广州海绵城市道路建设效果评估的应用和探讨

温卓瑜

(广州广检建设工程检测中心有限公司,广东 广州 510000)

0 引言

海绵城市,指在适应环境的变化和应对雨水带来洪涝灾害等方面具有良好的弹性,也称为“低影响开发雨水系统构建”,是城市雨洪管理新概念。下雨时能够蓄水、吸水、渗水、净水,等到需要时可以将蓄存的雨水释放并加以利用,达到雨水在城市中自由迁移的效果,以实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式[1]。

海绵城市建设是指通过海绵设施对雨水进行渗透、滞蓄,减少地面雨水径流,使地区出现暴雨时,能缓解雨水管网压力,减少地区积水现象,提高防洪能力,实现雨水“慢排”[2]。其中海绵设施包括雨水花园、下沉绿地、透水铺装等。

海绵城市建设效果评估是体现海绵城市建设质量和功能性完整的重要措施和手段,通过评估指标计算、现场踏勘等方式,反映海绵城市系统及单项设施的合理性。

1 海绵城市(城市道路)建设内容

城市道路的雨水径流,通过各单项设施在绿地内积存、渗透、净化等为功能系统的低影响开发设施进行处理后经雨水管道排入水系[3],见图1。

1.1 海绵城市(城市道路)单项设施

透水铺装指既能满足本身的强度和耐久性的要求,又能使雨水通过本身渗入下部土壤或埋设的盲管,以减少硬质铺装路面雨水径流系数的设施[4]。

生态树池指用来收集、初步过滤初期雨水的种植池,土壤的表面比相邻铺装面低一些,可净化径流雨水,还可以在土壤层设置排水层来增加雨水的渗透能力。

下凹式绿地指可积蓄、下渗自身和周边雨水径流的低势绿地,比周边路面低20 cm左右,具有调蓄和净化径流雨水的效果。

生物滞留带指地势较低的区域,通过植被、土壤和微生物系统滞留、渗滤、净化径流雨水的设施[5]。

植草沟指种有植被的地表浅沟,通过沟内的植被和土壤收集、输送、排放并净化径流雨水的设施,有转输型植草沟、干式植草沟和湿式植草沟。

雨水花园指种植耐劳耐旱植物的底洼区域(深约5 cm～30 cm),通过土壤、植物和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。

1.2 海绵城市(城市道路)系统建设

不透水铺装机动车道相邻人行道或自行车道,不透水铺装机动车道与相邻侧分带小于2.0 m,流程图见图2。

不透水铺装机动车道与不小于2.0 m侧分带或不小于3.0 m主辅分隔带相邻,流程图见图3。

人行道、非机动车道可采用以下形式,见图4,图5。

2 海绵城市(城市道路)建设评估要点

广州市海绵城市建设道路与广场指标如表1所示。

表1 广州市海绵城市建设道路与广场指标内容[6]

2.1 单项评估要点

1)汇水范围内的竖向设计;2)透水铺装;3)设施的规模、单项设施海绵效果可达性分析;4)设施溢流口设置及竖向是否合理;5)建设项目海绵城市指标计算;6)设施与上下游排水系统衔接。

2.2 系统评估要点

1)雨水在建设工程内部的径流组织;2)建设工程整体的雨排水系统、建设工程与红线外的上下游排水系统衔接是否合理;3)建设工程整体海绵效果可达性分析。

3 工程实例

3.1 海绵城市建设效果分析

以广州市某项目城市道路为例,对建设项目海绵城市指标进行计算。

3.1.1 综合径流系数

综合径流系数按下垫面类型的加权平均计算见式(1):

(1)

其中,ψ为综合径流系数;F为汇水面积,m2;Fi为汇水面上各类下垫面面积,m2;ψi为各类下垫面的径流系数。

1)开发前综合径流系数。本项目开发前下垫面以农田、绿地为主,辅以非铺砌的土路面、水体。根据《海绵城市建设技术指南-低影响开发雨水系统构建》,分别确定各类下垫面雨量径流系数的取值然后进行加权平均计算,求得项目综合径流系数。具体计算过程如表2所示。其中田地按照覆土绿地(覆土厚度小于500 mm)取值。

表2 项目建设前综合径流系数计算表

2)开发后综合径流系数。项目开发后,下垫面类型包括绿化、人行道、非机动车道、机动车道,绿化分为下凹式绿地和普通绿化,人行道和非机动车道都有透水部分和非透水部分,分别确定各类下垫面的综合雨量径流系数取值,求得项目综合径流系数,见表3。

表3 项目开发后综合径流系数计算表

本项目开发后的综合径流系数0.67,开发前的综合径流系数0.44,项目开发后的综合径流系数大于开发前。

3.1.2 规划调蓄容积

项目所在广州市区域年径流总量控制率为72%时,对应设计降雨量为31.5 mm;按照年径流总量控制率计算需配置的调蓄容积按式(2)取值:

V=10HφF=10×31.5×0.67×120.24=25 376.65 m3

(2)

其中,H为设计降雨量,对于广州地区,径流总量控制率取72%时,H取31.5 mm;φ为场地综合雨量径流系数;F为汇水面积,ha。

因此,本项目年径流总量控制率计算需配25 376.65 m3调蓄容积。

3.1.3 设计调蓄容积

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)》第1(2)条第3)、4)点的规定,透水铺装只参与综合雨量径流系数的计算,其结构内的空隙容积一般不计入总调蓄容积见式(3)。

控制容积V=绿地面积×蓄水深度×孔隙率

(3)

本项目区域内雨水调蓄措施为下凹式绿地,下凹式绿地设计低于周边地面和道路,根据土壤渗透性能和植物耐淹性能下凹深度取200 mm,考虑到结构放坡等因素,下凹深度计算时取值100 mm;种植土层蓄水深度1.2 m,孔隙率25%～35%,计算时孔隙率取值25%;砾石层蓄水深度0.3 m,孔隙率35%～45%,计算时孔隙率取值35%,见表4。

表4 工程设计调蓄容积

因此,本项目设计调蓄容积为43 578.12 m3,大于规划需配置25 376.65 m3的调蓄容积,调蓄容积满足要求。

3.1.4 年径流总量控制率

本项目设计调蓄设施容积为43 578.12 m3,由总控制容积公式V=10H4F反推:

H=43 578.12/10/120.24/0.67=54.09 mm。

对应设计雨量为54.09 mm,年径流总量控制率约为90%,满足规划72%的年径流总量控制率要求。

3.1.5 绿地率

本项目规划总用地面积1 202 423.2 m2,绿地面积110 862 m2,绿地率为9.22%。

3.1.6 下沉式绿地率

本项目一般绿地面积110 862 m2,下沉绿地面积约86 293.3 m2,下沉式绿地率为77.84%,满足规划不少于50%的下沉式绿地率指标要求。

3.1.7 人行道透水铺装率

本项目人行道总面积为294 587.3 m2,其中透水铺装面积为219 065.2 m2,人行道透水铺装率为74.36%,满足规划不少于70%的人行道透水铺装率指标要求。

3.1.8 径流污染消减率

项目所在区域径流污染削减率要求不小于49%。

在城市径流污染物中一般用SS(悬浮物)作为径流污染物的控制指标,低影响开发雨水系统的年SS总量去除率一般可以达到40%～60%。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),可査各个措施的削减率,如表5所示,年SS(悬浮物)总量去除率可用下述方法进行计算。

表5 低影响开发设施的污染物去除率

年SS(悬浮物)总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率;其中低影响开发设施对SS的平均去除率,计算公式见式(4):

(1-ψi)Fi/∑[(1-ψi)Fi]×单项设施去除率

(4)

本项目低影响开发设施主要为透水铺装、下沉绿地,根据表5本项目的年SS总量去除率计算见表6。

表6 本项目径流污染削减率计算表

通过计算面源污染总削减率(%)=0.9×∑AiBi/A得本项目年径流污染削减率为 77.21%,满足规划不少于50%的年径流污染削减率指标要求。

3.2 建设工程项目系统性评估

项目区设置下凹式绿化带较多,从车行道、非机动车道等路面雨水经下凹式绿地收集后,部分雨水渗入土壤,其余雨水经绿地蓄满水后溢流进入雨水口,后排入市政雨水管网。下凹式绿地能够蓄滞部分雨水,其余雨水能够依靠自流顺利被雨水管道收集,能够保障雨水排入市政雨水管网。且红线内建设范围内与红线外的上下游排水系统衔接合理。整体的雨排水系统、建设工程与红线外的上下游排水系统衔接合理。

本项目建设项目规划总用地面积1 202 423.2 m2,绿地面积110 862 m2,其中下凹式绿化带面积为86 293.3 m2,下沉式绿地率达77.84%。场地内设置下凹式绿地、透水铺装吸纳、蓄渗雨水,并有效控制场地内的雨水径流;雨水通过道路的坡度汇流引入周边下凹式绿地下渗。本项目海绵建设条件有利,海绵城市设计效果可达性高。

3.3 结论及建议

综合上述,本项目海绵城市参数符合广州市海绵城市建设评估要求,项目建设范围内全部按照海绵城市专项设计图纸施工,下沉绿地低于路面,雨水可有效汇入海绵设施,达到控制径流效果,建设评估通过。

相关建议如下:

1)下凹式绿地设施低于周边地面,行人存在踏空的安全问题,特别是1.5 m绿化带,建议建设单位或者运营单位适当增加护栏或者显著的安全警示标志。

2)下凹绿地、透水铺装设施含有截污能力,同时也意味着存在更加容易存污堵塞的情况,建议建设单位和运营单位应建立健全低影响开发设施的操作规程和维护管理制度,运营维护需要到位。

3)后续应加强宣传教育和引导,提高公众对海绵城市建设、低影响开发、内涝防治等工作中雨水控制与利用重要性的认识,鼓励公众积极参与低影响开发设施的建设和运行。

4 结语

本文根据海绵城市建设内容,结合指标计算,提出了海绵城市建设效果评估方法。以广州某道路工程为背景,通过现场踏勘核查了各项海绵设施的面积并计算了该项目各评估要点指标值,给出了海绵城市建设效果评估结论与建议。本文可为海绵城市建设效果评估工作提供指导作用。