基于低影响开发的市政道路雨水系统的研究

王玉娜，商博源

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东 济南 250101）

0 引言

为贯彻落实习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路及中央城镇化工作会议精神，大力推进海绵城市建设工作。在山东省、济南市两级政府及相关部门的大力支持下，通过济南市各个建设部门的共同努力，济南市以总分第二的成绩成功入围首批“国家海绵城市建设试点城市”。

济南地处低山丘陵与冲积平原的交接带上，属于北方坡地与平原复合型城市，试点海绵城市建设有着得天独厚的自然条件和良好基础。探索总结济南市坡地与平原复合型城市现代雨水控制利用系统构建，选择具有典型代表意义的示范区，有助于济南市将海绵城市理念融入城市建设中，逐步解决城市泉水枯竭、洪涝多发、水源不足及水质污染等主要突出问题。

该次研究以华山片区建设为契机，在华山湖形成之前，根据“海绵城市”建设要求，对湖区周边市政道路按照低影响开发要求，提出适应雨水收集及排放的科学、绿色建设方案。

1 低影响开发的概述

2014年10月,住房和城乡建设部贯彻习近平总书记讲话及中央城镇化工作会议精神，正式发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》（下文简称《指南》）。《指南》中指出，低影响开发指在城市开发建设过程中采用源头削减、中途转输、末端调蓄等多种手段，通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术，实现城市良性水文循环，提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，维持或恢复城市的“海绵”功能。根据“海绵城市”低影响开发雨水系统构建的要求，形成具有地方特色的低影响开发建设模式下的道路系统，是对下阶段片区道路建设任务的特殊要求。既要满足道路本身的交通功能，也要具有雨水收集、同雨水系统相协调的合理结构[1]。

构建低影响开发雨水系统，规划控制目标一般包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等。各地应结合水环境现状、水文地质条件等特点，合理选择其中一项或多项目标作为规划控制目标。鉴于径流污染控制目标、雨水资源化利用目标大多可通过径流总量控制实现，该次环湖路低影响开发雨水系统构建采用年径流总量控制率作为规划控制目标[2]。

2 低影响开发雨水系统方案设计

该次研究的范围为环湖路，环湖路位于济南市滨河新区的华山片区。济南市滨河新区位于济南市北部（见图1），北侧紧临黄河，是济南未来城市发展的主要方向。华山片区位于整个滨河新区的东部，北至济青高速公路，东南至小清河，西南至二环东路。

图1 华山片区位置示意图

2.1 道路雨水系统

片区内雨水出口主要为周边河道和主要道路的雨水系统。而环湖路的雨水系统则随坡就势，最终分别排入片区内三个河道。

2.2 低影响开发研究雨水系统

（1）华山片区的建筑用地占总用地的60%以上，所以首先要从源头上实施低影响开发设施，先采取有效措施控制好建筑与小区。建筑与小区低影响开发设施应建设有效的进水及转输设施；建筑与小区低影响开发设施应设置溢流排放系统，并与城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统有效衔接。

（2）道路的低影响开发设施系统主要采用的措施有采用透水的人行道铺装层和开级配的碎石基层形成人行道的透水结构，使雨水从结构层下渗，最终渗入土基，在源头上减少雨水径流；红线范围内的绿地含绿化分隔带、树穴等，建设下凹式绿化分隔带、树穴，井底汇流速度，延缓峰现时间。道路红线外侧在地势低洼地带建设雨水调蓄池、雨水罐，或利用华山湖天然水系调蓄。

（3）片区内建筑与小区的径流排放量通过建筑与小区的低影响开发设施后，剩余径流部分汇入道路，而雨水经过道路时其本身收集的经过道路的低影响开发设施系统后，与建筑小区剩余的雨水一同流入道路雨水系统。环湖路雨水系统随坡就势，最终排入周边河道。

然而所有雨水排放口在入河道之前采用初期雨水处理井分离泥沙、漂浮物及油污等。经过初期雨水处理井初步处理后的雨水，经过分层次、有梯度的生态净化湿地，水质得到进一步提升后，最后进入周边河道。

片区水网汇集雨水于小清河，再经小清河流向大海。小清河与园内水系相连，片区水系提供了蓄洪、泄洪功能。园区边界设有水闸，用于管理调配园内外水系。

3 低影响开发设施

城市道路径流雨水应通过有组织的汇流与转输，经截污等预处理后引入道路红线内、外绿地内，并通过设置在绿地内的以雨水渗透、储存、调节等为主要功能的低影响开发设施进行处理。低影响开发设施的选择应因地制宜、经济有效、方便易行。

3.1 下沉式绿化带

机非分隔绿化带改造为下沉式绿化带，绿化带路缘石每隔一定间距设置一组开口路缘石，便于雨水自快车道进入绿化带；路缘石开口处下沉式绿化带种植土顶面标高低于机动车道25 cm，有效蓄水深度25～50 cm。雨水在透水非机动车道及人行道渗、滞后，多余雨水再通过漫流进入下沉式绿化带，如图2所示。

图2 下沉式绿化带示意图（单位：cm）

3.2 透水铺装

透水路面[3]是一种生态型环保路面，在保证良好路用性能的同时，又具有透气透水、吸声降噪、提高汽车行驶的安全性和舒适性等优点，使得透水路面的生态性能日益受到重视，有着广阔的应用前景。

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如图3所示，人行道采用透水结构。人行道为透水混凝土花砖+干硬性水泥砂浆，人行道基层为具有足够强度、透水性和水稳定性的大孔隙水泥稳定碎石+级配碎石。其中大孔隙水泥稳定碎石有效孔隙率应不小于25%。

3.3 生态湿地

华山历史文化湿地公园规划为以湿地景观为特色，构建城市绿色基础设施，即建设以湿地为基质的服务于城市的绿色基础设施，具备城市排洪、雨水净化处理、生物栖息等多样化的综合功能。结合华山历史文化湿地公园景观规划，建造一个以水过程为核心的生态基础设施来保存和改善雨洪管理，使水成为重建健康生态系统的活化剂。湖区串联溪流、坑塘、湿地和低洼地，形成一系列蓄水池和不同承载力的净化湿地，构建完整的雨水管理和生态净化系统[4]。

图3 人行道示意图（单位：cm）

4 雨水入湖水质控制排放

华山片区现状水系均为雨污混流，水质污染严重；现状水系纵横交错、相互连通，严重影响入湖雨水的水质。该次主要通过现状河道截污和采用初期雨水处理井的措施以提升排水的水质[5]。其中初期雨水处理井主要作用是分离泥沙、漂浮物及油污等；经过初期雨水处理井初步处理后的雨水，经过分层次、有梯度的生态净化湿地，水质得到进一步提升后，最后进入河道。

5 雨水年径流总量控制指标分解

5.1 雨水年径流总量控制指标概述

根据《指南》中我国大陆地区年径流总量控制率分区图，济南市位于分区中的Ⅳ区，如图4所示，控制率在70%～85%。通过对济南市气象站提供的近30年20-20时逐日降水量资料（不包括降雪），统计分析得出济南市年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系，如图5所示。同时可分别计算出济南市不同设计降雨量对应的年径流总量控制率及不同年径流总量控制率对应的设计降雨量，分别见表1和表2。综合以上统计结果，达到指南中要求控制率在70%～85%对应的设计降雨量为 23.1～42.1 mm[1]。

图4 我国大陆地区年径流总量控制率分区图

图5 济南市年径流总量控制率与设计降雨量之间的关系

表1 济南市不同设计降雨量对应的年径流总量控制率

表2 济南市不同年径流总量控制率对应的设计降雨量

通过对试点区域降雨资料的分析并结合华山片区环湖路内部及周边地形地貌、土壤性质、开发强度、水资源分布状况等特点，道路实现年径流总量控制率不低于70%，对应的设计降雨量不小于23.2 mm，作为低影响开发设施的控制目标。

5.2 控制指标分解

低影响开发设施以径流总量和径流污染为控制目标进行设计时，设施具有的调蓄容积一般应满足“单位面积控制容积”的指标要求。设计调蓄容积一般采用容积法进行计算：

式中：V为设计调蓄容积，m3；H为设计降雨量，mm，取23.2 mm；ψ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2。

5.2.1 计算道路综合雨量径流系数ψ

环湖路道路综合雨量径流系数见表3。

表3 环湖路道路综合雨量径流系数分析表

5.2.2 计算调蓄容积

（1）控制容积：V=10HψF道路总面积=10×23.2×0.55×438 263/10 000=5 592.2（m3）。

（2）单位面积控制容积：V=10Hψ=10×23.2×0.55=127.6（m3）。

（3）设计调蓄容积：V=12 273.75 m3。

综上所述，环湖路低影响开发雨水系统构建采用年径流总量控制率作为规划控制目标。结合地形地貌、土壤性质、开发强度、水资源分布状况等特点，道路实现年径流总量控制率不低于70%，对应的设计降雨量不小于23.2 mm，作为低影响开发设施的控制目标。按照容积法核算控制调蓄容积若大于设计调蓄容积，则此方案达到控制目标。

6 结语

在市政道路中推广和应用低影响开发建设模式，加大城市径流雨水源头减排的刚性约束，优先利用自然排水系统，建设生态排水设施，充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使道路所在片区开发建设后的水文特征接近开发前，有效缓解区域内涝、削减区域径流污染负荷、节约水资源、保护和改善城市生态环境，为建设具有自然积存、自然渗透、自然净化功能的海绵城市提供重要保障。