海綿城市技術(shù)在池州市齊山大道工程建設(shè)中的應(yīng)用

顏偉康，朱曙光，2，李 云，杜海濤，江 云，歐陽(yáng)匡中

（1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，合肥 230601；2.安徽省綠色建筑先進(jìn)技術(shù)研究院，合肥 230601）

海綿城市技術(shù)在池州市齊山大道工程建設(shè)中的應(yīng)用

顏偉康1，朱曙光1，2，李 云1，杜海濤1，江 云1，歐陽(yáng)匡中1

（1.安徽建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，合肥 230601；2.安徽省綠色建筑先進(jìn)技術(shù)研究院，合肥 230601）

針對(duì)國(guó)內(nèi)城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)而城市水資源又相對(duì)缺乏的現(xiàn)狀，城市排水系統(tǒng)建設(shè)逐漸融合了海綿城市理念，提出了自然積存、自然滲透、自然凈化的要求。本文以安徽省池州市齊山大道南段海綿城市建設(shè)項(xiàng)目為例，研究在道路建設(shè)領(lǐng)域海綿城市建設(shè)的技術(shù)方案，通過(guò)實(shí)施雨水源頭、客水、末端和大排水綜合控制方案，選擇適宜的海綿城市工程技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)水資源保護(hù)、城市內(nèi)澇、水污染控制的綜合目標(biāo)。

海綿城市；池州；齊山大道；低影響開(kāi)發(fā)；雨水管理

0　引　言

我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加速，一方面使城市的基礎(chǔ)設(shè)施得到有效完善，另一方面也造成了城市過(guò)度硬化，導(dǎo)致自然積存、自然滲透、自然凈化能力不足的現(xiàn)象。城市暴雨易導(dǎo)致地表徑流急劇增大，形成城市內(nèi)澇，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。與雨洪形成反差的是城市地下生態(tài)補(bǔ)水能力嚴(yán)重不足，加劇了水資源短缺?，F(xiàn)有的城市排水系統(tǒng)制約了城市的可持續(xù)發(fā)展，因此海綿城市發(fā)展模式成為了優(yōu)選模式。

海綿城市（Sponge city），就是讓城市排水系統(tǒng)像海綿一樣，對(duì)環(huán)境變化具有極強(qiáng)的適應(yīng)能力同時(shí)對(duì)自然災(zāi)害有較強(qiáng)的應(yīng)對(duì)能力。生態(tài)優(yōu)先是建設(shè)海綿城市的基本原則，通過(guò)自然和人工途徑相輔助，實(shí)現(xiàn)雨水的滲透、存儲(chǔ)、凈化，達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的效果，同時(shí)又能保證城市的防洪排澇設(shè)施正常運(yùn)行［1］。

國(guó)外城市雨洪管理與實(shí)踐較早，并已形成較為成熟的體系，如最佳管理措施（Best Management Practices,BMPs）、低影響開(kāi)發(fā)（Low-Impact Development,LID）、綠色基礎(chǔ)設(shè)施（Green Stormwater Infrastructure, GSI）等，可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS）、水敏感性城市設(shè)計(jì)（Water Sensitive Urban Design, WSUD）等［2］。

在國(guó)內(nèi)雨洪管理實(shí)踐中，國(guó)務(wù)院連續(xù)出臺(tái)了《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》、《關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見(jiàn)》、《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》等重要法規(guī)政策［3］。2013 年12月，中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議著重強(qiáng)調(diào)了“海綿城市”的理念。2014年11月，住建部發(fā)布了《海綿城市技術(shù)指南—低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》。2015年4月和2016年4月住建部公布了國(guó)家第一批和第二批試點(diǎn)海綿城市入選名單，并在政策和資金上分別予以支持。

本文通過(guò)安徽省池州市齊山大道海綿城市建設(shè)項(xiàng)目，研究探索適用于安徽南部道路項(xiàng)目的海綿城市建設(shè)方案，為我國(guó)海綿城市建設(shè)提供案例參考。

1　項(xiàng)目基本概況

1.1項(xiàng)目概況

安徽省池州市是國(guó)家第一批試點(diǎn)海綿城市，是國(guó)家第一個(gè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)，位于安徽省南部，地處東經(jīng)116°38′-108°5′，北緯29°33′-30°51′，是長(zhǎng)江南岸重要的濱江港口城市，境內(nèi)有三大水系十條河流，年平均氣溫16.5 ℃，年降水量1400-2200 mm，降雨集中在7-10月。

齊山大道為池州市出入口門(mén)戶大道，也是城市交通主干道。齊山大道海綿城市綜合改造項(xiàng)目北起凌陽(yáng)大道，南至高速轉(zhuǎn)盤(pán)，全場(chǎng)2.3 km，道路紅線60 m，如圖1所示。道路西北部臨近齊山湖，東北部為住宅空地，中部為新建商業(yè)住宅，南部為鐵路、建材市場(chǎng)。齊山大道兩側(cè)生態(tài)本底條件良好，而道路路面排水狀況不佳，易形成內(nèi)澇積水，影響交通組織安全。因此，運(yùn)用海綿城市建設(shè)理念對(duì)齊山大道進(jìn)行改造有良好的示范意義。

圖1　齊山大道項(xiàng)目平面示意圖

1.2建設(shè)條件分析

池州市是皖南城市，地表水資源較豐富，地表水是城市用水水源，城市周邊水體水質(zhì)良好，局部有輕度污染。池州屬于典型皖南丘陵地形，存在水土流失、滑坡山洪、生態(tài)敏感度高等情況。通過(guò)海綿城市技術(shù)應(yīng)用，需要著重結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)。

1.2.1項(xiàng)目建設(shè)優(yōu)勢(shì)

齊山大道兩側(cè)自然本底的條件良好，整體來(lái)看，道路具有綠化帶、機(jī)非隔離帶，兩側(cè)有大面積的集中綠地以及天然水塘、湖泊等。這有利于生態(tài)綠地雨水基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)徑流水量及污染進(jìn)行控制，并使道路橫向坡度具有較好的道路排水條件。

1.2.2項(xiàng)目建設(shè)劣勢(shì)

同樣，齊山大道在自然本底、雨水系統(tǒng)方面也存在著劣勢(shì)。在自然本底條件上，齊山大道兩側(cè)綠地多為高綠地，增加了低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施改造難度；現(xiàn)有隔離帶景觀植物豐富，改造成本高；土壤為偏酸性粘土，很難滿足傳統(tǒng)生物滯留設(shè)施調(diào)蓄深度不宜超過(guò)15 cm的要求，為后期設(shè)施及工藝選擇帶來(lái)難度。在雨水系統(tǒng)上，道路坡度起伏較大，部分道路縱坡大于橫坡，雨水收集困難，部分路段內(nèi)澇積水嚴(yán)重。此外，路面雨水均通過(guò)雨水管線直接就近排入周邊水體，初期雨水對(duì)收納水體造成污染。

2　建設(shè)途徑研究

2.1建設(shè)研究目標(biāo)

基于池州皖南城市特點(diǎn)，海綿城市建設(shè)應(yīng)強(qiáng)調(diào)洪水滯蓄、減小地塊開(kāi)發(fā)對(duì)水文循環(huán)的破壞，即側(cè)重于“滯”、“滲”和“排”幾個(gè)環(huán)節(jié)。

齊山大道海綿城市化改造，其年徑流總量控制率要求達(dá)到80%～85%；雨水系統(tǒng)重現(xiàn)期、徑流系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)參照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行，著重考慮對(duì)雨洪峰值的削減，使道路達(dá)到30年一遇的目標(biāo)［1］；環(huán)境保護(hù)目標(biāo)中，年SS總量去除率要達(dá)到40%～60%。

2.2項(xiàng)目建設(shè)思路

結(jié)合皖南城市特色和齊山大道建設(shè)總體目標(biāo)，齊山大道海綿化建設(shè)的整體思路如下：

（1）方案采用源頭加末端綜合控制技術(shù)，最大化解決道路自身及匯入路面的匯水區(qū)雨水的徑流控制問(wèn)題，使其滿足海綿城市考核目標(biāo)。

（2）遵循自然本底條件，設(shè)施位置選擇人行道周邊綠化帶3～5 m無(wú)灌木、喬木區(qū)域，盡量減少對(duì)自然本底條件的破壞。

（3）不僅考慮海綿城市雨水系統(tǒng)與道路工程的改善狀況，同時(shí)結(jié)合景觀、人文設(shè)施，讓市民更親近生態(tài)雨水設(shè)施。

（4）技術(shù)應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用型，成本低控制效果好的技術(shù)，綜合考慮項(xiàng)目建設(shè)、維護(hù)費(fèi)用，提出經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)方案。

2.3項(xiàng)目建設(shè)途徑

齊山大道路線南北走向，北部臨近齊山湖、自然水塘，道路周邊具有較好的綠地空間。道路西側(cè)為低勢(shì)綠地，道路東側(cè)為高綠地。機(jī)非隔離帶為高綠地密布灌木、喬木，改造難度大，樹(shù)池為單個(gè)樹(shù)池，均為耐水性強(qiáng)的香樟。

2.3.1平面設(shè)計(jì)研究

方案設(shè)計(jì)降雨量為37.1 mm；根據(jù)道路豎向以及雨水管網(wǎng)匯水范圍，采取源頭加末端綜合控制技術(shù)，充分利用綠地空間，不破壞現(xiàn)有較好植被，保留具有較好景觀價(jià)值的中間隔離帶，只對(duì)樹(shù)池進(jìn)行改造，將單個(gè)樹(shù)池構(gòu)建樹(shù)池帶；人行道周邊綠地采用下沉式綠地、植草溝與雨水花園搭配技術(shù)，重點(diǎn)提升道路景觀；對(duì)于源頭無(wú)法控制的雨水，使之溢流至管網(wǎng)后進(jìn)入末端進(jìn)行集中控制。

2.3.2斷面建設(shè)研究

道路南北段的斷面方案特點(diǎn)鮮明：北部采取下沉式綠地、卵石植草溝、護(hù)坡植草溝、雨水花園、樹(shù)池帶相結(jié)合技術(shù)；南部采用卵石植草溝、護(hù)坡植草溝、雨水花園、樹(shù)池帶相結(jié)合技術(shù)。北邊斷面與南段的主要區(qū)別在于北段西側(cè)具有大面積的自然低勢(shì)綠地，故主要采取下沉式綠地技術(shù)，下沉式綠地調(diào)蓄深度為10 cm，設(shè)置溢流口，保證下沉式綠地不被長(zhǎng)時(shí)間水淹。

方案總體保留原有機(jī)動(dòng)車(chē)道、非機(jī)動(dòng)車(chē)道道路排水的豎直走向，雨水控制采用“機(jī)非隔離帶-明溝-樹(shù)池帶-植草溝-雨水花園”的方案，如圖2所示。一方面重點(diǎn)對(duì)機(jī)非隔離帶改造，將機(jī)非隔離帶切割成明溝。流入明溝的雨水穿越非機(jī)動(dòng)車(chē)道，匯流進(jìn)入路邊樹(shù)池。樹(shù)池帶通過(guò)蓋板溝上的溢流口進(jìn)入植草溝。另一方面，對(duì)人行道進(jìn)行坡度改造，使雨水流向植草溝，植草溝再與雨水花園連通。植草溝布置在人行道外側(cè)3 m處，雨水花園則布置在人行道周邊0～8 m無(wú)灌木、喬木區(qū)域，避免對(duì)綠化帶的喬木、灌木開(kāi)挖，減少對(duì)現(xiàn)有自然本底條件的破壞。

圖2　道路典型斷面方案示意圖

2.3.3適宜技術(shù)研究

齊山大道項(xiàng)目在篩選適宜技術(shù)時(shí)，主要采用了下沉式綠地、雨水花園、植草溝等海綿城市技術(shù)。

下沉式綠地具有增加下滲、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染的效用。研究表明下沉式綠地對(duì)雨水徑流的污染物具有削減效應(yīng)：對(duì)COD、NH4-N 和TP的平均削減率范圍分別為52.2%～41.3%，49.0%～44.1% 和47.4%～39.0%［4-6］。

雨水花園的組成部分是蓄水層、覆蓋層、種植土壤層、砂層、溢流管等。一方面，雨水花園具有雨水滲透的功能，雨水花園的蓄水層、覆蓋層吸收并匯聚路面雨水，經(jīng)種植土壤層、砂層的綜合作用來(lái)凈化雨水，最后經(jīng)溢流層滲入土壤中，涵養(yǎng)地下水。另一方面，雨水花園的環(huán)境功能更加顯著，雨水花園經(jīng)過(guò)合理經(jīng)濟(jì)的植物配置，可為眾多的動(dòng)植物如昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類提供優(yōu)良的棲息環(huán)境。同時(shí)，植物的蒸騰作用通過(guò)適量調(diào)節(jié)空氣的溫度和濕度，可改善局部的小氣候環(huán)境。雨水花園對(duì)雨水徑流污染物的削減效應(yīng)研究表明：TSS、TP、TN、重金屬、病原體平均削減率分別為80%、60%、50%、45%～95%、70%～100%［7］。與普通草坪相比，雨水花園的建造成本較低，其維修更方便快捷，管理更系統(tǒng)簡(jiǎn)單。此外，雨水花園具有人工挖掘的淺凹綠地的特征，能以一種更舒適、更清新的景觀感受呈現(xiàn)在市民面前。

植草溝不僅能輸送雨水，還能通過(guò)植物滯留、土壤過(guò)濾可以降低雨水徑流流速，減小雨水徑流流量，從而起到調(diào)峰、錯(cuò)峰的作用。研究發(fā)現(xiàn)植草溝對(duì)降雨徑流污染物中TSS的去除率可達(dá)68%～93%，TP、TN的去除率分別達(dá)到28%～83%和40%～92%，污染物平均去除率達(dá)到79%～98%［8-13］。

2.3.4客水控制研究

齊山大道的客水主要來(lái)源于凌陽(yáng)大道，由凌陽(yáng)大道南北兩側(cè)的兩股客水構(gòu)成。道路自身匯水面積20.3 hm2，本方案不僅考慮自身匯水區(qū)域，還考慮凌陽(yáng)大道的客水91.6 hm2以及周邊匯入的客水108.4 hm2，總的匯入齊山大道的匯水面積為220.3 hm2，是道路自身匯水面積的10倍。凌陽(yáng)大道北側(cè)的客水被引入臨近水塘的階梯濕地中進(jìn)行控制；并在階梯濕地前設(shè)置格柵、旋流沉砂等預(yù)處理設(shè)備，防止泥沙對(duì)濕地形成淤積。凌陽(yáng)大道南側(cè)客水主要通過(guò)末端集中雨水花園進(jìn)行控制，再溢流至前置塘。

3　雨水工程設(shè)施研究

齊山大道項(xiàng)目建設(shè)依據(jù)《安徽省海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》、《安徽省海綿城市建設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖集》等進(jìn)行。項(xiàng)目采用的雨水工程設(shè)施主要有雨水花園和植草溝，具體計(jì)算分析如下。

3.1雨水花園計(jì)算分析

雨水花園的計(jì)算分析方法有四種：（1）基于達(dá)西定律的滲濾法；（2）蓄水層有效容積法；（3）基于匯水面積的比例估算法；（4）水量平衡分析法。方法（1）缺少植物對(duì)蓄水層的影響分析；方法（2）缺少雨水花園的滲透能力考察；方法（3）計(jì)算研究精度不夠，適于方案的估算；方法（4）則能兼顧滯留和凈化的作用分析［14］。鑒于皖南地區(qū)的水環(huán)境、地質(zhì)條件和黏質(zhì)土壤組成，項(xiàng)目采用水量平衡分析法來(lái)計(jì)算雨水花園的面積，如式（1）所示：

式中：H—設(shè)計(jì)降雨量，取37.1 mm

ψ—徑流系數(shù)，雨水徑流系數(shù)和綜合雨水徑流系數(shù)參照表1和表2［15］

Ad—匯流面積；

hm—蓄水層最大蓄水高度；

fv—植物面積占有率，取決于選取植物個(gè)數(shù)和種類；

n—填料層的空隙率，比例取0.3左右；df—雨水花園深度，不包括砂層和礫石層。

表1　雨水設(shè)計(jì)徑流系數(shù)

表2　綜合雨水徑流系數(shù)

通過(guò)計(jì)算，齊山大道海綿城市化改造中，雨水花園建設(shè)面積應(yīng)滿足6800 m2。項(xiàng)目建設(shè)中，雨水花園的布設(shè)應(yīng)考慮當(dāng)?shù)刂脖弧⒕坝^設(shè)施的保護(hù)，原有市政設(shè)施的保留等因素。為滿足雨水花園的面積和效果達(dá)標(biāo)，故雨水花園的規(guī)模和位置需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

3.2植草溝的計(jì)算研究

本文采用梯形植草溝，植草溝的徑流量計(jì)算可以根據(jù)曼寧公式來(lái)計(jì)算。如式（2）、（3）所示，梯形植草溝斷面圖如圖3所示：

式中：Q—計(jì)算徑流量；

圖3　梯形植草溝斷面圖

n—曼寧系數(shù)，取n=0.058；

A—橫斷面面積；

R—水力半徑；

J—水力坡度，一般取0.01～0.05。

D—濕周。

注：深度h不宜大于600 mm，在這里取h=600 mm，寬度取h2=1500 mm，坡度i取0.30。

池州市暴雨強(qiáng)度計(jì)算，如式（4）所示：

q—設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度；

P—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，取P=30；

t—降雨歷時(shí)，取t=120 min。

設(shè)計(jì)降雨徑流量計(jì)算，如式（5）所示：

式中：Q—設(shè)計(jì)降雨徑流量；

ψ—徑流系數(shù)，參照表（1）和表（2）；

F—設(shè)計(jì)匯水面積。

通過(guò)計(jì)算理論上植草溝的徑流量為1.998 m3/s。按照設(shè)計(jì)30年一遇的暴雨目標(biāo)，雨水徑流量為1.615m3/s，因此，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算得設(shè)計(jì)植草溝能抵御30年一遇的暴雨。

4　結(jié)論

池州市齊山大道海綿城市建設(shè)基于自身良好的環(huán)境本底，通過(guò)對(duì)雨水源頭、客水、末端和大排水綜合控制，選擇適宜的海綿城市工程技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了水資源保護(hù)、城市內(nèi)澇、水污染控制的綜合目標(biāo)。

池州市是典型皖南城市，海綿城市建設(shè)重點(diǎn)考慮雨洪滯蓄，減小狹長(zhǎng)區(qū)域建設(shè)對(duì)水文循環(huán)的破壞，從“滯”、“滲”和“排”環(huán)節(jié)進(jìn)行工程化建設(shè)，為我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供了有益的實(shí)踐案例，并提供相關(guān)建設(shè)的技術(shù)借鑒。

［1］住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）［S］. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

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Application of Sponge City Technology in the Construction of Qishan Road， Chizhou City

YAN Weikang1, ZHU Shuguang1,2,LI Yun1, DU Haitao1, JIANG Yun1, OUYANG Kuangzhong1
（1. College of Environment and Energy Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China；
2. Anhui Advanced Technology Research Institute of Green Building, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China.）

Aiming at the current status that urban fooding disasters occur frequently while urban water resources are relatively defcient, the recent drainage system construction of city is basing on the concept of sponge city, which puts forward the requirements of natural accumulation, natural infltration and natural purifcation. Taking the sponge city construction of the south of Qishan road, in the Chizhou, Anhui Province, the paper studies the technical schemes of sponge city development in the feld of road construction for achieving the comprehensive and overall goals of water resources protection and urban waterlogging, water pollution control, which is executed by the holistic control of the water source, foreign water, terminal and big drainageand big drainage and choosing the appropriate techinical ways of engineer.

Sponge city； Chizhou City； Qishan Road； low-impact-development； stormwater management

X52

A

2095-8382（2016）04-069-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160415

2016-05-09

天津市水質(zhì)科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（TJKLAST-ZD-2014-03）。

顏偉康（1992-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)樗h(huán)境模擬與海綿城市。