基于低影響開發(fā)措施的海綿城市道路給排水設(shè)計(jì)研究

程碧波（太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院 山西 太原 030002）

0 引言

近年來(lái)，城市快速發(fā)展，導(dǎo)致城市下墊面不透水面積不斷增加，加之城市排水系統(tǒng)缺乏科學(xué)的規(guī)劃，從而導(dǎo)致城市內(nèi)澇頻發(fā)。“海綿城市”指城市能夠像海綿一樣，有效的吸收降水，并在需要時(shí)將蓄存的水“釋放”并加以利用。目前，引進(jìn)“海綿城市”這種全新的城市建設(shè)理念已被國(guó)家高度重視，國(guó)家部委也于2014 年形成了《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（試行）》。城市道路給排水系統(tǒng)是城市市政建設(shè)的重要內(nèi)容，也是排除地表徑流量的重要途徑。為此，如何在具有自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”理念指導(dǎo)下，因地制宜的對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及合理的對(duì)城市進(jìn)行低影響開發(fā)，具有重大意義。

1 海綿城市及其建設(shè)六大要素

1.1 海綿城市簡(jiǎn)介

海綿城市是指城市經(jīng)過豎向空間的規(guī)劃，能夠像海綿一樣，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)釋水并加以利用[1]。對(duì)于市政道路給排水而言，傳統(tǒng)市政道路設(shè)計(jì)規(guī)劃主要考慮的是降雨時(shí)及時(shí)、順利排水，海綿城市采用全新的概念，采用多種途徑，通過低影響開發(fā)設(shè)施將降水實(shí)現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化以及合理分配利用，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)水循環(huán)的目的。

1.2 海綿城市建設(shè)六大要素

“海綿城市”實(shí)際為城市的雨洪管理，其建設(shè)應(yīng)遵循生態(tài)優(yōu)先、低影響開發(fā)等原則，并考慮其復(fù)雜性和長(zhǎng)期性。海綿城市建設(shè)六大要素分別為滲、蓄、滯、凈、用、排，具體如下：

（1） 滲。滲指在城市化的道路建設(shè)過程中，大大的使用如透水景觀鋪裝、透水道路鋪裝、綠色建筑（綠化屋頂）等低影響開發(fā)措施，來(lái)替代原有的硬化路面，進(jìn)而達(dá)到滲透和凈化雨水的雙重效果，同樣為雨水利用備用提供基礎(chǔ)條件[2]。如城市道路滲水鋪裝可以參考如圖1 所示進(jìn)行。

（2） 蓄。在全球水循環(huán)的過程中，雨水是重要的水資源來(lái)源。海綿城市倡導(dǎo)考慮原先當(dāng)?shù)刈匀槐镜椎那闆r下，通過建造在地上的生態(tài)蓄水池及埋藏在地下的蓄水模塊、地下蓄水池等，以對(duì)雨水進(jìn)行蓄積。

（3） 滯。滯就是能夠通過通過地形地貌條件的改變，雨水花園（草地內(nèi)部栽植花草）、植草溝、雨水塘等設(shè)施，將雨水滯留住，減少雨水徑流量。

（4） 凈。凈指利用土壤凈化、人工濕地及生物凈化等原理，使雨水流經(jīng)的每處低影響開發(fā)設(shè)施，都會(huì)對(duì)其進(jìn)行凈化作用，可以將凈化水用作綠化灌溉、沖廁、洗車等。

（5） 用。凈指雨水在經(jīng)過了收集、凈化、儲(chǔ)蓄的過程后，可以達(dá)到緩解洪澇災(zāi)害和利用雨水達(dá)到節(jié)約用水的雙重目的。

（6） 排。城市建設(shè)規(guī)劃中，大排水規(guī)劃是很重要的一個(gè)部分，主要避免降雨過大時(shí)產(chǎn)生內(nèi)澇。值得注意的是，城市道路排水規(guī)劃需要結(jié)合城市的豎向規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖1 城市道路滲水鋪裝

2 海綿城市道路設(shè)計(jì)思路及低影響開發(fā)技術(shù)措施選擇

2.1 海綿城市道路設(shè)計(jì)思路

道路通行能力是城市道路設(shè)計(jì)的主要目的和參考指標(biāo)。海綿城市道路的設(shè)計(jì)思路就是在保證正常交通的基礎(chǔ)上，在當(dāng)中設(shè)置低影響開發(fā)技術(shù)（LID）設(shè)施，如在人行橫道甚至停車場(chǎng)中采用透水材料鋪設(shè)道路，在道路當(dāng)中設(shè)置足夠的綠化帶等，使道路當(dāng)中的雨水能夠合理的滲透、凈化、蓄水及利用[3]。

2.2 低影響開發(fā)技術(shù)措施選擇（LID）

低影響開發(fā)技術(shù)措施選擇（LID）主要包括透水鋪裝（滲透技術(shù)）、生物滯留技術(shù)（滲透技術(shù)）、滲透塘、植草溝（轉(zhuǎn)輸型/干式/濕式）（轉(zhuǎn)輸技術(shù)）、蓄水池（儲(chǔ)存技術(shù)）等，具體如下：

（1）透水鋪裝（滲透技術(shù)）。透水鋪裝建設(shè)簡(jiǎn)易、適用范圍廣，可緩解高峰水流量。對(duì)于以透水瀝青混凝土鋪裝的部分機(jī)動(dòng)和非機(jī)動(dòng)車道，以及各種磚石及混凝土鑄成的非機(jī)動(dòng)車道等，可采用此技術(shù)。透水鋪裝設(shè)計(jì)需考慮環(huán)境因素、穩(wěn)定性因素、建設(shè)地點(diǎn)因素及土壤滲透能力等因素的影響，如在可能發(fā)生自然災(zāi)害的地方建設(shè)，應(yīng)充分考慮其防護(hù)裝置；當(dāng)建設(shè)區(qū)域的路面強(qiáng)度較弱時(shí)，需要改為半透水鋪裝結(jié)構(gòu)；當(dāng)存在地下室時(shí)，需保證排水不滲入及覆土量≥0.6m；當(dāng)建設(shè)區(qū)域的滲透性不足時(shí)，需增加排水管或排水板等。值得注意的是，此技術(shù)凈水能力一般，且易出現(xiàn)管道有異物導(dǎo)致不通及受冷冰凍堵塞等情況。

（2）生物滯留（滲透技術(shù)）。生物滯留設(shè)施主要指通過多種植物、微生物及土壤等生態(tài)建設(shè)使得雨水實(shí)現(xiàn)回收、滲透、凈化、利用，如雨水花園生物滯留帶及生態(tài)樹池等。此設(shè)施往往借助建設(shè)區(qū)域的實(shí)際環(huán)境，達(dá)到技術(shù)與景觀的完美融合，具有易于操作和控制、價(jià)格低、實(shí)用性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。生物滯留技術(shù)應(yīng)用需要考慮如下因素：進(jìn)行初步過濾，且防治雨水中化學(xué)物質(zhì)的污染；道路路基的保護(hù)；保證水平不低于1/100 的角度設(shè)置；在水流交界處的0.1m 以下的溢流設(shè)置；復(fù)雜型需在外部和底部采用更為復(fù)雜的滲透和防滲措施；可將不同級(jí)別厚約0.1m 砂質(zhì)和0.3m 礫石作為隔離水和放水裝置；蓄水能力在250±50mm 左右，且還要有0.1m 的超出部分等。值得注意的是，此技術(shù)在滲透性方面不足，且對(duì)地勢(shì)不平緩的區(qū)域還要采取防護(hù)措施。

（3） 滲透塘。滲透塘本身是具有滲透蓄水功能的水池，能有效的收集和利用自然降水，同時(shí)緩解城市供水峰值的壓力。滲透塘的設(shè)計(jì)和使用通常需注意如下因素：對(duì)選址和場(chǎng)地的要求相對(duì)苛刻，需要相對(duì)大的水收集面積；應(yīng)考慮實(shí)際的流域情況并參考季節(jié)性水位標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)側(cè)重具有相應(yīng)功能的沉砂池等前置附屬設(shè)施的建設(shè)；不能忽視附近的水域污染情況，及距離居民區(qū)建筑物過近；邊坡坡度設(shè)計(jì)不大于1:3，滲透塘排空時(shí)間不應(yīng)大于24 h；需結(jié)合城市原有排水管系統(tǒng)及泄洪途徑規(guī)劃周圍溢流路徑，塘底至溢流水位一般不小于0.6m；在建造和運(yùn)營(yíng)中應(yīng)確保警示標(biāo)識(shí)等安保工作管控到位等。值得注意的是，雖然滲透塘初期建設(shè)的費(fèi)用投資較低，但后續(xù)的維護(hù)費(fèi)用不菲。滲透塘構(gòu)造示意圖如圖2 所示。

圖2 滲透塘構(gòu)造示意圖

（4）植草溝（轉(zhuǎn)輸型/干式/濕式）（轉(zhuǎn)輸技術(shù)）。植草溝作為蓄水池、滲透池的配套設(shè)施，是構(gòu)成統(tǒng)一連貫的城市水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)施之一，主要用途是在地表作為雨水匯集和運(yùn)輸?shù)耐緩健Ｖ膊轀现饕霈F(xiàn)在道路、廣場(chǎng)等硬化的不透水地域的旁邊，同時(shí)，植草溝也可與城市雨水管線配合使用，或者部分取代部分雨水排水管道的作用。植草溝投資少，維護(hù)成本低，占地面積小，不受場(chǎng)地限制。植草溝設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下因素：溝型設(shè)計(jì)一般為采用倒拋物線形或倒梯形；最大流速<0.8m/s，曼寧系數(shù)在0.2~0.3 之間；可以直接利用現(xiàn)有的景觀設(shè)計(jì)改造而成；邊坡坡度不宜大于1:3，縱坡不應(yīng)大于4%，否則需采用階梯狀或設(shè)計(jì)消能臺(tái)坎；轉(zhuǎn)輸型的植草溝中植物的植被高度范圍應(yīng)在100~200mm 之間。

（5）蓄水池（儲(chǔ)存技術(shù)）。蓄水池主要功能也是將水資源收集并回收利用。目前，為了節(jié)約用地，大多城市使用采用封閉或地下蓄水池的設(shè)計(jì)。蓄水池具有易與城市排水系統(tǒng)對(duì)接，結(jié)構(gòu)多樣，可進(jìn)一步保護(hù)水資源，特別是城市地下水，改善環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。但是，前期需要一定的建設(shè)投資，日常運(yùn)營(yíng)中也會(huì)產(chǎn)生維護(hù)成本。蓄水池是針對(duì)城市中雨水的收集和儲(chǔ)存設(shè)立的，主要的設(shè)計(jì)應(yīng)參照國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集中，同時(shí)，蓄水池設(shè)計(jì)應(yīng)該配套設(shè)置相應(yīng)的沉積、凈化裝置。

3 基于低影響開發(fā)措施的海綿城市道路設(shè)計(jì)要求

總體而言，針對(duì)道路的低影響開發(fā)設(shè)計(jì)，不同設(shè)施功能的實(shí)現(xiàn)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，具體主要步驟包括概念、方案和施工圖設(shè)計(jì)等。其中，概念設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有LID 的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、目標(biāo)、設(shè)計(jì)方法等；方案制定前要到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，檢查資料是否齊全準(zhǔn)確，方案的規(guī)劃文件要與制定的初步設(shè)計(jì)文件相符；初步設(shè)計(jì)文件要與制定的施工圖設(shè)計(jì)文件相符；施工圖設(shè)計(jì)文件要符合非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備制作及施工的要求等。同時(shí)，LID 設(shè)施對(duì)暴雨重現(xiàn)期進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，通常使用LID 專項(xiàng)規(guī)劃推薦值，LID 設(shè)施設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期≤25 年。現(xiàn)主要從以下兩方面具體介紹基于低影響開發(fā)措施的海綿城市道路設(shè)計(jì)要求。

3.1 生態(tài)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求及其注意事項(xiàng)

生態(tài)排水系統(tǒng)通常為道路中的車道分隔帶或者中央隔離帶，為一類LID 設(shè)施。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般需注意以下因素：

（1）在20～30cm 深的表層積水洼地設(shè)計(jì)；

（2） 依據(jù)現(xiàn)實(shí)需求將花管置于碎石層中用來(lái)排水；

（3）應(yīng)在每20~50m 規(guī)劃1 個(gè)溢流口；

（4）自上而下的結(jié)構(gòu)為400～600mm 厚的混合土層，200～400mm 厚的碎石層；

（5） 道路兩邊的草溝應(yīng)使用孔口路牙、格柵路牙等類型的進(jìn)水口，進(jìn)水口旁邊應(yīng)設(shè)置碎石或者鵝卵石保護(hù)層，以避免其被沖刷；

（6）溢流口頂端通常比洼地高出100~150 mm，管的直徑通常為200~300mm；

（7） 混合土通常包括椰糠、介質(zhì)、砂料等，配合比一般依據(jù)滲透率、植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)等情況調(diào)節(jié)等。

3.2 雨水花園及樹池設(shè)計(jì)要求及其注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)花園時(shí)需注意以下因素：

（1）在地勢(shì)較低的地方設(shè)置，首先考慮的是環(huán)境因素即相互協(xié)調(diào)，如300~400mm 深的積水洼地；

（2）應(yīng)該按照雨水量來(lái)設(shè)計(jì)花園的大小；

（3）自上而下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為300~500mm 厚的有機(jī)覆蓋層（可選），500~800mm 厚的混合土層，400~600mm 厚的礫石層；

（4） 在對(duì)花園的排水管以及溢流管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不同面積雨水花園排水管的設(shè)置具體如表1所示；

（5）排水管應(yīng)設(shè)置在礫石層；

（6） 在居民區(qū)設(shè)置時(shí)，應(yīng)該與建筑物之間保持帶3m 以上的距離；

（7） 植物的種類可以多種多樣，例如喬木、草以及灌木等；

（8）通常可以按照直徑在200~300mm 之間設(shè)置排水管；

（9） 樹池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以借鑒雨水花園，但面積≤雨水花園等。

表1 不同面積雨水花園排水管的設(shè)置

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著目前城市的高速發(fā)展，改變了城市下墊面的不透水面積百分率，導(dǎo)致城市內(nèi)澇頻發(fā)。而城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)涵蓋從雨水徑流的產(chǎn)生到末端排放的全過程控制。低影響開發(fā)是一種采用源頭控制理念實(shí)現(xiàn)雨水管理的方法，“海綿城市”為城市的雨洪管理，盡可能的遵循基于低影響開發(fā)措施的海綿城市道路給排水設(shè)計(jì)思路、要點(diǎn)、措施及注意事項(xiàng)，可促進(jìn)城市鋪設(shè)完成之后的道路，通過合理的滲透凈化，增加城市地下水補(bǔ)給量，維護(hù)城市水循環(huán)的生態(tài)平衡，降低城市的熱島效應(yīng)，最終促進(jìn)城市的持續(xù)、健康、穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展。