云南省高速公路海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)可行性分析

李佩佩

（云南省交通科學(xué)研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

近年來(lái)，云南省高速公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的跨越，截至2021 年底，云南高速公路里程突破1 萬(wàn)公里，而服務(wù)區(qū)作為交通的直觀窗口，其建設(shè)質(zhì)量、建筑外觀、設(shè)施完備、服務(wù)水平日益受到公眾的關(guān)注。傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)建設(shè)對(duì)原自然生態(tài)系統(tǒng)改變較大。建筑屋頂，尤其是路面等硬化鋪裝建設(shè)不僅極大降低了該區(qū)域的植被覆蓋率，也間接減少了生物多樣性。

海綿城市理念，強(qiáng)調(diào)城市應(yīng)對(duì)氣候變化時(shí)的韌性和彈性，在消除內(nèi)澇危害的同時(shí)，對(duì)水資源進(jìn)行合理分配利用，促進(jìn)雨水資源的有效開(kāi)發(fā)和環(huán)境生態(tài)保護(hù)[1]。海綿城市建設(shè)方式可簡(jiǎn)單概括為“滲、滯、蓄、凈、用、排”六字，分別代表著不同的建設(shè)方式和技術(shù)，需在不同情況下靈活運(yùn)用，統(tǒng)籌考慮其長(zhǎng)期性和復(fù)雜性[2]。

海綿城市理念在城市公路規(guī)劃設(shè)計(jì)中屢見(jiàn)不鮮，但在高速公路上的應(yīng)用較為少見(jiàn)。高速公路是線狀結(jié)構(gòu)物，里程和區(qū)域跨度較長(zhǎng)，尤其在云南省，高速公路橫跨氣候帶是常有之事。但不同生態(tài)環(huán)境在服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)較少，服務(wù)區(qū)排水不暢及暴雨造成的管道涌水時(shí)有發(fā)生[3]。本文將海綿城市建設(shè)理念融入服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)中，研究其徑流衰減效力和調(diào)蓄能力，為后續(xù)服務(wù)區(qū)排水系統(tǒng)設(shè)置及中水回用模式啟用提供理論依據(jù)。

1 海綿城市建設(shè)途徑

海綿城市的建設(shè)途徑主要有三個(gè)方面：

一是對(duì)原有生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的保護(hù)，最大程度地保護(hù)其河流、湖泊等生態(tài)敏感區(qū)不被破壞。存留足夠的涵養(yǎng)水源，維持其原有的自然水文特征，這是海綿化建設(shè)的基本要求。

二是生態(tài)恢復(fù)和修復(fù)。在傳統(tǒng)模式下，已經(jīng)遭受破壞的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行生態(tài)手段修復(fù)，并維持一定比例的生態(tài)空間。

三是低影響開(kāi)發(fā)。按照對(duì)城市生態(tài)環(huán)境影響最低的開(kāi)發(fā)建設(shè)理念，合理控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，在城市中保留足夠的生態(tài)用地，控制城市不透水面積比例，最大限度地減少對(duì)城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)根據(jù)需求適當(dāng)開(kāi)挖河湖溝渠、增加水域面積，促進(jìn)雨水的積存、滲透和凈化[4-5]。

2 低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)

低 影響開(kāi)發(fā)（Low Impact Development，LID）指在場(chǎng)地開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用源頭、分散式措施維持場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前的水文特征，也被稱為低影響設(shè)計(jì)（Low Impact Design，LID）。LID 設(shè)施是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)的主要設(shè)施，通過(guò)“滲、滯、蓄、凈、用”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)綜合目標(biāo)。滲：通過(guò)地表滲透技術(shù)，減少地表徑流，凈化初期雨水，包括透水鋪裝、綠色屋頂?shù)取壕哂袦p少?gòu)搅髁俊⒔档蛷搅魉俣取p緩雨水峰值出現(xiàn)等作用，包括下沉式綠地、雨水濕地、調(diào)節(jié)塘等。蓄：具有雨水儲(chǔ)存功能的集蓄利用設(shè)施，同時(shí)也具有削減峰值流量的作用，包括自然水體、蓄水池等。凈：凈化水體、減少污染，包括人工濕地、雨水濕地等。用：主要針對(duì)水資源缺乏地區(qū)，有效利用、節(jié)水減排，包括中水回收池、雨水罐等[6-7]。

3 案例分析

3.1 服務(wù)區(qū)總體情況

3.1.1 氣候條件

以云南省臨滄市鎮(zhèn)康縣某服務(wù)區(qū)為例。鎮(zhèn)康縣屬低緯山地南亞熱帶季風(fēng)氣候[8]，主要?dú)夂蛱攸c(diǎn)為大部分地區(qū)氣候較熱、日照充足、霜期短、四季不明顯、雨量充沛、干濕季分明、立體氣候顯著。年平均氣溫18.8℃，年平均降雨量1585.8mm，年平均相對(duì)濕度81%，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季如春。境內(nèi)最高海拔2978m，最低海拔510m。

3.1.2 建設(shè)面積概況

該服務(wù)區(qū)距離鎮(zhèn)康縣南傘鎮(zhèn)約9.76km，建設(shè)地點(diǎn)位于互通立交兩側(cè)。 兩側(cè)規(guī)劃建設(shè)面積約133324.12m2，其中總建筑面積共9412.84m2，建筑占地面積共4716.28m2，包括綜合服務(wù)樓、停車(chē)位、加油站、維修間等。左側(cè)服務(wù)區(qū)用地面積約為66662.06m2，綠地率約39.62%，綠地面積約26410.77m2；右側(cè)服務(wù)區(qū)用地面積約為66662.06m2，綠地率約37.31%，綠地面積約24873.77m2。總體綠地面積約為51284.54m2，綠地率為38.46%。

3.1.3 服務(wù)區(qū)地形地貌分析

該服務(wù)區(qū)整體高程趨勢(shì)為由北向南逐漸增高，最高點(diǎn)位于服務(wù)區(qū)出口處，高程為1123.80m；最低點(diǎn)位于服務(wù)區(qū)進(jìn)口處，高程為1116.30m。地表平均坡降為1.81%。坡度較陡，路面徑流走向與地形特征如圖1所示。

圖1 服務(wù)區(qū)地形

3.2 服務(wù)區(qū)降雨特征分析

3.2.1 年平均降雨量分析

由于服務(wù)區(qū)地處臨滄市鎮(zhèn)康縣，氣候類型為低緯山地南亞熱帶季風(fēng)氣候。根據(jù)氣象資料顯示，鎮(zhèn)康縣2000—2021 年年平均降雨量約為1294.07mm，其分布如圖2 所示。

圖2 年平均降雨量分布曲線

由圖2 可知，該地區(qū)雨水充沛，年降雨量低于1000mm 的年份僅2003、2005、2021 年。最大降雨量為2016 年1855.47mm，最小降雨量為2021 年938.78mm。但是，地區(qū)年平均降雨量波動(dòng)較大，分布不均勻。

3.2.2 旱雨兩季雨量分析

旱季一般為12 月—次年5 月，雨季一般為6—11月。該地區(qū)2000—2021 年旱雨兩季月均降雨量如圖3所示。可以看出，地區(qū)降雨大部分在雨季產(chǎn)生，雨季降雨規(guī)模約是旱季的2～9 倍，因此雨季產(chǎn)生的地表徑流是迅速的，且雨水峰值出現(xiàn)的速度較快、峰值較高。如果服務(wù)區(qū)排水設(shè)計(jì)僅采用“快排”模式，則極易發(fā)生路面積水及管道一部分涌水現(xiàn)象。

圖3 旱雨兩季降雨分布

3.3 服務(wù)區(qū)方案設(shè)計(jì)

3.3.1 方案設(shè)計(jì)選取

方案以降低成本為目的，選取下沉綠地、瀝青透水路面、雨水花園、透水路面四種設(shè)施進(jìn)行服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)效果如圖4 所示。

圖4 海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)方案

3.3.2 降雨徑流量及調(diào)蓄容積計(jì)算

按照海綿城市建設(shè)技術(shù)指南提供的容積法計(jì)算方式，低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施以徑流總量和徑流污染為控制目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)施具有的調(diào)蓄容積一般應(yīng)滿足“單位面積控制容積”的指標(biāo)要求。設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積一般采用容積法進(jìn)行計(jì)算，如式（1）所示：

式（1）中：V——設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；

H—— 設(shè)計(jì)降雨量，mm，參照降水要求為20.01mm；

?——綜合雨量徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2。

按照公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量，如式（2）所示：

式（2）中：Q——設(shè)計(jì)徑流量，m3/s；

q——平均降雨強(qiáng)度，mm/min；

φ——徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2。

其中平均降雨強(qiáng)度由式（3）確定：

式（3）中：q——平均降雨強(qiáng)度，mm/min；

P——降雨重現(xiàn)期；

t——匯流歷時(shí)。

按式（1）～式（3）的計(jì)算公式，采用重現(xiàn)期P=1，H=40mm；P=0.1，H=70mm；P=0.05，H=90mm 的日降雨量進(jìn)行初始設(shè)計(jì)時(shí)的地表徑流量及海綿化設(shè)計(jì)后徑流量計(jì)算，具體數(shù)值如表1-3 所示。

由表1-3 可知，在鋪設(shè)透水路面后，地表粗糙系數(shù)增大，徑流系數(shù)減小。地表排水由“快排”模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈陀绊懩Ｊ健５乇韽搅髁靠捎稍瓉?lái)的6.62m3/min 銳減到3.92m3/min，降雨徑流量縮減比例平均可達(dá)50%以上，根據(jù)式（1）計(jì)算得到的實(shí)際調(diào)蓄容積為1395.89m3，改造后設(shè)施調(diào)蓄容積為1115.86m3，符合年徑流總量控制率80%的要求。雨水徑流減少不僅可以減輕路面排水壓力，還能減弱或消除管道涌水現(xiàn)象。

表1 初始凈流計(jì)算

4 結(jié)語(yǔ)

海綿化服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)以海綿城市建設(shè)為藍(lán)本，區(qū)別于傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)剛性設(shè)計(jì)，加大區(qū)域內(nèi)面對(duì)氣候變化的韌性和彈性。優(yōu)先利用其自身天然的排水系統(tǒng)，充分發(fā)揮廣場(chǎng)綠地、透水路面、綠化屋頂?shù)仍O(shè)施對(duì)雨水的滲透、吸納、緩釋作用。將徑流總量作為海綿服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)的總體控制目標(biāo)，通過(guò)對(duì)改造前后徑流總量的對(duì)比可得到：進(jìn)行海綿化設(shè)計(jì)后，區(qū)域降雨徑流量減少比例為50%，調(diào)蓄容積減少比例為20%，減排效果顯著。根據(jù)地區(qū)地形地貌、環(huán)境特性，具有針對(duì)性地對(duì)服務(wù)區(qū)進(jìn)行海綿化設(shè)計(jì)是可行的，且在減緩雨水外排壓力的同時(shí)，積極利用雨水資源，形成服務(wù)區(qū)綠色循環(huán)模式，實(shí)現(xiàn)建設(shè)與自然相協(xié)調(diào)。

表2 改造后凈流計(jì)算

表3 改造前后徑流量對(duì)比