海绵城市理念在城市道路建设中的应用

陈国华， 郑二洋， 郭欣欣

(1.珠海大横琴城市新中心发展有限公司， 广东 珠海 519000；2.湖南省交通规划勘察设计院有限公司， 湖南 长沙 410200)

0 引言

近年来，城市排水系统的建设落后于城市快速扩张的需求，且极端天气现象日趋频繁，内陆看“海”已屡见不鲜，给我国城市经济发展带来不可估量的损失。不仅如此，城市水环境恶化也在全国范围内加剧[1]。因此，治理城市排水、水环境问题变得十分迫切。

城市发展过程中不透水面积快速增加，城市排水问题往往体现在排水管网末端对降水滞纳能力不足。在极端降雨情况下，雨水快速由排水管网向主要排水通道汇集，给主要排水通道带来巨大压力，致使城市排水系统阶段性瘫痪，影响城市的正常运行。为解决这一问题，我国专家学者提出了“海绵城市”的城市排水体系建设理念[2]。“海绵城市”顾名思义就是城市能够像海绵一样具有良好 “弹性”，在恶劣天气下，可将雨水迅速收集并蓄存。近年来，在北京、天津等地试点建设海绵城市获得了成功，其中天津市曾遭遇最强降雨，滨海新区部分地带出现积水和内涝，但中新生态城正是由于坚持“海绵城市”的设计理念，才免遭暴雨的威胁[3]。海绵城市建设理念的有效应用，极大地缓解了极端情况下雨水流量峰值过大的问题。

相关研究表明，海绵城市的建设主要通过加强排水管网末端对降水的滞纳能力，有效降低了主排水通道的流量峰值，从而增加了城市排水系统的抗风险能力[4]。此外，海绵城市建设所依赖的湖滨带、河滨带等生态工程对城市径流的水质也有改善效果。

目前，海绵城市建设理念在全国的应用实践研究尚处于起步阶段，特别是在城市道路建设中的应用相对缺乏。本文基于珠海市香洲区道路建设工程，研究了城市道路建设中海绵城市理念对排水系统和城市水质的提质增效，旨在为今后海绵城市理念在城市道路建设中的应用提供借鉴。

1 工程概况

南湾大道改造工程项目位于珠海市香洲区，改造起点位于通航二路与南湾大道交叉口，终点为洪屏二路与南湾大道交叉口，道路等级为城市主干路，设计速度为60 km/h，道路全长约4 919 m，道路红线宽度为50 m。

本项目在道路两侧红线外设置生物滞留草沟，在人非共板路侧每隔20 m左右设置一处过水暗涵。降雨时，机动车道雨水通过路缘石开口进入过水暗涵后汇入生物滞留草沟，经过下渗、过滤，再通过盲管排入市政雨水管道；同时在生物滞留草沟设置内溢流雨水口，当滞留草沟蓄水深度超过0.2 m时，雨水经溢流雨水口进入溢流井，排至市政雨水管[5-6](见图1、图2)。

图1 项目排水技术路线图

图2 项目排水标准平面布置图

2 研究方法

2.1 设计标准

2.1.1年径流总量控制率

根据《珠海市海绵城市规划设计标准与导则》(试行)[7]，本次改造道路年径流总量控制率要求达到50%，即对应设计降雨量为15.1 mm。

2.1.2年径流污染去除率

本次改造道路雨水年径流污染去除率应达到35%(以总可溶性固形物TSS 计)。

2.1.3内涝防治标准

本次改造道路能有效应对不低于50 a一遇24h设计暴雨。

2.2 汇水分区划分

汇水分区的划分是建设海绵城市的基础。本项目设置的生物滞留草沟段道路汇水区包括道路南、北半幅及道路两侧红线外3 m绿带。

2.3 海绵城市设计

2.3.1透水铺装设计

透水铺装不仅能有效防止城市内涝及缓解热岛效应，还能大幅提升城市道路形象[8-9]。本项目在非机动车道、人行道采用透水铺装，其下敷设有沿道路纵向软式透水管(自上而下结构层见图3)。由于珠海市地下水位较高，为防止地下水渗透路基，透水铺装一般不宜采用全透型设施。因此，本项目在透水铺装下部采用不透水土工布，将路面下渗雨水通过φ80透水软管引入溢流井，进而排至市政雨水管道[10]。

图3 海绵城市透水铺装排水图(单位： cm)

2.3.2生物滞留草沟设计

路面雨水由过水暗涵排入生物滞留草沟后，在生物滞留草沟的生物、化学、物理等过程共同作用下，一方面能够有效延缓地面径流、降低内涝风险，另一方面能够净化初期雨水并减少初期雨水对流域水体的面源污染[9]。本项目在道路两侧用地红线外布置3 m宽生物滞留草沟，其结构层自上而下主要为20 cm蓄水层+60 cm种植土层(见图4)。

图4 生物滞留草沟设计图

2.3.3其他设施设计

2.3.3.1 溢流雨水口设计

道路两侧的生物滞留草沟内采用圆形溢流雨水口，间距为30～40 m。在溢流口周围散铺卵石，卵石粒径采用6～9 cm，其对沉淀杂质、缓冲径流有一定作用。

2.3.3.2 过水暗涵设计

为了使路面径流雨水快速流入到生物滞留草沟内，人非共板路段每隔20 m设置一处过水暗涵，尺寸为0.6 m0.16 m。

3 结果与讨论

3.1 雨水年径流总量控制率校核

当海绵设施调蓄容量V2大于径流总量控制率所对应的径流控制总量V1，则海绵设施能够有效控制设计范围内的降雨量不外排。其中V1、V2可由下式计算：

V1=F·h·Φ

(1)

V2=Vx+Vb

(2)

式中：F为低影响开发控制区域面积，m2；h为对应年径流总量控制率下降雨强度，mm；Φ为综合径流系数；Vx为海绵设施蓄水空间内的储水量，m3；Vb为生物滞留草沟设施填料层空隙的储水量,m3。

经计算，径流总量控制率为50%的径流控制总量为V1=2 530.4 m3，海绵设施调蓄容量V2=2728.1 m3。因此，径流总量控制率为50%的径流控制总量V1小于海绵设施调蓄容量V2，即海绵设施对径流的调蓄容量满足珠海保税区海绵城市建设的控制指标(50%)的要求[7]。

3.2 年径流污染去除率校核

根据珠海市地方标准[7]可知，透水铺装的平均水质中的悬浮物SS去除率为80%～90%；初期雨水经生物滞留草沟内植被处理后，可去除约35%～90%的SS。其中SS去除率可由下式计算：

年SS总量去除率=年径流总量控制率×

海绵设施对SS的平均去除率

(3)

经计算，本项目年SS总量去除率可达到42%，满足珠海市海绵城市建设的控制指标(35%)的要求[7]。

3.3 防涝能力分析

结合道路竖向设计及相关规划，选择道路低点作为评价参考点。在50 a一遇重现期的降雨强度下，当汇水分区产生的全部汇水径流到达最低点时为防涝最不利时刻。对该时刻的径流总量与设计管道排水能力计算对比，通过对最不利参考点的评价来判断道路发生内涝的风险。其中内涝风险点计算如下：

Q3=Q1-Q2

式中：Q3为内涝水量；Q1为降雨量；Q2为设计雨水管道泄流量。

当Q3>0，内涝点存在内涝风险，需设置排涝管道；Q3≤0，即无内涝风险。

经计算Q3<0，即雨水管道泄流量均能满足50 a一遇内涝防治标准，因此本项目道路范围内不存在内涝点。

3.4 维护与管理

为了确保海绵城市长期发挥作用，需要对海绵设施定期保养，具体措施如下： ①定期检查透水铺装透水能力，当渗透能力大幅下降时，应采用冲洗、负压抽吸等方法及时进行清理；②定期对生物植草沟内植物修剪及补种，并定期清除杂草、垃圾与沉积物；③定期检查出入口和溢流口是否堵塞，及时清除阻塞物。

3.5 重难点分析

本项目为市政道路改造工程，沿线相交道路较多、地下管线错综复杂，导致项目存在以下重难点：①本项目现状管线较多，管线迁改设计需综合考虑近远期规划并预留相应管位；②排水管道设计时不仅要考虑暴雨重现期影响，还要对海绵设施及城市内涝进行分析计算，对不满足要求的管径及时进行调整；③海绵设施对外界环境表现出明显的脆弱性，同时人们对海绵设施的运行维护意识较薄弱，因此需要加强定期维护与管理。

4 结语

构建海绵城市时，需因地制宜地考虑降雨和生态环境，选用适合本地区的技术路线和措施，将绿色与灰色基础设施相结合，打造“蓄、渗、滞、净、用、排”的海绵理念，这样不仅能够保证水体安全，还能从源头上解决水环境污染问题，从而极大程度地改善水生态环境。

本文从源头减排、排涝除险等方面入手，在道路范围内设置海绵设施，解决道路雨水径流和收集部分客水，从而达到控制径流、净化水质的目的；并利用道路绿地空间实现低影响开发的目标。旨在为市政道路海绵城市建设提供创新思路，进而建立一个工程与环境、人类与自然相和谐的现代化生态城市。