海綿城市理論在杭州城市道路設計中的應用研究

王穎，周利財

(1.杭州市勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000； 2.中設工程咨詢(重慶)股份有限公司，重慶 400000)

1 引 言

改革開放以來，我國城市化發(fā)展的面貌日新月異，然而過快的粗放型發(fā)展模式也帶來了一系列的水危機：一是河流湖泊調(diào)蓄能力降低，城市內(nèi)澇災害頻發(fā)；二是水污染導致水生態(tài)惡化；三是水資源短缺問題加劇[1～2]；四是城市地表不透水面積比例增大，造成市政排水系統(tǒng)負荷加重[3]。

杭州市位于長三角南翼，錢塘江下游，是一座因水而靈的江南水鄉(xiāng)城市。隨著建設步伐加快，城市整體硬化嚴重，以雨水管渠為主的快排模式導致城市內(nèi)澇、路面積水等問題日益突出。杭城每年有兩個雨季和一個多雨時段[4]，逢雨就澇，嚴重影響了居民生活，也制約了可持續(xù)發(fā)展進程，亟須系統(tǒng)化的解決方案。因此杭州市從2016年開始推進海綿城市建設，即綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，發(fā)揮城市生態(tài)系統(tǒng)對雨水的調(diào)蓄作用，有效控制雨水徑流并加以利用，力求人與水生態(tài)和諧發(fā)展的健康發(fā)展模式。近年來杭州在海綿城市建設領域進行了積極探索，理論和相關(guān)法規(guī)日趨完善，技術(shù)也日漸成熟。

城市建設中量大面廣的市政道路是海綿城市建設中的重要部分。按照原有標準設計的雨水管網(wǎng)已經(jīng)不能適應“短歷時、強降雨”情況下的城市排水防澇要求，而傳統(tǒng)設計在引入海綿城市理論方面則顯得相對滯后，海綿城市道路與道路設計規(guī)范如何銜接還缺乏相應的指導，因此需要積極推進相應設計理念變革。

2 明確設計控制指標

海綿城市道路(新建或改建道路)設計應以城市規(guī)劃為指導，貫徹將綠色設施和灰色設施結(jié)合并優(yōu)先采用綠色設施的生態(tài)優(yōu)先原則，綜合考慮項目所在區(qū)域的自然條件、水文情況、原有排水設施能力等因素，通過采用LID技術(shù)設施，在保證道路通行能力的前提下解決道路排水問題，同時防止雨水對路面路基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響[5]。

近年來，杭州市在低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)技術(shù)方面，從規(guī)劃、設計、建設、維護階段提出了一系列的指導準則。根據(jù)《杭州市建設項目海綿城市設計文件編制導則》規(guī)定，設計人員應首先明確海綿城市建設需落實的市政道路類設計控制指標，如表1所示。

海綿城市建設中道路類設計指標值 表1

3 市政道路中海綿城市理念的應用

傳統(tǒng)的市政道路排水主要依靠雨污水渠道等末端集中的措施達到快速排除目的，而海綿城市設計理念則要從源頭開始分散，慢排緩釋，解決逢雨必澇的困境，同時凈化雨水并回收再利用。首先，城市道路要結(jié)合實際情況合理進行綠化設計，通過下沉式綠地、生物滯留帶、雨水花園、生態(tài)樹池等手段，增加雨水調(diào)蓄、凈化功能，有效削減地表徑流峰值和流量；其次，轉(zhuǎn)變道路建設理念，統(tǒng)籌規(guī)劃設計符合低影響開發(fā)技術(shù)要求的道路高程、道路橫斷面、綠化帶及排水系統(tǒng)，變快速匯水為分散就地吸水，提高道路對雨水的滲滯能力。適合城市道路的LID設施，需從源頭到末端、地上與地下綜合考慮，源頭設施有透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留帶；中途設施有植草溝、滲管/渠；末端設施有雨水濕地、雨水塘等。

3.1 下沉式綠地

在道路的中央分隔帶設置下沉式綠地，可增加滲透面積，削減峰流量，截留污染物，有效減少洪澇災害。杭州市主城區(qū)大面土壤類型以黏性土為主，滲透系數(shù)在 0.005 m/d～0.1 m/d，可在綠地種植土中摻入爐渣等大顆粒媒介來提高滲透性。為避免積水對植物生長不利[6]，設計時應注意將綠地下沉深度控制在 50 mm～100 mm，且不大于 200 mm。道路綠化帶宜低于路面，道路雨水通過綠地綜合處置后方可溢流至雨水管道。

3.2 生物滯蓄

生態(tài)滯蓄設施是在地勢低洼區(qū)域(深約 3 cm～4 cm)種植當?shù)刂参铮ㄟ^植物截流、土壤過濾處理小匯流面積雨水，并對處理后雨水加以收集利用的措施，適用于周邊硬化率較高的城市道路綠化帶中。雨水生物滯留設施的蓄水層有效容積可參照下式[7]計算：

V=Afhm(1-fv)

其中：V—蓄水量，m3；

Af—綠化區(qū)域表面積，m2；

hm—最大蓄水高度，m；杭州亞黏性土區(qū)域可取 0.06 m；

fv—植物面積占有率，一般取0.3。

3.3 植草溝

植被淺溝應用廣泛，如在城市快速路中，將道路景觀綠化帶設計為植被淺溝，費用低且簡單高效。植草溝深度一般 50 mm～250 mm，長度宜大于 30 m，側(cè)面坡度不超過1∶3。新建道路工程要優(yōu)先考慮道路兩側(cè)植被淺溝設計，從而有效緩解路面徑流。

3.4 植被選擇

在景觀設計中植被一般采用喬-灌-草的結(jié)合形式，既能發(fā)揮良好的導入緩沖作用，也可以充分保障水資源的有效存儲[8]。杭州市雨量豐沛，重現(xiàn)期為一年的24小時最大降雨量在 53 mm～60 mm，因此適宜種植的植物的耐淹時間宜為 1 d～3 d。植草溝、植被緩沖帶地被植物，宜選取根系發(fā)達、葉莖短小、適宜密植的多種宿根草本植物組合。杭州城區(qū)道路適宜選用的木本植物有垂柳、楓楊、水杉、棕櫚、夾竹桃等，可應用于生物滯留設施、植被緩沖帶；草本植物有書帶草、結(jié)縷草、狗牙根等，可應用在植草溝、生物滯留設施中。

3.5 透水鋪裝

透水性鋪裝采用透水性地坪、透水路面、透水陶瓷路面磚、透水混凝土等，主要適用于廣場、停車場、非機動車道、人行道、車流量較少的道路及其他非重型車輛通過的路段。在場地條件允許的情況下，非機動車道、地面停車場和消防通道應采用透水鋪裝增加雨水自然滲透空間，可滲透地面面積比率不應低于40%。

透水磚路面一般用于居住區(qū)、公園的道路步行道，透水混凝土路面用于小區(qū)道路、非機動車道等，透水瀝青路面可應用于杭州快速路或高速公路，嵌草磚一般適用于低流量交通區(qū)域，如宅區(qū)間小路、建筑與小區(qū)人行道等。透水性路面下是經(jīng)特殊處理的沙石層，多空隙的結(jié)構(gòu)使路面的水能迅速下滲入地下泥土。透水鋪裝可以起到保留水分，緩解城市揚塵、降低地面平均溫度，減輕城市熱島效應等作用。

另外，透水鋪裝可結(jié)合預制裝配式排水路緣石，作為車行道和人行道透水路面的邊緣排水，透水路面中的雨水可沿著路面橫坡通過橫向雨水孔匯入側(cè)石中的縱向排水槽，最后集中排入雨水井。路緣石也可以設置豁口，開口寬度應滿足進水能力要求，一般不小于 45 cm，寬度過窄容易被樹葉、垃圾堵塞。路緣石豁口可以垂直，也可以呈45°，并在進水口處堆放卵石以防止土壤沖蝕。

3.6 排水設計

城市道路雨水通常匯流時間短，徑流量大，同時雨水中懸浮顆粒及油污、重金屬等污染物含量高。通過對杭州市天然降雨水質(zhì)實測，某些道路徑流污染物濃度較高，管網(wǎng)內(nèi)部污染非常嚴重，各項指標均嚴重超標，而且降雨期間水質(zhì)要劣于非降雨期間，說明降雨對管網(wǎng)水質(zhì)有一定的影響。對于徑流污染問題比較嚴重的地區(qū)，可以優(yōu)先選用雨水花園、濕式植草溝和植被緩沖帶等LID設施將雨水截污凈化后，排入城市綠地內(nèi)；對于綠化率低的高密道路，可設置截污式雨水口截留較大顆粒，減少管道沉積污染。

新建道路可采用環(huán)保型雨水口，設置在綠化帶內(nèi)，且雨水口高程宜高于綠地而低于路面；有條件場所道路排水可優(yōu)先采用植草溝排放；道路沿線可因地制宜建設集中式雨水調(diào)蓄設施、雨水生態(tài)塘或人工濕地，道路雨水可引入其中處理、儲存。對于城區(qū)內(nèi)已建道路低洼積水點應進行改造，充分利用周邊現(xiàn)有綠化空間，分散建設LID設施，減少匯入低洼區(qū)域的“客水”，立交橋橋面雨水落水管盡量接入綠地，管口應鋪設卵石層消能、散水；在周邊綠化空間較大的情況下，應結(jié)合周邊集中綠地、水體、砂石坑、公園、廣場等空間建設雨水調(diào)蓄、蓄滲設施。

4 杭州城區(qū)道路海綿建設實例

在杭州的一些市政建設工程中，關(guān)于“海綿城市”理論的應用，已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)，一個個“海綿樣本”正在走進市民的生活。

濱江區(qū)“最美跑道”聞濤路，是目前濱江區(qū)已竣工的系統(tǒng)的道路海綿工程。聞濤路位于智慧新天地附近約 3 km路段引入海綿設計理論，對道路和周邊地塊的降雨徑流全面進行海綿改造。通過在道路外側(cè)綠化帶采用雨水花園、植草溝、透水鋪裝的設計方案，讓雨水順著流向下沉綠化帶，成功蓄水，做到了“大雨不濕鞋”，完美解決“水老鼠”隱患。

下沙沿江景觀東區(qū)公園海綿小道上已建設了約 150 m2的透水路面和一整套雨水收集利用系統(tǒng)。透水路面采用了新型的結(jié)構(gòu)型透水磚做人行道鋪設，透水效果好，還不易堵塞，后期清理維護簡單方便。綠地下埋設 200 m3的PP模塊拼裝式蓄水池、20 m3PP模塊拼裝式清水池、埋地式雨水處理一體機和自動化控制噴灌系統(tǒng)。PP模塊拼裝的蓄水池施工簡潔、承壓能力強，蓄水效果良好，后期有需要時還可回收利用。埋地式雨水處理一體機不需要專門的機房，與蓄水池、清水池配套使用，凈化處理水質(zhì)效果顯著，出水水質(zhì)經(jīng)檢測達到國家《城市雜用水水質(zhì)標準》的要求。自動噴灌系統(tǒng)使用已凈化的雨水，用于周邊約 2 500 m2范圍內(nèi)綠地的自動澆灌。該項目自竣工以來已經(jīng)受住了汛期的多次強降雨考驗。

拱墅區(qū)密渡橋路位于杭州市中心繁華地段，人車流量較大，采用硅砂濾水石材鋪設人行道路面，路面下安裝蜂窩式多重結(jié)構(gòu)濾水的儲水結(jié)構(gòu)，并在底部鋪設透氣防滲砂。雨水經(jīng)過硅砂濾水石材表面下滲，經(jīng)過過濾后儲存在儲水結(jié)構(gòu)中，必要時可以用于道路沖洗、綠化灌溉、洗車、消防備用水源等。通過采用LID設施改造，有效節(jié)約了城市排水管道的鋪設，減少了市政排水管網(wǎng)的壓力及內(nèi)澇的風險。不僅如此，夏季硅砂濾水石材可使地面降溫10°左右，冬季升溫6°左右，小范圍地緩解了城市熱島效應。

5 結(jié) 語

在市政道路設計中，透水鋪裝路面作為匯水區(qū)域，景觀綠地作為滯留載體，給排水管網(wǎng)則是主要排水通道。基于海綿城市理念的市政道路設計應與園林、道路交通、給排水、建筑等專業(yè)相協(xié)調(diào)，是一個綜合性較強的課題。在今后的市政設計領域，市政單位需要在海綿城市理論指導下，加強對設計工作的深入研究，因地制宜，從而保證設計成果更加規(guī)范、合理。

在城市道路景觀綠化設計中，一般在道路機非分隔帶設置下沉式綠地、植草溝等，在綠化分隔帶設置生物樹池、生物滯留帶等。同時，道路綠化帶內(nèi)LID設施應采取必要的防滲措施，防止徑流雨水下滲對道路路面及路基的強度和穩(wěn)定性造成破壞。新建道路應結(jié)合紅線內(nèi)外綠地空間、道路縱坡及橫斷面設計、市政雨水排放系統(tǒng)布局等，優(yōu)先采用生態(tài)排水。已建道路可通過路緣石改造、增加植草溝、溢流口等方式將道路雨水徑流引到綠地空間，實現(xiàn)雨水滲、滯、蓄、凈后再排放。

另外，杭州的海綿城市建設應避免大拆大建，盡量減少養(yǎng)護難度大或養(yǎng)護費用高的海綿設施的使用，走精工出細活的路線，做“錦上添花”的事兒。在生態(tài)承受允許的情況下承擔海綿功能，達到景觀與功能的統(tǒng)一。