海绵城市概念在城市排水设计中的应用微探

邓 婷

(华设设计集团股份有限公司，江苏 南京210000)

海绵城市是一个全新的概念，它的提出为城市内涝问题的解决及雨水回收再利用提供了理论支撑。在城市道路排水设计中，可对海绵城市的理念和方法加以合理运用，通过透水性路面、绿化带的设置，对自然降雨进行收集和存蓄，从而避免积水影响交通通行，大大提升了城市交通的通行能力。

1 海绵城市的基本要素

海绵城市是一种理念较为先进的水资源管理方法，归属于新一代城市雨洪管理概念的范畴。具体是指通过各种技术措施的合理运用，使城市具有海绵的特性，在降雨时，对雨水进行吸、蓄，借助净化处理的方法，在需要时加以利用，解决城市内涝问题，提高水资源利用效率。海绵城市的基本要素包括渗水、蓄水、滞水、净水、用水。

1.1 渗水

早期修建的城市道路，基本上采用的都是硬质路面结构，这种路面不具备渗水能力，需要通过排水设施排除自然降雨引起的路面积水。当排水设施出现问题，或是遇到强降雨时，路面便会严重积水。而海绵城市能够使降雨直接渗入到路面以下，可达到补充地下水的效果。利用绿色屋面，能够起到净化雨水的效果，同时，雨水经路面下渗的过程中，会得到过滤，通过回收可以再利用，实现节约用水的目标。具有典型性和代表性的技术措施有透水沥青、透水铺装层等。

1.2 蓄水

蓄水是海绵城市的重要功能，即对自然降雨进行存蓄。雨水作为主要的水资源，通过蓄水模块的设置，如蓄水池等，可以存储大量的雨水，并在需要时加以利用，在节水的基础上，提高水资源的利用效率。

1.3 滞水

自然降雨时，会产生一定的径流量，海绵城市的滞水，可以使雨水有效滞留，由此可达到减少径流量的目的。如，采用改变地形地貌的方法，使雨水从相应设施流过时，流速变慢、流量变小。常见的滞水设施有雨水花园、雨水塘、植草沟等。

1.4 净水

雨水落到地面上会受到一定程度的污染，无法直接利用，必须经过净化处理后，才能对雨水进行再利用。海绵城市中的雨水净化系统由以下几个部分组成：土壤渗透净化、人工湿地净化等。

1.5 用水

海绵城市收集、存蓄雨水的最终目的是为了再利用，充分发挥出水资源的再次利用的价值，对于常年缺水地区意义重大。收集的雨水可用于以下场合：绿地灌溉、抽水马桶、洗车、消防、景观用水等等。

2 海绵城市概念在城市排水设计中的应用

2.1 海绵城市关键技术

2.1.1 透水铺装技术

(1)技术特点。透水铺装最为突出的特点是适用范围广、便于铺设，能够对高峰时的水流量起到一定的缓解作用，可补充地下水资源。

(2)设计要求。在透水铺装层进行设计时，必须满足结构稳定性的要求，当建设区域内的路面强度不足时，应当采用半透水铺装层；设计透水铺装层时，要求土壤具有一定的渗透性，否则要加装排水板；建设区域内存在地下工程时，需要增加排水层，且覆土厚度应当超过60cm。

2.1.2 蓄水池

蓄水池的主要用途是收集雨水，并存储起来，经过净化处理后，加以利用，是城市供水系统的辅助设施。

(1)技术特点。蓄水池具有结构多样性的特点，能够与城市排水系统进行有效衔接，可避免蚊蝇滋生，有利于改善生态环境，对水资源，尤其是地下水，具有保护作用。

(2)设计要求。要将蓄水池建设在高程适当的地方，修建蓄水池的场地必须地势平坦，地层要具有良好的致密性，不漏水；不可将蓄水池建在节理裂隙发育的部位。

2.1.3 生物滞留技术

生物滞留就是利用各种生物，如植物、微生物等对水资源进行保留，依托道路边坡、绿化带等设施，对雨水进行回收再利用。生物滞留设施的构造情况如图1所示。

图1 生物滞留设施结构示意图

(1)技术特点。生物滞留能够保护自然生态环境，通过技术与景观的融合，以不同的形态呈现；滞留设施易于控制。

(2)设计要求。在城市当中，雨水汇聚区承载的水量较多，污染相对比较严重，对其中的雨水回收时，必须先初步过滤，去除其中的杂质；利用相关植被，对雨水进行沉淀。具体设计时，要采取有效的措施对路基加以保护。

2.1.4 植草沟

(1)技术特点。植草沟一般都是设置在道路不透水区域旁，常被作为生物滞留储水措施，能够与雨水管线配合，植物覆盖沟槽，更容易与周围环境形成整体，前期投资少，后期维护费用低，不会受到场地的限制。

(2)设计要求。设计植草沟时，边坡的坡度应当控制在1：3以内，且纵坡不得超过4%；最大流速要控制在80cm/s以内。

2.2 设计实例

为便于研究，以某城市XX区内的道路工程实例为依托，对海绵城市概念在城市排水设计中的应用进行论述。

2.2.1 工程概况

XX城区内共有78条道路，总长度约为109.25km。道路由机动车道、人行道等组成，其中机动车道的路面结构形式为沥青混凝土面层、水稳碎石基层；部分支路的路面为水泥混凝土材质；人行道全部采用普通混凝土砖。本次利用海绵城市理念和技术，对该区内的道路进行改造升级，共分两个阶段进行，第一阶段改造31条道路，第二阶段改造47条。下面重点对道路排水设计中海绵技术的运用进行分析。

2.2.2 道路现有问题

本次研究区域内的道路工程全部都是以交通量为设计依据，可满足车辆的通行要求。道路设计中，未对生态环境保护加以充分考虑，导致该方面存在问题。现有道路的路面结构以沥青砼、水泥砼为主，混凝土本身并不具备透水能力，自然降雨时，雨水会积聚在路面上，需要利用设置在道路上的排水设施排除雨水。当地7-8月常常会出现强降雨天气，导致路面大量积水，引起区域内涝，车辆在积水的路面上行驶，安全事故发生几率增大。该城区在规划时，要求市政道路采用统一的铺装层，铺装材料为混凝土砖，不具备透水性，道路整体设计较为简单，并未融入生态理念，绿化带与机动车道分体，横纵坡设计不到位，容易引起积水现象。

2.2.3 排水方案设计

本次城区道路改造工程中，引入海绵城市理念，本着工程造价最低、环境影响程度最小的原则，以横纵坡度控制为前提，以改善道路渗透水能力为立足点，以消除路面积水现象为目标，实现道路全方位升级。设计时将机动车道、非机动车道、人行道、绿化带形成有机的整体，共同处理路面积水。人行道原有的混凝土砖全部更换为透水性铺装层，机动车和非机动车道，改用透水沥青砼和透水水泥砼路面，将绿化带设置在道路中央位置，借助绿化带中的植物，降低雨水流量。将生态滞留带设置在机动车与非机动车道之间，雨水经过绿化带进入排水沟。具体的设计方法及要点如下：

(1)机动车道的设计方法。机动车道是道路的重要组成部分，它的宽度超过非机动车道和人行道的总和，本次对机动车道进行改造升级设计时，为减少后续工程量，使原机动车道的宽度保持不变，将绿化带设置在机动车道两侧。设计过程中，需要对土壤的入渗状况加以分析，据此为设计提供参考。采用霍尔顿模型，以当地的自然降雨情况为基础，对入渗率变化加以分析。当自然降雨的渗入速率在10.2-76.2的区间范围内变化时，衰减常数取4.14，经计算排干雨水的时间大约为72h。以雨水的入渗分析结果作为参考依据，对地面径流情况加以计算，在道路适宜的位置处设置路缘石开口，设计立式雨水篦子。在降雨的初期阶段，雨水落入路面后，会经雨水篦子进入到绿化带内，当土壤达到饱和状态时，溢出的雨水会流入雨水管，并排出路面，避免积水。对机动车道的结构采用三层设计，上层设计为透水沥青砼，中层和下层均为不透水层，降雨后，雨水透过沥青砼下渗后，从设置在中下层中的排水盲沟流入分隔带内积蓄。

(2)人行道的设计方法。本次对人行道的设计引入海绵城市理念，选用透水性材料，替代原有的混凝土砖。在地下设置排水管道和蓄水池，使雨水通过人行道能够下渗，实现调节路面积水量的目标。为使人行道更加美观，选用全透明的透水性铺装层，依据道宽加装储水模块，具体如图2所示。

图2 人行道排水设计示意图

(3)绿化带的设计方法。经改造升级后的道路路面，全部铺设透水性材料，由此能够确保路面积水顺利从雨水口排至绿化带内。为发挥出绿化带积蓄和过滤雨水的作用，可在设计时，铺设一层厚度适宜的栽培土，与透水管配合可达到过滤雨水的效果。导流系统可结合实际设计，强降雨引起路面大量积水时，通过导流系统能够蓄积雨水。设计绿化带内的植物景观时，要充分考虑水循环问题，可将降雨量和蒸发量作为主要参考依据，设计与之相应的具有渗透性功能的绿化带，并保证宽度适宜。为增强绿化带的渗水和蓄水效果，可以选用透水性能较好的材料，如新型透水砖等，并在道路两侧种植耐旱植物，在辅助排水的前提下，美化道路。

(4)路缘石与边沟的设计方法。在设计道路路缘石时，可将道路面积作为主要依据，选择比地面略高的路缘石，并采用打孔的方式，解决水流缓慢的问题。雨水口位置处的路缘石，必须加装拦污篦子，防止杂物过多造成排水口堵塞，影响雨水排出。设计边沟时，可以采用上文中的植草沟，在确保道路美观性的基础上，净化雨水。按照道路所在地的地势条件，对植草沟的长度和宽度进行合理设定，当植草沟设置在低洼区域时，可适当增大边高。

3 结束语

综上所述，海绵城市在解决路面积水问题方面具有显著的效果。为此，可在城市道路排水设计中，引入海绵城市的理念和方法，结合实际情况，对机动车道、人行道以及绿化带进行合理设计。未来一段时期，要加大相关技术的研究力度，通过优化和改进，使技术更加完善，更好地为城市排水工程服务。