基于低影響開發的城市道路優化設計研究

魏國容

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610000）

0 引 言

隨著現階段不透水鋪裝覆蓋面逐漸擴大，自然水文環境被嚴重破壞，高強降雨天氣極易引起城市排水管網系統崩潰，從而導致內澇發生[1-3]。海綿城市建設理念和低影響開發（LID）理論由此提出。利用土壤及水文自然途徑維護自然水質，并通過低影響小規模措施對徑流雨水進行控制，避免內澇問題的出現[4-5]。

國內外已針對低影響開發技術在城市雨洪優化方面展開了諸多研究。王書敏等[6-7]針對綠色屋頂這一低影響開發措施進行了研究，認為綠色屋頂可以有效緩解酸雨，凈化雨水徑流水質。馬姍姍等[8-9]針對生物滯留池方案的增滲及雨污凈化能力進行了研究，認為其降低徑流量能力相較平凸綠地有著明顯優勢。在與道路相關的透水鋪裝低影響開發措施方面也有一定的研究基礎，龔應安等[10-11]主要研究了透水鋪裝對降低徑流、鋪裝增滲方面的能力。趙現勇[12]則重點考慮了透水鋪裝層的結構設置對污染物處置能力的影響情況。

綜上所述，現有針對低影響開發措施的研究主要集中在對徑流污染物的處置及雨水徑流量削減方面，而針對低影響開發措施在道路設計方面的應用研究仍有著較大空白。本文將依托低影響開發理論對城市道路進行優化設計，旨在探索出適用的低影響開發設計方案，為海綿城市建設提供參考依據。

1 城市道路設計特征

1.1 試點區概況

我國部分城市道路、河網交錯密布，本文以浙江紹興某試點區為例，進行城市道路設計特征分析。該區水域面積占比為13.8%，河道占比為3.1 km/km2。區域內城市道路總長度為104.6 km，包含雨水管口228 個，平均每458 m 道路設有一雨水管口，超量徑流雨水采用漫流入江河的方法排除，最大限度降低內澇可能性。

該區分布有大量綠地，其整體布置情況如圖1 所示。綠地設置于河道網絡、道路網絡之間，按照綠地面積大小可設計為濱河綠化帶、城市公園等，其空間分布可為道路排水提供便捷條件。

圖1 綠地空間分布示意圖

該試點區雨水管口分布密度相對較小，卻存在豐富的綠地。以DHI MIKE 計算軟件模擬評估試點區的排水能力，發現：58.36%的管道重現期小于6 個月，71.03%的管道重現期小于24 個月，該試點區的整體管道排水能力相對較弱。

統計試點區模擬的內澇風險：設置30 a 一遇的降雨標準，內澇風險面積達35.94 hm2，低風險、中風險及高風險面積占比分別為1.31%、0.54%、0.21%。如果能保證內河水位處于安全范圍，則試點區中心位置不易產生內澇狀況。

1.2 城市道路設計要求

該試點區除面臨管網排水能力欠缺的問題外，還存在面源污染大的情況。為有效利用試點區豐富的綠地條件，對城市道路設計提出以下要求：

（1）因地制宜地利用道路范圍內綠地儲排水空間，從徑流直排模式轉化為低影響開發措施綜合利用，增加徑流排水路徑長度，除排水外，增添滲水、蓄水等功能，限制徑流峰值。

（2）充分利用路面橫斷面、縱斷面、路基及路面優化設計，提升城市道路系統排水能力。

2 道路工程低影響開發措施

結合城市道路設計要求，試點區在道路設計過程中，充分考慮低影響開發措施：一是選取徑流控制效果佳的方案，包括透水瀝青路面、透水混凝土路面、透水磚鋪裝及下沉式綠地等單項設施；二是選取去除徑流污染物較佳的低影響開發措施，包括植被緩沖帶、植草淺溝等。

3 低影響開發優化設計理論

3.1 道路雨水低影響開發系統

傳統道路設計方法將道路分為不同等級、不同斷面，在此基礎上，結合低影響開發理論，進一步劃分道路紅線范圍，即紅線范圍外和紅線范圍內。

城市道路設計中，橫斷面包含機動車道、非機動車道、機非分隔帶、人行道、中央分隔帶等，結合低影響開發理論，合理設置各處徑流分流設施（見圖2），設置紅線內低影響開發設施（見表1）。

圖2 橫斷面低影響開發設施示意圖

表1 紅線內低影響開發措施對應表

道路雨水低影響開發系統總體布置情況如圖3所示。

圖3 道路雨水低影響開發系統總體布置圖

紅線外的道路下墊面常見3 類，即濱河綠化帶、開放綠地以及硬化地面。針對濱河綠化帶的低影響開發措施有生物滯留帶、植草淺溝等；針對開放綠地的低影響開發措施有雨水濕地、雨水塘和生物滯留帶等；針對硬化地面的低影響開發措施有透水混凝土及透水磚等。

3.2 道路排水與雨水銜接系統

綜合利用低影響開發理論，對坡面坡向、分隔帶位置以及橫斷面型式進行空間綜合設計。為有效銜接道路排水與雨水系統，在設計過程中引入雨水排水設施及引流設施。

（1）雨水排水設施

雨水排水設施這一低影響開發措施，能夠很好地銜接道路排水與雨水系統，常見的手段有溢流雨水口和導流管。

溢流雨水口常和生物滯留池綜合利用，當洪峰徑流量超限較多，可實現溢流排水，一般設置于匯水面最低高度位置，其頂部略低于路面35～45 mm，同時應超出綠地面55～95 mm。溢流雨水口的排水能力直接決定了其服務匯水面積，其過流量要在雨水管設計重現期流量的2 倍左右，并依照當地內澇防治要求進行檢核。雨水口要設置截污設備，例如截污籃等，防止溢流污染物直接排放到周邊場地。

導流管的主要作用體現在增滲和雨水回收，常與透水鋪裝、植草淺溝、生物滯留池配合使用。導流管的管徑和布置密度應大于設施最大入滲量，可通過計算確定。計算形式應視情況分別選取孔口自由出流、孔口淹沒出流兩種計算形式。導流管埋管坡度應因地制宜確定，通常坡度大于0.005。

（2）雨水引流設施

雨水引流設施包含側石進水口和機非分隔帶過水設施。

為確保路面徑流能夠順利排至分隔帶的各項低影響開發設施中，要在側石處設置進水口，其設置數量要綜合考慮每個進水口的進水量及路面匯水量。側石進水口的設置通常情況下為均勻排列，但當道路經過低洼處時可適當增加其設置密度。要保證單個進水口具備足夠的寬度，以防被樹葉等物堵塞，從而影響進水能力，其具體尺寸設置可利用堰流公式進行計算驗證。

部分機非分隔帶寬度較窄，無法在其中設置低影響開發設施。機動車道徑流雨水需引流至紅線外相關低影響開發設施內，機非分隔帶過水設施由此產生，徑流雨水可通過其穿越。機非分隔帶過水設施密度同樣需考慮其服務道路匯水面匯水總量、過水設施自身的過水能力，通常情況下為均勻排列，但在低洼路段可適當增加其設置密度。其流量計算方法采用明渠均勻流公式。

3.3 道路路面排水系統

城市道路路面綜合排水系統優化設計，需將大排水系統、防洪系統、灌渠排水系統以及低影響開發系統等綜合調用，從而最終實現降低城市內澇風險、阻滯面源徑流污染物等目標。大排水系統是海綿城市建設的重要組成部分，可以有效解決徑流雨水超流量排放問題，常利用調蓄設施和排放管理協同設計，從而控制徑流雨水超流量排放。具體的排放措施包含生態溝渠、路面鋪裝等。3 類大排水系統構建類型如圖4 所示。

圖4 大排水系統示意圖

4 城市道路優化設計

本文結合傳統城市道路設計理念和海綿城市背景下的低影響開發理念特征，從4 個方面對城市道路設計進行綜合優化。

4.1 橫斷面優化設計

相較于傳統設計方法，分隔帶寬度設計除考慮道路規范及城市規劃要求外，還需密切結合低影響開發設施的寬度要求進行綜合考慮。

考慮到城市道路景觀設計，機非分隔帶寬度一般應大于3 m，若其寬度小于3 m，則無法合理設置下凹式樹帶。若人行道外側布有低影響開發設施，可通過調整人行道橫坡排放朝向，引導雨水徑流排入上述低影響開發設施內，在機動車道和非機動車道間設置預埋管件。

4.2 縱斷面優化設計

除了考慮城市道路總體標高要求、規范要求外，道路縱斷面設計應兼顧道路兩側用地低影響開發設施，優先利用橫坡、縱坡將路面徑流引入綠地，而城市道路最低處應靠近水體。

進行縱斷面優化設計時：一要考慮將綠地設置在局部最低處，實現徑流雨水的分散控制；二要利用城市河網，通過道路豎向系統在近水體處形成低洼點。優化設計如圖5 所示。

圖5 縱斷面優化設計示意圖

4.3 路基優化設計

基于低影響開發的城市道路路基優化設計，其重點在于降低地下水沖刷和地表水下滲。浸水部路基填料應選取清骨料，設置碎石層，防止毛細水上涌。在低影響開發設施和道路主體間設置防水層。防水層與路面的搭接端布設于側平石下部，防水層向下延伸長度應不小于50 cm。路基優化設計如圖6所示。

圖6 路基優化設計示意圖

4.4 路面優化設計

較為理想的海綿城市建設理念應在道路建設初期就將各類透水鋪裝路面材料應用起來。本文推薦，機動車道可采用透水瀝青路面，非機動車道可采用透水瀝青路面或透水混凝土路面，人行道可采用透水磚鋪裝。

5 結 語

針對城市因不透水鋪裝面積過大引起的排水能力不足、城市內澇等問題，本文提出利用低影響開發措施，對城市道路進行綜合優化設計。在整體道路排水設計過程中，重點考慮雨水徑流引導，并與常規道路設計手段相結合，對城市道路橫斷面、縱斷面、路基及路面進行具體優化設計。探索出的低影響開發設計方案，可為海綿城市建設提供借鑒。