海绵型城市片区路网排水设计要点

杨 阳

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

0 引言

我国正处在城镇化快速发展时期，城市建设取得了显著的成就，但同时开发强度高、硬质铺装等问题导致城市的下垫面硬化程度加剧，改变了片区的原有的水文特征和自然生态本底，导致了水环境污染和水安全的缺乏保障等问题。

推进海绵城市建设，对新建城区要以海绵城市建设的目标为导向统筹规划建设，从而实现“小雨不积水，大雨不内涝，水体不黑臭，热岛有缓解“的目标。该设计采用数学模拟的方式对片区路网的排水进行核验，得出该设计排水管网满足当地防洪排涝要求的结论。

1 工程概况

该项目包含3条道路。道路1为城市主干道；道路2和道路3为城市次干道。结合片区雨水规划，该项目新建雨水管道根据道路及地形走势进行雨水收集，排入规划及现状河道内。海绵措施超标雨水直接排入新建后的雨水系统中。该海绵城市设计中从水安全、水环境、水生态等方面综合考虑，采用卵石防冲层、生物滞留设施、人行道透水铺装等措施实现海绵各项指标。

2 政策及规划指导

结合当地排水防涝设施建设规划对内河、排水设施、内涝防治措施进行梳理，发现存在问题，根据新规范、新标准进行重新规划，见表1。

表1 《海绵城市建设交通基础设施技术指引》交通基础设施海绵城市规划设计目标

3 现状分析

3.1 竖向分析

本次新建道路地势较平坦，道路1标高为2.5m~4.55m；道路2标高为2.32m~4.72m；道路3标高为2.54m~3.88m。

3.2 下垫面分析

按传统开发强度，新建后道路下垫面情况见表2。

表2 道路下垫面情况分析

4 设计原则

4.1 因地制宜

结合自然地理条件、水文地质特点、降雨规律等实际情况，综合考虑水安全、水环境、水生态的现状及经济可行性等因素，将问题导向与目标导向相结合，科学确定海绵城市建设目标和建设策略，合理选用海绵设施。

4.2 灰绿结合

坚持绿色基础设施与灰色基础设施结合，统筹兼顾功能性与经济性，综合提升城市排水防涝能力，改善水生态环境。

4.3 实用美观

结合功能要素与景观要求，构建实用美观的海绵系统，营造绿色宜居环境。

考虑到本次主体项目为道路项目，根据对城市道路基本功能及主要技术条件的分析，结合海绵城市建设中对城市道路低影响开发提出的总结分析现有工程经验，本道路低影响开发的设计应遵循以下原则：1）系统建设、协调道路涉及的各专业，共同完成还蛮城市建设目标。2）以实现水安全、水生态、水环境目标为主，水资源目标为辅。3）道路海绵城市建设不应影响道路交通和管线承载功能，不影响道路结构安全。4）道路海绵城市建设与区域总体规划、控制性详细规划以及相关专项规划为主要依据，并与之协调。

5 设计目标分析

5.1 排水防涝目标

根据当地海绵城市专项规划中相关内容内涝防治标准为Ⅱ类：近期为30年一遇24小时设计暴雨1天排完，远期为50年一遇24小时设计暴雨1天排完。

5.2 雨水管网目标

根据当地海绵城市专项规划雨水管渠设计标准为二类：一般地段按5年一遇的标准规划雨水管渠，重要地段按10年一遇的标准规划雨水管渠，特别重要地段按30年一遇规划标准规划雨水管渠，该项目雨水管渠设计暴雨重现期为5年。

5.3 水生态-年径流总量控制率

本次道路横断面均为侧分带树池、中分带、人行道、非动车道及机动车道。三条路侧分带为树池，根据景观需求，树池内需种植乔木类行道树。本次设计中年径流总量控制率根据《XX市海绵城市建设交通基础设施技术指引（试行）》中交通基础设施海绵城市规划设计目标，见表3。

表3 交通基础设施海绵城市规划设计目标

5.4 水环境-年径流污染控制率

因市政道路路面污染较严重，同时道路年径流总量控制率指标较低，结合《XX市海绵城市建设交通基础设施技术指引（试行）》中未对年径流污染控制率指标提出要求，该指标不作为主要指标。

6 总体设计

基于现状，以上位政策文件、规划、试点经验为指导，全面评估海绵型道路建设的意义，根据《XX市海绵城市专项规划》对应海绵城市控制指标分区体系，制定适合海绵型片区路网建设的目标与指标，并以此为基础开展海绵型道路绿化和海绵协同设计、融合建设。具体项目技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

道路范围内雨水经道路横坡、纵坡组织后汇入道路雨水口，最终汇入雨水系统，最后排入河道，地面雨水径流组织→雨水系统→河道水系。

为实现年径流总量控制率指标要求，本次设计中将树池进行连通，中间做成下沉式，有效收集路面径流，一般路段4座树池进行连通，局部因管廊分支口等须引出构筑物处不进行连通；部分路段及部分中分带采用下沉式绿化分隔带形式。

为便于雨水排入，同时充分利用雨水树槽内调蓄空间，每两座树池间都需要设置路缘石开口，下沉式绿化分隔带每20m设置一处开口。保障用水安全，雨水树槽及下沉式绿化分隔带内均设置溢流雨水口，溢流雨水口标高高于雨水水槽及下沉式绿化分隔带0.2m，预留0.1m安全水深，超标雨水通过导流盲管及溢流雨水口汇入雨水系统。道路全线人行道采用透水砖铺装，非机动车道采用透水沥青铺装，具体参见路基路面工程。

根据调蓄需求，雨水树槽和下沉式绿化分隔带调蓄水深为0.20m，安全高度为0.1m，非机动车道上雨水树槽和下沉式绿化分隔带较设计机动车道地面下凹0.3m，中分带内下沉式绿化分隔带较中分带绿化标高下凹0.3m；纵向上雨水树槽和下沉式绿化分隔带纵断面与道路设计纵断面保持一致，随道路线型起伏布置。为了保障排水安全，在每块雨水树槽和下沉式绿化分隔带均设置溢流雨水口，超过溢流水位的雨水经溢流雨水口进入雨水系统。

6.1 道路范围内雨水径流组织

为保障道路及两侧地块范围内水安全，须对雨水径流进行组织后排放，首先分析道路范围内雨水径流组织。

由人行道、非机动车道、机动车道，局部路段有侧分带组成，路面雨水经道路横坡进行汇集，汇入雨水口后直接排入雨水系统内。

6.2 雨水系统

雨水系统经改造后，满足重现期5年的要求，局部隧道段重现期满足30年要求，能有效保障道路及地块水安全。

6.3 河道

河道水系须按照规划横断面进行清淤及开挖。

6.4 选用海绵措施简介

针对水安全的问题，该设计选用以下措施。

因道路面层污染较多，为降低市政道路面源污染对河道水系造成的影响，本次设计中雨水口采用环保雨水口（双篦），有效去除SS等污染。

下沉式绿化分隔带自上而下为蓄水层、种植土层、填料层、砾石层：1）蓄水层。下沉式绿化分隔带蓄水层高度取200mm。2）种植土厚度取300mm，一般由砂、堆肥和壤质土混合而成，渗透系数≥1×10m/s，本次采用40%种植土+40%粗砂+20%椰糠（按体积算）。3）填料层。砂层，渗透系数不小于150mm/h，厚度为350mm，下铺透水土工布，防止土壤颗粒进入砾石层。4）砾石层。由直径不超过50mm的砾石组成，厚度为200mm，在其中埋置DN200mm导流盲管，经过渗滤的雨水由导流盲管收集进入排放系统。砾石层上方包裹土工布，防止土粒进入砾石孔隙发生堵塞，以保证渗透顺利，下包防渗膜，将雨水尽快排入雨水管道；防渗膜规格为800 g/m，断裂强度≥14 kN/m，CBR顶破强力≥2.5 kN，耐静水压0.4MPa。土工布与防渗膜搭接宽度不少于150mm。

雨水树槽的结构层与下沉式绿化分隔带一致，用于将树池进行连续，收集车行道及人行道径流雨水。

人行道采用5cm透水砖+2cm DSM15干硬性水泥砂浆+15cm C20无砂大孔混凝土+15cm级配碎石垫层。透水砖的透水系数不应小于1.0×1.0cm/s，用于铺筑人行道的透水砖其防滑性能（BPN）不应小于60，耐磨性不应大于35mm。透水砖位于人行道，透水砖强度等级：抗压强度平均值≥40MPa，单块最小值≥35MPa，抗折强度平均值≥5MPa，单块最小值≥4.2MPa。

非机动车道采用4cm细粒式彩色透水沥青砼+18cmC20无砂大孔混凝土+15cm级配碎石垫层+地基。用于透水基层的级配碎石集料压碎值不应大于26%，塑性指数应小于6，级配碎石的空隙率宜大于10%，级配碎石的级配范围应符合《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190）表4.4.2的规定。大粒径透水性沥青混合料（LSPM）的公称最大粒径不宜小于26.5mm，级配范围及技术要求应符合《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190）表4.3.3-1、表4.3.3-2的规定。透水沥青路面边缘设置纵向排水设施，透水路面结构的排水设施应与市政排水系统相连。

为将机动车道雨水汇入雨水树槽及下沉式绿化分隔带内，须将路缘石进行开口。为充分利用雨水树槽内调蓄体积，雨水树槽内每两棵树之间均需设置开口，便于路面水引入；下沉式绿化分隔带每隔20m设置一处开口。

下沉式绿化分隔带、雨水树槽内敷设DN200透水盲管，透水盲管采用开孔PVC管，开孔孔径0.5cm，孔隙率为3%。

下沉式绿化分隔带内布置溢流雨水口，溢流口标高高于下沉式绿化分隔带或雨水树槽底部0.2m，超标雨水溢流至雨水管网，溢流口标高低于机动车道路面标高0.1m，保障道路排水安全。溢流雨水口采用砖砌。

为避免路面雨水对绿化带内土层的冲刷，在路缘石开口处设置PVC消能沉淀池，内部填充卵石。

为了监测雨水外排流量，评估海绵城市改造效果须在道路雨水排出管出口增加雨水流量计和水质监控装置。监测设备监测的数据均需能实时监测及传输数据，便于搭建大数据平台。根据海绵城市示范区监测网络构建技术要求，在雨水排出口设置：流量计和SS检测仪。待后期建成运维后，建议将检测成果和数值模拟的成果进行比对，率定参数，更准确、尺度更大地进行模拟。

6.5 建模步骤

该工程排水模型的构建采用INFOWORKS ICM软件，建模步骤主要如下：1）管线、节点数据录入。将本次设计范围内雨水管管长、管径、管底高程以及检查井的地面高程、检查井深度等空间数据与属性数据导入INFOWORKS ICM系统。2）汇水区划分。根据本次设计雨水管道系统图进行汇水区域的划分。3）校核雨水管道排水能力。

基于上述步骤，完成该工程模型搭建，包括雨水检查井559个，出水口18个，雨水管长度约16.66km。

6.6 管流模型

该工程道路横坡2.0%，雨水口设置于侧分带或人行道边缘，雨水口为边沟平篦雨水口，本次采用单一坡度边沟水力条件计算雨水口入流。

式中：系数K=3/8=0.375；S为道路纵向坡度；S为道路横坡；为横向路面淹水宽度；=/S，为侧边石处水深；为曼宁粗糙系数，沥青路面取0.013。

式中：K为经验常数，取0.752。

该工程采用边沟平篦式雨水口，采用单一横断面坡度边沟的雨水口入流方程。

6.6.1.3 边沟正面流与边沟总流的比值

式中：为边沟总流量，m/s；Q为在篦子宽度（W）上的正面流量，m/s；为篦子宽度，m；为边沟水面拓展，m。

6.6.1.4 篦子正面截流量与正面总流之比，即正面截留效率R

式中：K为经验常数，取0.295；为边沟流速（m/s）；为在越流开始产生时的临界边沟速度（m/s）。

6.6.1.5 篦子侧面截留量与侧面总流之比，即侧面流效率R

式中：K为经验常数，取0.0828；为篦子长度（m）。

该工程道路低点平篦雨水口截留能力采用堰流公式计算。如公式（1）所示。

式中：Q为截留能力，m/s；为平篦周长，未包括靠近边石一侧的边长，m；C为平篦堰流系数，取1.66；为雨水口靠近侧边石处的水深，m。

6.7 模拟结果

结果显示，在30年一遇24h长历时设计雨型条件下，本次设计范围内部分雨水管超负荷满载，其余雨水管均能有效进行排水；同时，设计范围内仅有一处积水点，积水深度最深9cm，通过模型模拟，该积水点在5min内将积水排出，参考当地防洪排涝要求，本次设计范围均为内涝低风险区；且满足发生=30年一遇的设计降雨时，保证道路中一条车道的积水深度不超过15cm，积水时间控制在1h内的规划要求。改造后雨水管道无内涝风险。

需要注意的是本次设计为片区新建工程，如果遇到老路改造项目，还需要进一步对该部分管道采用CCTV等手段进行检测，确定管道的结构是否完整、管道是否淤堵等情况，以便确定该部分管道是否能继续利用。

7 结论

片区路网是城市的重要组成部分，也是雨水径流的重要来源，其设计理念是否得当将影响区域的自然生态水环境和城市的可持续发展。该设计根据道路沿线不同路段的情况，因地制宜地采用多种措施，达到了海绵城市设计的目的，也达到了设计指标要求。该设计采用数学模型模拟的方式对易涝点进行分析，得到了该设计满足防洪排涝规划要求的结论。在后期海绵城市的运行和维护中，还需要注意结合海绵城市监测设备的反馈，对各个海绵城市设备进行实时调整和更新，达到海绵城市建设的目的。同时，在今后的片区路网海绵城市设计中，除了当地的防洪排涝规划及海绵城市规划外，还应该结合海绵城市系统化方案进行设计。