水在下凹式綠地內儲存、下滲，后期富余的雨水通過溢流式進水井進入雨水管網，從而達到“滲、滯、蓄、排”的目的。

根據道路的橫坡，設置海綿設施后的路面匯水區域劃分如下：

（1）中央分隔帶微地形：承擔自身面積匯水，不承擔客水。

（2）路側帶下凹式綠地：承擔自身面積匯水、車行道及人行道匯水。

3 海綿設施調蓄容積計算

根據《海綿城市建設技術指南（試行）》（住房城鄉建設部2014年10月）要求，透水鋪裝結構內的空隙容積一般不計入總調蓄容積，因此對于該城市道路，海綿設施調蓄容積主要包括路側帶下凹式綠地和中央分隔帶微地形。

3.1 調蓄容積的計算公式

3.2 調蓄容積計算結果

影響調蓄容積的除了綠地面積以外，綠地內種植土參數也至關重要。其中土壤滲透系數表現為雨水下滲速度，雨水下滲越快，調蓄能力越強;土壤孔隙率表現為存儲水量的有效容積，孔隙率越大，可存儲水量越多;田間持水量表現為剩余可利用容積，田間持水量越小，剩余可利用容積越大。

根據上述下凹式綠地構造，種植土為土壤摻20%細沙，土壤滲透系數取κ=0.3m/h，平均孔隙率取n=0.38，田間持水量fc=0.2，比較24h內雨水滲透深度和dz值并取較小者，每天每公里路段的上述城市道路海綿設施調蓄容積為（以標準段計算，忽略綠地開口）：

（1）中央分隔帶微地形V1=548m3。

（2）路側帶下凹式綠地V2=737m3。

4 根據海綿設施調蓄容積推算控制降雨量

在計算控制降雨量之前，需先確定徑流系數。徑流系數ψ包括雨量徑流系數ψc和流量徑流系數ψm。雨量徑流系數ψc為設定時間內降雨產生的徑流量與降水量之比[3]。ψc關注的是設定時間內的徑流，ψm關注的是高峰流量期間的徑流。ψm常用于雨水管道水力計算。由于年徑流總量控制率考慮的是全年得到控制（不外排）的雨量占全年總降雨量的比例，因此應采用與總量控制相關的雨量徑流系數ψc。《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》（GB50400-2016）給出了常用下墊面雨量徑流系數。根據規范，人行道透水鋪裝取ψc=0.4，車行道取ψc=0.9，綠地取ψc=0.15。

4.2 控制降雨量計算結果

根據道路橫坡和匯水區域劃分，中央分隔帶微地形只承擔自身區域匯水，即每公里折算匯水面積A1=3000m2，實際可控制降雨量h1=V1/A1=183mm;路側帶下凹式綠地承擔自身區域降水和車行道及人行道匯水，根據雨量徑流系數，每公里匯水面積見表1，折算匯水面積A2=∑（ψc·F）=31600m2，實際可控制降雨量h2=V2/A2=23.3mm。

5 根據控制降雨量推算徑流控制率

5.1 單個匯水區域的徑流控制率推算

根據上述計算，中央分隔帶微地形實際可控制降雨量h1=183mm/d，路側帶下凹式綠地實際可控制降雨量h2=23.3mm/d，其可達到的徑流控制率可通過統計小于該數據的日降雨量之和在總降雨量中的比例得出，也可直接查閱南寧市的徑流控制率與設計降雨量的對應關系曲線（如圖5所示），可得出中央分隔帶的徑流控制率約為98%，路側帶下凹式綠地的徑流控制率為70.5%。

5.2 綜合徑流控制率推算

由于徑流控制率與設計降雨量為非線性關系，計算道路的綜合徑流控制率時，不能直接加權平均計算每個匯水區域的可控制降雨量，而是先根據每個匯水區域的可控制降雨量求得該區域的徑流控制率，再加權求和各區域的徑流控制率。以上述項目為例，中央分隔帶為一個單獨匯水區域，占道路總面積比例為7.5%，其對整個道路的徑流控制率貢獻為0.98×7.5%=7.35%;路側帶下凹式綠地與人行道、車行道組成一個匯水區域，占道路總面積比例為92.5%，其對整個道路的徑流控制率貢獻為0.705×92.5%=65.2%。2個匯水區域合計徑流控制率為72.55%，即設置海綿設施后，該城市道路的綜合徑流控制率達到72.55%，滿足≥70%的設計目標。

6 徑流控制率影響因素及提高措施

通過對上述工程徑流控制率的計算分析，對于同一地區，徑流控制率與控制降雨量h成正比，根據h=V/（ψc·F），影響徑流控制率的因素有海綿設施調蓄容積V、雨量徑流系數ψc和匯水面積F，當徑流控制率不足時，可增加V，降低ψc和F。

6.1 增加海綿設施調蓄容積V

增加海綿設施用地面積，增加綠地蓄水層深度，改善種植土的土壤參數，如提高滲透系數、孔隙率，降低田間持水率等，從而提高調蓄容積。

中央分隔帶調蓄容積富余較多，沒有被充分利用。通過改變道路橫坡，使部分行車道雨水流入中央分隔帶，也可增加調蓄容積。

6.2 降低雨量徑流系數ψc

可提高綠地和透水鋪裝比例，車行道采用透水瀝青等[4]。

6.3 降低硬化路面匯水面積F

可通過坡度和管溝將部分路面雨水引流至后排綠地進行消納，從而減少道路海綿設施的匯水面積。

7 結語

在城市道路中，依托綠化帶和人行道設置的海綿設施可有效控制地表徑流，徑流控制率是對該控制效果的具體量化，是衡量海綿城市建設的重要指標。文中以實例為研究對象，提出海綿設施建設方案及其徑流控制率的計算方法，并對影響徑流控制率的因素提出一些改進措施，對市政道路建設具有一定參考意義。

參考文獻：

[1]潘國慶，車 伍，李俊奇，等.中國城市徑流污染控制量及其設計降雨量[J].中國給水排水，2008，24（22）：25-29.

[2]廣西工程建設標準化協會.廣西低影響開發雨水控制及利用工程[Z].2015.

[3]GB50400-2016，建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范[S].

[4]吳 梁，唐建超，尚成廠.透水瀝青路面在海綿城市中的應用[J].筑路機械與施工機械化，2018（35）：60-64.