基于“海綿城市”理念的下沉式道路綠化帶設(shè)計

李玉芝　周圍　陳亮明　張旭輝

摘要：下沉式道路綠化帶是一種生態(tài)環(huán)保的雨水滲蓄設(shè)施，響應(yīng)了“海綿城市”的建設(shè)理念。介紹了下沉式道路綠化帶的應(yīng)用背景，了解下沉式道路綠化帶的形式及功能，并通過對下沉式綠化帶雨水滲蓄能力及影響因素進行分析，總結(jié)了下沉式綠化帶的適用性。結(jié)果表明，在長沙地區(qū)道路綠化率在30%，年徑流總量控制率達到100%的條件下，滿足暴雨重現(xiàn)期1、3、5、10 a的下沉深度分別為147、186、204、229mm，比較適合設(shè)計下沉式道路綠化帶。最后探討了下沉式綠化帶豎向設(shè)計、道路綠化率設(shè)計、植物耐水淹分析及植物種類的選擇。

關(guān)鍵詞：“海綿城市”理念：下沉式綠化帶：滲蓄能力

城市內(nèi)澇已成為人們關(guān)注的熱點問題。據(jù)統(tǒng)計，在過去的3年中，中國有超過360個城市遭遇內(nèi)澇，但與此同時有1 100個城市嚴重缺水。2014年11月3日，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中明確指出，過去城市對雨水追求“一排了之”，城市排水標準偏低和雨水利用系統(tǒng)缺乏是造成資源成為災(zāi)害的主要原因?！吨改稀芬蠼ⅰ皾B、蓄、滯、用、排”五位一體的新型城市雨水處理系統(tǒng)，留住80%左右的雨水，有利于改善城市的生態(tài)效益，避免“城中看?！爆F(xiàn)象的發(fā)生。而在“海綿城市”構(gòu)建的框架中，道路交通系統(tǒng)作為城市三大空間之一，是內(nèi)澇出現(xiàn)的高發(fā)地帶。城市道路綠化帶進行下沉式設(shè)計，使之變成存水的海綿體，對建立科學(xué)完善的城市綠地水循環(huán)系統(tǒng)，以及治理城市內(nèi)澇頑疾具有重大意義。

莫琳等提倡構(gòu)建城市的“綠色海綿”系統(tǒng)：仇保興認為城市本身需要轉(zhuǎn)型，“海綿城市”便是重要手段。各大新聞媒體也相繼宣傳“海綿城市”、“生態(tài)排水”建設(shè)理念。當(dāng)“海綿城市”構(gòu)建已經(jīng)上升為城市構(gòu)建理念時，各個城市下沉式綠化便成為綠地設(shè)計的新時尚。然而這種城市綠地構(gòu)建理念是否適合中國各地城市的建設(shè)值得進一步思考。雖然下沉式綠地能補充地下水，充分利用雨水資源，緩解城市內(nèi)澇災(zāi)害，但是下沉式綠地設(shè)計會受到綠地下沉深度、土壤滲透系數(shù)、綠地服務(wù)匯水面面積、設(shè)計暴雨重現(xiàn)期、周邊設(shè)施類型等多種因素的制約。為此，本研究探討了下沉式道路綠化帶的雨水滲蓄效應(yīng)以及適用地區(qū)，以期為適合建設(shè)下沉式道路綠化帶的城市提供參考。

1.下沉式城市道路綠化帶的概念

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》的概念，下沉式道路綠化帶是指將城市道路兩側(cè)的綠化帶和中間隔離的綠化帶設(shè)計成低于道路表面50～300mm，這樣能最有效地將道路上灰塵和雨水收集進道路兩邊的綠化帶，具有一定的調(diào)蓄容積，可以利用植物、微生物和土壤吸收、滲透、凈化和調(diào)蓄小流量的地面徑流。下沉式道路綠化帶內(nèi)還應(yīng)設(shè)置排放多余徑流雨水的溢流口，為確保較大流量的地表徑流順利排放，溢流口的頂部標高一般應(yīng)低于路面30～100 mm。

下沉式道路綠化帶的功能特點主要有3個方面：一是消減路面徑流，緩解道路因暴雨引發(fā)的滯洪災(zāi)害；二是減輕道路揚塵，風(fēng)和雨水可以有效地將路面灰塵帶人下沉式道路綠化帶，凈化有機污染物，減輕路面污染；三是節(jié)約綠地灌溉用水，儲蓄降水和路面徑流，補充土壤水資源量和地下水資源量，有助于節(jié)約城市用水。

下沉式城市道路綠化帶主要有兩種設(shè)計方式，一種是設(shè)計有排水系統(tǒng)的下沉式綠化帶，另一種是設(shè)計有兼顧雨水收集和再利用功能的下沉式綠化帶。第一種在綠化帶中設(shè)計有溢流口、排水管道等排水設(shè)施，當(dāng)路面徑流較大，綠化帶儲蓄能力不足時，雨水可通過高出綠化帶高程低于路面高程的溢流口進入地下排水系統(tǒng)。這種設(shè)計比較適用于常年降水量較大、大雨暴雨頻率高持續(xù)時間長的區(qū)域。第二種設(shè)計有雨水收集和處理設(shè)施，在綠化帶設(shè)計滲水溝、雨水收集管、蓄水池、泵站及回灌等設(shè)施，路面和周邊雨水排入綠化帶，然后通過綠地過濾和凈化，最后進入蓄水池，多余的雨水進入地下排水系統(tǒng)，收集的雨水可以用于綠化帶的養(yǎng)護和道路的清理等，這種設(shè)計比較適用于降水較充沛及需要控制徑流量的區(qū)域。

2.下沉式城市道路綠化帶雨水蓄滲能力分析

由于中國各地氣候不同，降雨量、土壤滲透系數(shù)差異較大，國家或地方對下沉式綠地設(shè)計的標準也不完全相同，綠地雨水滲蓄能力計算方式和相關(guān)系數(shù)也不同。所以本研究選取湖南省長沙市作為雨水滲蓄能力計算點，采用《長沙雨水計算技術(shù)導(dǎo)則》中的數(shù)據(jù)和公式作為依據(jù)，計算分析長沙市區(qū)域內(nèi)下沉式道路綠化帶對道路及周邊徑流的消減效果，并總結(jié)出長沙市道路下沉式綠化帶的面積比例設(shè)計、豎向設(shè)計以及植物選擇。

可見，當(dāng)?shù)缆肪G化帶下沉深度在200-300 mm時就能滿足雨水滲蓄需求，設(shè)計少于200 mm的也能吸收一定量的雨水，剩余的雨水可以通過溢流口進入存蓄裝置，也可以排入雨水管道。

長沙城區(qū)的地勢較為平坦，道路設(shè)計坡度也較小，比較適合設(shè)計下沉式道路綠化帶，最好將道路設(shè)計在較高地勢處，有利于雨水流向地勢較低的下沉式綠化帶和周邊綠地。為了減少地表徑流，在人行道和非機動車道處采取生態(tài)路面處理。而且需要合理設(shè)計下沉式綠化帶與路面及雨水口的銜接方式。首先，路緣石設(shè)計高度最好不高于路面，盡量與路面平齊，如需高出路面也要設(shè)計缺口以保證雨水流入下沉綠地；其次，在綠化帶近路面?zhèn)纫?0-30 cm寬的卵石，防止綠化帶土壤被沖刷，土層層次從下到上采用礫石、沙、土壤、覆蓋物進行鋪設(shè)能更有利于雨水下滲；最后，雨水溢流口的高程應(yīng)低于路面，可設(shè)計在綠化帶中間或兩側(cè)，而且要做防堵塞處理。

4.2下沉式道路綠化率設(shè)計

下沉式綠化帶占全部面積的百分比對雨水的排水率影響特別明顯，根據(jù)公式（9），設(shè)其土壤穩(wěn)定入滲系數(shù)K為1×10^-6m/s，路面徑流系數(shù)ψ為0.9，水利坡度J設(shè)為垂直下滲為1，時間t取60 min，變量綠化帶比率廠分別取值10%、20%、30%、40%、50%，得出不同的暴雨重現(xiàn)期下道路綠化帶的下沉深度h如圖3。

由圖3可見，隨著綠化率的增加，所需要的下沉深度減小，且在前面降幅大于后面，當(dāng)f達到30%以上時下沉深度減少較少。當(dāng)?shù)缆肪G化率低于20%時所需要的下沉深度超過下沉綠化帶設(shè)計的臨界值，可能不利于植物的生長。而最符合長沙道路綠化率標準也能滿足下沉式綠化帶功能需求的綠化率是30%左右。當(dāng)廠為30%時，滿足暴雨重現(xiàn)期1、3、5、10 a的下沉深度分別為147、186、204、229 mm，符合下沉深度規(guī)范設(shè)計，滲蓄效果明顯。而在長沙城區(qū)，道路綠化率普遍高于20%，很多地區(qū)都達到30%，但是基本屬于高程綠地，無法滲蓄路面雨水，設(shè)計只需要將現(xiàn)有的綠地改造成下沉式綠化帶就能留住大部分道路80%的雨水。

4.3植物優(yōu)化設(shè)計

植物的選擇與設(shè)計是影響下沉式道路綠化帶滲蓄功能的重要因素之一，不僅要滿足道路景觀的美感效果，還要考慮下沉式綠化帶植物的特殊生長條件。在長沙可考慮的植物如表2所示。在下沉式綠化帶下沉深度和綠化面積比例設(shè)計后要確定最不利情況下植物的耐水淹時間。造成植物水淹時間長短的因素主要有兩方面：一方面是土壤的入滲率決定的，使用建筑垃圾做綠化帶的填埋土方或施工過程中對土壤過分夯實可能導(dǎo)致入滲速率過低，植物水淹時間過長；另一方面是雨水口設(shè)計高度不合理或者是雨水口易被堵塞，導(dǎo)致蓄水深度過高，延長植物耐水淹時間。

因此，合理設(shè)計下沉深度和施工中避免土壤原有的入滲率至關(guān)重要。在植物的選擇方面遵循以下4點：一是優(yōu)先選擇本土植物，適當(dāng)搭配外來物種；二是盡量選擇自我修復(fù)能力強、根系發(fā)達、滯塵凈化能力強的植物；三是選用抗逆性強、耐旱、耐瘠薄和短時間耐澇的植物；四是選擇可相互搭配種植的植物。

5.小結(jié)

加強雨水資源開發(fā)與管理是中國構(gòu)建“海綿城市”的長久之計，道路構(gòu)建了城市的筋脈，成為“海綿城市”建設(shè)的重中之重。下沉式道路綠化帶在不增加用地面積、降低成本的條件下成為既改善生態(tài)環(huán)境又滲蓄效果明顯的雨水處理設(shè)施。但要在全國推行下沉式道路綠化帶的建設(shè)還需要景觀設(shè)計、市政工程、水文計算等多專業(yè)的配合，根據(jù)城市氣候、土壤、地形地勢等因素，進行合理的場地面積比率規(guī)劃和豎向設(shè)計以及植物設(shè)計等，才能確保下沉式綠化帶發(fā)揮其雨水滲蓄調(diào)控功能。