海綿型城市道路的路面徑流控制技術(shù)研究

姚若軍

(寧夏水利科學(xué)研究院，寧夏 銀川 750021；中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038)

0 引言

“海綿城市”概念是在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中首次提出,它形象生動地描述了城市在應(yīng)對環(huán)境變化和自然災(zāi)害等方面具備的“彈性”或“韌性”功能,像海綿一樣能夠自如地存蓄水,同時還具有凈水功能[1]。在2013年的中央城鎮(zhèn)化工作會議上,總書記強(qiáng)調(diào)“提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來,優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水,建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。后來國務(wù)院辦公廳出臺的指導(dǎo)意見也明確將“就地消納和利用70%的降雨”作為2020年前要實現(xiàn)的目標(biāo)。

城市道路徑流雨水經(jīng)截污等預(yù)處理后,通過特定路徑的匯流與輸送,導(dǎo)入道路綠地內(nèi)低影響開發(fā)設(shè)施進(jìn)行處理[2,3]。低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)結(jié)合綠地布局優(yōu)選下沉式綠地、生物滯留帶、雨水濕地等方案,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效、方便易行的目標(biāo)[4]。因此,分析透水人行道、下沉式綠帶、樹池以及部分道路改造工程的徑流控制措施,是發(fā)揮海綿城市道路工程徑流控制效用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文依據(jù)海綿城市道路工程基本規(guī)范和基本工程條件后,從徑流污染物控制、透水人行道鋪裝、下沉式綠化帶、生物滯留、雨水棄流視角,分析徑流控制技術(shù)在海綿城市道路系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 城市道路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)

海綿城市道路首先是要滿足道路通行的基本功能,其次是要實現(xiàn)相關(guān)規(guī)劃提出的低影響開發(fā)控制目標(biāo)與指標(biāo)要求[5]。因此,城市雨水導(dǎo)排設(shè)施設(shè)計重現(xiàn)期、徑流系數(shù)等參數(shù)應(yīng)符合《室外排水設(shè)計規(guī)范》(GB50014)。機(jī)動車道及非機(jī)動車道可采用透水混凝土或瀝青路面,人行道采用透水鋪裝[6]。道路斷面橫坡設(shè)計應(yīng)利于雨水匯集,注重處理與路邊綠地或綠化帶的豎向關(guān)系,結(jié)合周邊環(huán)境設(shè)置蓄水池、濕地、深隧等集雨設(shè)施,考慮增設(shè)截污沉淀池、前置塘等對匯流進(jìn)行預(yù)處理。城市道路綠化帶內(nèi)低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)采取必要防滲措施,防止?jié)B透造成路基失穩(wěn)。

城市道路徑流雨水經(jīng)截污等預(yù)處理后,通過特定路徑的匯流與輸送,導(dǎo)入道路綠地內(nèi)低影響開發(fā)設(shè)施進(jìn)行處理[2,3]。低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)結(jié)合綠地布局優(yōu)選下沉式綠地、生物滯留帶、雨水濕地等方案,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)有效、方便易行的目標(biāo)。城市道路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)典型流程如圖1所示。

圖1 城市道路低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)典型流程

2 道路徑流污染物控制

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)控制目標(biāo)之一就是控制徑流污染,實現(xiàn)途徑是控制分流制徑流污染物總量和合流制溢流的頻次或污染物總量。徑流污染綜合控制目標(biāo)和污染物指標(biāo)的確定需要結(jié)合城市水環(huán)境質(zhì)量要求、徑流污染特征等,其指標(biāo)可采用通行的指標(biāo),比如懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)等[6],這些指標(biāo)往往具有一定的相關(guān)性,懸浮物(SS)可作為關(guān)鍵指標(biāo),其他指標(biāo)基本與之關(guān)系密切,可將其確定為徑流污染物控制指標(biāo)。年SS總量去除率為：

年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率

(1)

大尺度區(qū)SS總量去除率,可通過不同海綿網(wǎng)格年SS總量去除率經(jīng)年徑流總量加權(quán)平均計算：

城市或開發(fā)區(qū)域年SS總量去除率=年均降雨量×匯水面積×綜合雨量徑流系數(shù)

(2)

鑒于污染物變化的多樣性和隨機(jī)性,徑流污染控制目標(biāo)的確定主要考慮三個方面的因素：一是徑流雨水中污染物平均濃度,二是低影響設(shè)施污染物去除率,三是徑流總量控制率。表1為某海綿城市道路徑流污染控制指標(biāo)。

表1 某海綿城市道路徑流污染控制指標(biāo)

3 道路徑流控制的工程技術(shù)

3.1 透水人行道鋪裝

透水人行道既要滿足通行承載強(qiáng)度要求,也要具有相當(dāng)滲透性。因此,結(jié)構(gòu)上采用多層設(shè)計,材料選擇多孔堅硬材料。從結(jié)構(gòu)設(shè)計布置了面層、找平層、基層和墊層。透水磚作為面層；粗砂作為找平層；透水混凝土作為基層,基層和找平層間布設(shè)透水水工布防止粗砂流失,級配碎石作為墊層。路面透水性能應(yīng)滿足1h降雨45mm條件下,表面不產(chǎn)生徑流,具體見圖2。

圖2 透水人行道鋪設(shè)結(jié)構(gòu)

3.2 下沉式綠化帶

把以往的雨水口改為溢流口,其間設(shè)置擋水墻,并調(diào)整位置至分隔里帶中,同時路緣石上開孔,加大該處路面橫坡,加快匯流速度和增加集雨量[7],超量雨水可通過溢流口排入市政排水系統(tǒng)(如圖3)。采用綠帶內(nèi)設(shè)置溢流式雨水井,并在其上部設(shè)置截污欄,攔截雨水中的漂浮物,起到凈化雨水的作用,截污欄需要定期清理。下沉式綠化帶的具體技術(shù)包括：

圖3 基于低影響開發(fā)道路的下沉式綠化帶

(1)車行道雨水及人行道雨水匯集綠化帶,土層含水飽和后水位上升,當(dāng)水位高于雨水口頂面標(biāo)高時溢流入雨水口排入下游雨水管道系統(tǒng)排走。

(2)綠化植物應(yīng)選用耐污耐澇植物,種植土要求透水性好并滿足《城市綠化工程施工驗收規(guī)范》(CJJ/T82-99)。

(3)車行道邊石每隔20米路緣石開口,進(jìn)水口間距應(yīng)采用20米為宜。

(4)對應(yīng)路緣石開口位置設(shè)置790mm×300mm厚200mm砂石緩沖區(qū),防止雨水沖刷。

(5)種植土低于路面100mm,雨水口低于路面50mm,防止因雨水沖刷導(dǎo)致泥水滋出影響關(guān)觀,綠化種植應(yīng)貼近路緣石。

3.3 生物滯留

生物滯留帶保留既有雨水口,將雨水引入滯留帶內(nèi)的滲井及滲透管內(nèi),排放系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)符合下列要求：

(1)設(shè)施的末端設(shè)置檢查井和排水管,排水管連接到雨水排水管網(wǎng)。

(2)滲透管的管徑和敷設(shè)坡度應(yīng)滿足地面雨水排放流量的要求,且滲透管直徑不小于200mm。

(3)檢查井出水管口的標(biāo)高應(yīng)高于進(jìn)水管口標(biāo)高,確保上游管溝的有效蓄水[8]。

(4)道路徑流雨水可通過路緣石豁口進(jìn)入淺溝溝底表面的土壤厚度不應(yīng)小于100mm,滲透系數(shù)不應(yīng)小于1×10-5m/s。

(5)設(shè)施臨近路基處應(yīng)進(jìn)行防滲處理,以防止路基失穩(wěn)。應(yīng)用于道路綠化帶時,在縱坡大于1%道路旁的綠化帶宜設(shè)置擋水堰/坎,以減緩流速并增加滲透量。

(6)生物滯留設(shè)施內(nèi)設(shè)置的溢流設(shè)施,其頂部宜低于匯水面10cm,可采用豎管、蓋蓖溢流等形式。

3.4 雨水棄流

初期雨水對地表沖刷,挾帶著大量污染物質(zhì),所以初期雨水污染程度比較嚴(yán)重,處理成本相對較高,從經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮,把這部分初期雨水作放棄處理。通過棄流裝置將第一部分需要棄流的雨水排出,雨水先流入棄流裝置,經(jīng)過透水混凝土排出[9]。但由于透水混凝土的透水系數(shù)比較小,即透水量比較小,所以,裝置中的水面會漸漸上升,浮球始終飄在水面上的,浮球會沿著一定的方向上浮,到一定程度后(此時棄流結(jié)束)將裝置上進(jìn)水口堵住。此后的雨水將流入檢查井,進(jìn)而向出水口流去。

4 結(jié)語

開發(fā)道路徑流控制的工程技術(shù),對于發(fā)揮海綿城市道路工程徑流控制效用具有重要意義。本文依據(jù)海綿城市道路工程基本規(guī)范和基本工程條件,從徑流污染物控制、透水人行道鋪裝、下沉式綠化帶、生物滯留、雨水棄流等工程技術(shù)視角,分析海綿城市道路的徑流控制方案,為海綿城市建設(shè)方案編制提供依據(jù)。

(1)城市道路徑流雨水經(jīng)截污等預(yù)處理后,通過特定路徑的匯流與輸送,導(dǎo)入道路綠地內(nèi)低影響開發(fā)設(shè)施進(jìn)行處理。低影響開發(fā)設(shè)施應(yīng)結(jié)合綠地布局優(yōu)選下沉式綠地、生物滯留帶、雨水濕地等方案,實現(xiàn)城市道路低影響開發(fā)目標(biāo)。

(2)低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)控制目標(biāo)之一就是控制徑流污染,實現(xiàn)途徑是控制分流制徑流污染物總量和合流制溢流的頻次或污染物總量。

(3)基于低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)機(jī)制,以徑流污染控制為目標(biāo),闡明透水人行道鋪裝、下沉式綠化帶、生物滯留、雨水棄流等道路徑流控制的工程技術(shù),為制定海綿城市道路路面的徑流控制方案提供依據(jù)。