LID理念在市政道路排水设计中的应用

王永华，张 明

(1.合肥志诚工程设计咨询有限公司，安徽，合肥 230088；2.安徽工程大学 建筑工程学院，安徽 芜湖 241000)

近年来，随着气候环境的变化，暴风雨等极端天气频发，强降雨导致城市内涝，交通局部瘫痪，“城市看海”现象时有发生，破坏了城市水生态和水环境，甚至危及人民群众生命财产安全。实践证明，按照传统模式建成的城市排水体系已无法满足城市发展需要，引进低影响开发(Low Impact Development,LID)理念，优化城市排水系统设计势在必行。

1 国内外城市雨水管理研究应用进展

1.1 国外城市雨水管理研究应用进展

西方国家早在20世纪初就开始研究城市雨水管理系统，经历了早期、点源治理和暴雨管理等阶段。德国开发的“洼地-渗渠”雨水管理系统，是将雨水在低洼草地上储存一段时间，或在渗渠中长期储存，使得水分可以充分下渗；美国研制的“Leaky Areas”地下回灌系统主要是增加雨水天然入渗能力。城市下垫面的改变，导致雨水径流量增大。国外相继提出了一系列雨水管理模式，详细如表1所示。由表1可知，20世纪90年代，美国提出“低影响开发(LID)”理念，在马里兰州成功实践后，很快被世界各国广泛应用。LID理念旨在尊重自然，尽可能恢复开发区域原有水文状况，最大限度地减少城市开发建设对自然环境的破坏，寻求城市建设与环境保护的平衡。

表1 国外雨水管理模式对比分析

1.2 国内城市雨水管理研究应用进展

在我国低影响开发理念被提出相对于发达国家较晚。近年来，我国城市化进程步伐加快，城市下垫面大幅硬化，导致雨水洪峰流量增加、径流系数增大、面源污染负荷加重，内涝频发，环境短板问题凸显。因此，2011年，国家将LID列为“十二五”水专项重大课题进行研究；2013年，国务院发布通知要求以低影响开发为基础进行洪涝治理，强调LID建设的重要性、必要性和紧迫性；2014年，住房和城乡建设部发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》，明确海绵城市建设标准和目标要求；2015年，遴选了16座城市作为全国首批海绵城市建设试点市。目前，我国海绵城市建设已有不少成功案例，建成后的海绵设施在暴雨管理、内涝防治、面污染控制及生态环境修复等方面发挥了积极作用。然而，国内应用研究还处在LID单一措施适建性模拟上，特别是在市政道路排水系统建设契合度上尚有较大改善和提高空间。

2 LID理念优化道排设计技术路线

在市政道路排水工程设计中引进LID理念，降雨时既能有效削减地表径流、控制面源污染、回补地下水，又能对部分雨水进行收集、净化和利用。人行道上层铺设透水步道砖，车行道上层铺设新型透水性材料，机动车道两侧设置截污式环保型雨水口，机非、人非隔离带设置下沉式绿地和生态树池，超量雨水通过开孔路缘石排入下沉式绿地，技术路线如图1所示。

图1 市政道路LID理念优化设计应用技术路线图

3 引进LID理念优化宣城市凌阳路排水工程设计

市政道路通常包括机动车道、非机动车道、人行道和绿化带等部分。传统道路设计路面不透水，绿化带高于路面，降雨路面容易积水，暴雨极易产生内涝；初期雨水直排受纳水体，还会造成面源污染。因此，市政道路设计时必须在满足市政道路功能的前提下，将低影响开发理念嵌入道路设计中。

设计时在充分考虑宣城市所处地理位置、气象气候、凌阳路沿线及周边地形、地貌、水文地质、自然环境等因素的基础上，经过技术经济多方案比选论证后确定：①机动车道两侧设计截污式环保型雨水口；②人行道路面设计透水铺装；③车行道上层采用透水沥青等新型材料；④人行道与非机动车道之间设生态树池，树池间及机非车道间均设下沉式绿地，下沉式绿地内设溢流井；⑤路缘石改成开孔立缘石；⑥路幅总宽按照60 m设计，沿中心线对称布置12.5 m(机动车道)+6 m(下沉式绿地)+5 m(非机动车道)+3 m(生态树池及下沉式绿地)+3.5 m(人行道)。道路横断面及LID设施布置如图2所示。

3.1 人行道设计

传统人行道设计采用不透水路面，无法实现地下水有效补给，下雨时容易产生湿滑和积水，影响人行道舒适性，还会引发热岛效应，加上雨水长期冲刷、腐蚀路面，导致道路结构稳定性易遭破坏，威胁交通安全。按照LID理念设计能有效调节路面的湿度和温度，涵养地下水源，保障通行安全，降低噪声污染。因此，凌阳路设计时选用透水系数≥2.0×10cm/s、抗压强度≥30 MPa、抗折强度≥3.5 Mpa、防滑性能(BPN)≥65、保水率≥0.6 g/cm、外观质量、力学与物理性能符合《透水路面砖和透水路面板》(GB/T25993-2010)及《透水砖路面技术规程》(CJJ/T188-2012)要求的节能环保型透水步道砖。人行道透水铺装效果图以及人行道透水铺装结构图分别如图3、图4所示。下雨时雨水自然下渗，超量雨水沿人行道2%横坡排入人非隔离带(下沉式绿地)；为了便于排水，人行道纵坡设计控制在2.5%以下，路拱横坡控制在1.0%～2.0%之间，若路基土壤透水性差，则在基层设计DN50-150排水管。

图2 凌阳路道路横断面图(单位：mm)

图3 人行道透水铺装效果图 图4 人行道透水铺装结构图

3.2 车行道设计

车行道设计是保证行车安全的首要环节。凌阳路车行道竖向设计分为上层、中层和基层，上层采用的是40～60 mm粒式透水沥青混凝土，中层采用密实型沥青混凝土，基层和中层之间布设非透水性材料，防止雨水侵蚀路基；纵坡设计控制在0.3%～6%，路拱横坡控制在1%～1.5%，便于雨水径流快速排入雨水口和下沉式绿地；雨水口选用截污式环保型雨水口，间距布置在50 m以内，起到快速收集初期雨水，拦截固体杂质作用；雨量增大，雨水径流穿过开孔路缘石排入下沉式绿地。

3.3 下沉式绿地设计

下沉式绿地既能缓解行车视觉疲劳，又能净化空气、美化环境，还能吸纳地表径流，过滤净化雨水，涵养水源，回补地下水。按照LID理念，将绿化带建成天然蓄水池，改善绿地土壤结构成分，保障滤水效果和水资源高效利用。凌阳路机非车道间设置6 m宽下沉式绿地为隔离带；人行道与非机动车道间设置行道树和行道树之间的下沉式绿地作为隔离带。绿地下沉深度根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定，通常为5～20 cm。绿地上层铺设适合植被生长、厚度为20～50 cm的种植土；中层采用40 cm碎石换填；下层可铺设输水管。

下沉式绿地设渗透溢流井(或溢流管)，溢流口高度位于路面与绿地之间，超标积水自流进入溢流井(或溢流管)，排入市政雨水管。渗透溢流井可下渗雨水，回补地下水。绿植应根据当地水文、气候、土壤及周边环境和景观要求等条件，因地制宜，合理选择。

3.4 附属设施设计

(1)生态树池。凌阳路将传统行道树树池设计成生态树池，有助于修复生态系统，改善生态环境。树池平面设为方形，边长不小于1.5m，树池内种植土下凹，便于雨水向树池汇集、储存和渗透。树池之间设计下沉式绿地，如图5所示。

图5 生态树池及下沉式绿地剖面图(单位：mm)

(2)路缘石。路缘石通常是设在路面与其他构造物之间的标石，在城市道路分隔带与路面之间、分隔带边缘、行车道右侧边缘常需设路缘石。

凌阳路按新型开孔路缘石设计，外型尺寸为矩形，长、宽、厚分别为75 cm×35 cm×12.5 cm，上层为厚6.5 cm普通混凝土，下层为厚6 cm多孔混凝土复合浇筑而成，背面外侧沿长度方向设5 cm×3 cm贯通内凹缺口孔涵，作用是将地表径流引入水池，浇灌花木，积蓄雨水，节约水资源。

(3)截污式环保型雨水口。凌阳路雨水口设计成截污式环保雨水口，该雨水口分为截污间和溢流间，其中，截污间主要是存储初期雨水、拦截树枝落叶等杂质，减小雨水面源污染对受纳水体影响，结构如图6所示。

4 LID理念应用效果评价

4.1 径流系数

根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》，结合当地气候、水文及凌阳路下垫面等实际，合理选取径流系数。

按照传统方式设计，人行道和车行道均不透水，树池间不设绿化带，机非分隔带绿化带高出路面10～20 cm，则人行道(包括行道树)和车行道径流系数取0.9，年径流总量控制率为10%；绿化带径流系数取0.5，年径流总量控制率为50%。

按照LID理念设计，人行道径流系数取0.35，年径流总量控制率为65%；下沉式绿地(包括生态树池)径流系数取0.25，年径流总量控制率为75%；车行道径流系数取0.8，年径流总量控制率为20%。

图6 截污式环保型雨水口(单位：mm)

4.2 雨水综合控制率

(1)传统方式设计。雨水综合控制率为

(10%×3.5+10%×3+10%×5+50%×6+10%×12.5+10%×12.5+50%×6+10%×5+10%×3+10%×3.5)/60=18%。

(2)应用LID理念设计。雨水综合控制率为

(65%×3.5+75%×3+20%×5+75%×6+20%×12.5+20%×12.5+75%×6+20%×5+75%×3+65%×3.5)/60=41.75%。

凌阳路排水系统设计采用透水铺装、生态树池、下沉式绿地、渗透溢流井、截污式环保型雨水口等LID设施后，市政道路径流控制率由传统方式设计的18%提高到41.75%，减少了道路红线范围内的外排径流量，降低了初期雨水对受纳水体的污染。

5 结语

传统雨水排水系统是“以排为主”，而LID理念则是建设生态排水系统，防控城市洪涝灾害、控制面源污染、综合利用雨水资源。凌阳路建成后分析表明，市政道路排水工程设计引进低影响开发理念，不仅有效降低外排径流量，充分利用雨水资源，涵养地下水源，缓解热岛效应，而且实现了面源污染控制，改善了城市的生态环境。