廣州海綿城市道路建設效果評估的應用和探討

溫卓瑜

(廣州廣檢建設工程檢測中心有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

海綿城市,指在適應環境的變化和應對雨水帶來洪澇災害等方面具有良好的彈性,也稱為“低影響開發雨水系統構建”,是城市雨洪管理新概念。下雨時能夠蓄水、吸水、滲水、凈水,等到需要時可以將蓄存的雨水釋放并加以利用,達到雨水在城市中自由遷移的效果,以實現自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發展方式[1]。

海綿城市建設是指通過海綿設施對雨水進行滲透、滯蓄,減少地面雨水徑流,使地區出現暴雨時,能緩解雨水管網壓力,減少地區積水現象,提高防洪能力,實現雨水“慢排”[2]。其中海綿設施包括雨水花園、下沉綠地、透水鋪裝等。

海綿城市建設效果評估是體現海綿城市建設質量和功能性完整的重要措施和手段,通過評估指標計算、現場踏勘等方式,反映海綿城市系統及單項設施的合理性。

1 海綿城市(城市道路)建設內容

城市道路的雨水徑流,通過各單項設施在綠地內積存、滲透、凈化等為功能系統的低影響開發設施進行處理后經雨水管道排入水系[3],見圖1。

1.1 海綿城市(城市道路)單項設施

透水鋪裝指既能滿足本身的強度和耐久性的要求,又能使雨水通過本身滲入下部土壤或埋設的盲管,以減少硬質鋪裝路面雨水徑流系數的設施[4]。

生態樹池指用來收集、初步過濾初期雨水的種植池,土壤的表面比相鄰鋪裝面低一些,可凈化徑流雨水,還可以在土壤層設置排水層來增加雨水的滲透能力。

下凹式綠地指可積蓄、下滲自身和周邊雨水徑流的低勢綠地,比周邊路面低20 cm左右,具有調蓄和凈化徑流雨水的效果。

生物滯留帶指地勢較低的區域,通過植被、土壤和微生物系統滯留、滲濾、凈化徑流雨水的設施[5]。

植草溝指種有植被的地表淺溝,通過溝內的植被和土壤收集、輸送、排放并凈化徑流雨水的設施,有轉輸型植草溝、干式植草溝和濕式植草溝。

雨水花園指種植耐勞耐旱植物的底洼區域(深約5 cm～30 cm),通過土壤、植物和微生物系統蓄滲、凈化徑流雨水的設施。

1.2 海綿城市(城市道路)系統建設

不透水鋪裝機動車道相鄰人行道或自行車道,不透水鋪裝機動車道與相鄰側分帶小于2.0 m,流程圖見圖2。

不透水鋪裝機動車道與不小于2.0 m側分帶或不小于3.0 m主輔分隔帶相鄰,流程圖見圖3。

人行道、非機動車道可采用以下形式,見圖4,圖5。

2 海綿城市(城市道路)建設評估要點

廣州市海綿城市建設道路與廣場指標如表1所示。

表1 廣州市海綿城市建設道路與廣場指標內容[6]

2.1 單項評估要點

1)匯水范圍內的豎向設計;2)透水鋪裝;3)設施的規模、單項設施海綿效果可達性分析;4)設施溢流口設置及豎向是否合理;5)建設項目海綿城市指標計算;6)設施與上下游排水系統銜接。

2.2 系統評估要點

1)雨水在建設工程內部的徑流組織;2)建設工程整體的雨排水系統、建設工程與紅線外的上下游排水系統銜接是否合理;3)建設工程整體海綿效果可達性分析。

3 工程實例

3.1 海綿城市建設效果分析

以廣州市某項目城市道路為例,對建設項目海綿城市指標進行計算。

3.1.1 綜合徑流系數

綜合徑流系數按下墊面類型的加權平均計算見式(1):

(1)

其中,ψ為綜合徑流系數;F為匯水面積,m2;Fi為匯水面上各類下墊面面積,m2;ψi為各類下墊面的徑流系數。

1)開發前綜合徑流系數。本項目開發前下墊面以農田、綠地為主,輔以非鋪砌的土路面、水體。根據《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建》,分別確定各類下墊面雨量徑流系數的取值然后進行加權平均計算,求得項目綜合徑流系數。具體計算過程如表2所示。其中田地按照覆土綠地(覆土厚度小于500 mm)取值。

表2 項目建設前綜合徑流系數計算表

2)開發后綜合徑流系數。項目開發后,下墊面類型包括綠化、人行道、非機動車道、機動車道,綠化分為下凹式綠地和普通綠化,人行道和非機動車道都有透水部分和非透水部分,分別確定各類下墊面的綜合雨量徑流系數取值,求得項目綜合徑流系數,見表3。

表3 項目開發后綜合徑流系數計算表

本項目開發后的綜合徑流系數0.67,開發前的綜合徑流系數0.44,項目開發后的綜合徑流系數大于開發前。

3.1.2 規劃調蓄容積

項目所在廣州市區域年徑流總量控制率為72%時,對應設計降雨量為31.5 mm;按照年徑流總量控制率計算需配置的調蓄容積按式(2)取值:

V=10HφF=10×31.5×0.67×120.24=25 376.65 m3

(2)

其中,H為設計降雨量,對于廣州地區,徑流總量控制率取72%時,H取31.5 mm;φ為場地綜合雨量徑流系數;F為匯水面積,ha。

因此,本項目年徑流總量控制率計算需配25 376.65 m3調蓄容積。

3.1.3 設計調蓄容積

根據《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建(試行)》第1(2)條第3)、4)點的規定,透水鋪裝只參與綜合雨量徑流系數的計算,其結構內的空隙容積一般不計入總調蓄容積見式(3)。

控制容積V=綠地面積×蓄水深度×孔隙率

(3)

本項目區域內雨水調蓄措施為下凹式綠地,下凹式綠地設計低于周邊地面和道路,根據土壤滲透性能和植物耐淹性能下凹深度取200 mm,考慮到結構放坡等因素,下凹深度計算時取值100 mm;種植土層蓄水深度1.2 m,孔隙率25%～35%,計算時孔隙率取值25%;礫石層蓄水深度0.3 m,孔隙率35%～45%,計算時孔隙率取值35%,見表4。

表4 工程設計調蓄容積

因此,本項目設計調蓄容積為43 578.12 m3,大于規劃需配置25 376.65 m3的調蓄容積,調蓄容積滿足要求。

3.1.4 年徑流總量控制率

本項目設計調蓄設施容積為43 578.12 m3,由總控制容積公式V=10H4F反推:

H=43 578.12/10/120.24/0.67=54.09 mm。

對應設計雨量為54.09 mm,年徑流總量控制率約為90%,滿足規劃72%的年徑流總量控制率要求。

3.1.5 綠地率

本項目規劃總用地面積1 202 423.2 m2,綠地面積110 862 m2,綠地率為9.22%。

3.1.6 下沉式綠地率

本項目一般綠地面積110 862 m2,下沉綠地面積約86 293.3 m2,下沉式綠地率為77.84%,滿足規劃不少于50%的下沉式綠地率指標要求。

3.1.7 人行道透水鋪裝率

本項目人行道總面積為294 587.3 m2,其中透水鋪裝面積為219 065.2 m2,人行道透水鋪裝率為74.36%,滿足規劃不少于70%的人行道透水鋪裝率指標要求。

3.1.8 徑流污染消減率

項目所在區域徑流污染削減率要求不小于49%。

在城市徑流污染物中一般用SS(懸浮物)作為徑流污染物的控制指標,低影響開發雨水系統的年SS總量去除率一般可以達到40%～60%。根據《海綿城市建設技術指南-低影響開發雨水系統構建》(試行),可査各個措施的削減率,如表5所示,年SS(懸浮物)總量去除率可用下述方法進行計算。

表5 低影響開發設施的污染物去除率

年SS(懸浮物)總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發設施對SS的平均去除率;其中低影響開發設施對SS的平均去除率,計算公式見式(4):

(1-ψi)Fi/∑[(1-ψi)Fi]×單項設施去除率

(4)

本項目低影響開發設施主要為透水鋪裝、下沉綠地,根據表5本項目的年SS總量去除率計算見表6。

表6 本項目徑流污染削減率計算表

通過計算面源污染總削減率(%)=0.9×∑AiBi/A得本項目年徑流污染削減率為 77.21%,滿足規劃不少于50%的年徑流污染削減率指標要求。

3.2 建設工程項目系統性評估

項目區設置下凹式綠化帶較多,從車行道、非機動車道等路面雨水經下凹式綠地收集后,部分雨水滲入土壤,其余雨水經綠地蓄滿水后溢流進入雨水口,后排入市政雨水管網。下凹式綠地能夠蓄滯部分雨水,其余雨水能夠依靠自流順利被雨水管道收集,能夠保障雨水排入市政雨水管網。且紅線內建設范圍內與紅線外的上下游排水系統銜接合理。整體的雨排水系統、建設工程與紅線外的上下游排水系統銜接合理。

本項目建設項目規劃總用地面積1 202 423.2 m2,綠地面積110 862 m2,其中下凹式綠化帶面積為86 293.3 m2,下沉式綠地率達77.84%。場地內設置下凹式綠地、透水鋪裝吸納、蓄滲雨水,并有效控制場地內的雨水徑流;雨水通過道路的坡度匯流引入周邊下凹式綠地下滲。本項目海綿建設條件有利,海綿城市設計效果可達性高。

3.3 結論及建議

綜合上述,本項目海綿城市參數符合廣州市海綿城市建設評估要求,項目建設范圍內全部按照海綿城市專項設計圖紙施工,下沉綠地低于路面,雨水可有效匯入海綿設施,達到控制徑流效果,建設評估通過。

相關建議如下:

1)下凹式綠地設施低于周邊地面,行人存在踏空的安全問題,特別是1.5 m綠化帶,建議建設單位或者運營單位適當增加護欄或者顯著的安全警示標志。

2)下凹綠地、透水鋪裝設施含有截污能力,同時也意味著存在更加容易存污堵塞的情況,建議建設單位和運營單位應建立健全低影響開發設施的操作規程和維護管理制度,運營維護需要到位。

3)后續應加強宣傳教育和引導,提高公眾對海綿城市建設、低影響開發、內澇防治等工作中雨水控制與利用重要性的認識,鼓勵公眾積極參與低影響開發設施的建設和運行。

4 結語

本文根據海綿城市建設內容,結合指標計算,提出了海綿城市建設效果評估方法。以廣州某道路工程為背景,通過現場踏勘核查了各項海綿設施的面積并計算了該項目各評估要點指標值,給出了海綿城市建設效果評估結論與建議。本文可為海綿城市建設效果評估工作提供指導作用。