海綿城市理念在城市道路綠化景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

原振華　段漢明　謝培琦

摘 要：我國(guó)致力于追求全方面的可持續(xù)發(fā)展，而“海綿城市理念”作為一種以維持城市范圍內(nèi)旱澇平衡為核心的城市設(shè)計(jì)理念，與可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家戰(zhàn)略方針高度契合。因此，積極推廣海綿城市理念在城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用就顯得格外重要。基于此，以許昌新區(qū)城市道路的綠化景觀設(shè)計(jì)為案例，深入分析如何將海綿城市理念應(yīng)用于城市道路設(shè)計(jì)中，從而可以為許昌市未來(lái)城市道路的海綿城市設(shè)計(jì)提供一定程度的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：海綿城市；城市道路；道路設(shè)計(jì)

[基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“西北主要城鎮(zhèn)區(qū)域與PREE的動(dòng)態(tài)模擬、空間整合研究”（51178163）資助]

根據(jù)《許昌市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》中所劃定的海綿城市試點(diǎn)區(qū)域，選取許昌新區(qū)的城市道路蘭亭路（萬(wàn)通街—宏騰路）為研究對(duì)象，以許昌市上位規(guī)劃中所提出的海綿城市建設(shè)具體指標(biāo)為設(shè)計(jì)要求，重點(diǎn)分析本方案如何將海綿城市理論實(shí)際應(yīng)用于具體的道路綠化景觀設(shè)計(jì)和實(shí)際的工程施工措施中，以及如何進(jìn)行道路海綿城市設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)指標(biāo)核算，同時(shí)根據(jù)行業(yè)相關(guān)規(guī)范，提出工程設(shè)施維護(hù)及管理的相應(yīng)要求，以期為許昌市未來(lái)其它地區(qū)城市道路的海綿城市設(shè)計(jì)提供一定程度的技術(shù)參考。

一、工程概況

（一）工程地質(zhì)情況

許昌市土壤類型豐富，全市土壤共6個(gè)土類，14個(gè)亞類，25個(gè)土屬和46個(gè)土種。6個(gè)土類為棕壤、褐土、粗骨土、石質(zhì)土、潮土和砂姜黑土。

蘭亭路（萬(wàn)通街—宏騰路）規(guī)劃范圍內(nèi)主要為潮土，潮土是河流沉積物受地下水運(yùn)動(dòng)和耕作活動(dòng)影響而形成的土壤，因有夜潮現(xiàn)象而得名。屬半水成土。其主要特征是地勢(shì)平坦、土層深厚。

（二）道路基本情況

蘭亭路（萬(wàn)通街—宏騰路）道路為南北走向，道路長(zhǎng)約993米，現(xiàn)狀道路為原始田間土路，道路的質(zhì)量情況較差，但設(shè)計(jì)路段地勢(shì)整體較為平坦，項(xiàng)目地周邊目前主要為耕地、林地和城市居民住宅，基地現(xiàn)狀如圖所示（圖1）。

蘭亭路規(guī)劃紅線寬20米，采用單幅路，道路東西兩側(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)各10米寬綠化帶，綠化帶內(nèi)側(cè)設(shè)1.5米寬的自行車(chē)慢道。道路的斷面形式為：8.5米（綠化帶）—1.5米（自行車(chē)慢道）—3米（人行道）—14米（車(chē)行道）—3米（人行道）—1.5米（自行車(chē)慢道）—8.5米（綠化帶）。

（三）場(chǎng)地排水設(shè)計(jì)原則

蘭亭路的規(guī)劃設(shè)計(jì)主要通過(guò)應(yīng)用海綿城市理念，突破傳統(tǒng)的道路雨水收集排放系統(tǒng)，配合應(yīng)用透水鋪裝、植草溝、簡(jiǎn)單生物滯留設(shè)施、雨水花園、下沉綠地等一系列LID設(shè)施，打造新的充分體現(xiàn)海綿城市設(shè)計(jì)理念的道路雨水收集排放系統(tǒng)。

在綠化帶內(nèi)部，打造雨水→綠地→LID設(shè)施→溢流式雨水口→市政管網(wǎng)的雨水收集排放系統(tǒng)；在道路部分，打造雨水→車(chē)行道（人行道/自行車(chē)慢道）→LID設(shè)施→溢流式雨水口→市政管網(wǎng)的雨水收集排放系統(tǒng)。

（四）海綿城市建設(shè)控制目標(biāo)

根據(jù)《許昌市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》中所提出的許昌市海綿城市建設(shè)具體指標(biāo)，該方案的年徑流總量控制率將達(dá)到75%，其相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為24.4mm，根據(jù)上位規(guī)劃，該地塊的雨水排水管渠設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期）為3年。

二、道路海綿城市設(shè)計(jì)

（一）整體設(shè)計(jì)方案

蘭亭路的道路規(guī)劃設(shè)計(jì)部分已經(jīng)由許昌市規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)完成，本項(xiàng)目是以許昌規(guī)劃設(shè)計(jì)院的道路規(guī)劃設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所進(jìn)行的蘭亭路道路景觀綠化帶設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分應(yīng)用海綿城市理念，同時(shí)根據(jù)海綿城市道路設(shè)計(jì)需要，經(jīng)由與甲方（許昌瑞貝卡集團(tuán)）和許昌規(guī)劃設(shè)計(jì)院協(xié)商，對(duì)道路設(shè)計(jì)部分進(jìn)行適當(dāng)修改，從而更好地完善整體設(shè)計(jì)方案。

道路紅線寬20米，道路的斷面形式為：8.5米（綠化帶）—1.5米（自行車(chē)慢道）—3米（人行道）—14米（車(chē)行道）—3米（人行道）—1.5米（自行車(chē)慢道）—8.5米（綠化帶）。蘭亭路的道路雨水管道根據(jù)許昌規(guī)劃設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)均布置于道路東側(cè)，本次設(shè)計(jì)以已規(guī)劃設(shè)計(jì)的道路雨水主管保持不變，參照行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范保證每隔40米設(shè)置溢流井一處，同時(shí)為更好地保證雨水收集排放系統(tǒng)的運(yùn)行，蘭亭路的溢流井為雙側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置。

設(shè)計(jì)方案中通過(guò)在車(chē)行道應(yīng)用透水混凝土、自行車(chē)慢道與人行道采用透水鋪裝的形式，同時(shí)綠化帶內(nèi)設(shè)置植草溝、下沉綠地、簡(jiǎn)單生物滯留設(shè)施等LID設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)地塊內(nèi)部的雨水綜合利用。道路斷面改造示意如下圖所示（圖2、圖3）。

（二） LID設(shè)施應(yīng)用設(shè)計(jì)

1.植草溝

蘭亭路的植草溝樣式采用倒拋物型，就草皮種植層來(lái)說(shuō)，最低點(diǎn)半徑為350mm，地平線高度半徑為750mm，但半徑不是唯一值，其在350mm—750mm之間變化，具體點(diǎn)的半徑，見(jiàn)植草溝橫斷面示意圖。

植草溝橫斷面的分層情況由上而下為350mm的蓄水層、草皮、250mm種植土層、針刺土工布（200g/m2）、200mm礫石（粒徑30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯實(shí)（夯實(shí)系數(shù)93%）。同時(shí)，為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細(xì)沙，有機(jī)物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm—30ppm。

2.下沉綠地

蘭亭路下沉綠地的橫斷面分層情況由上而下為150mm的蓄水層、550mm種植土層、80mm厚碎石（粒徑8—10mm）、針刺土工布（200g/m2）、350mm厚碎石（粒徑30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯實(shí)（夯實(shí)系數(shù)93%）。同樣為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細(xì)沙，有機(jī)物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm-30ppm。

3.生物滯留池

蘭亭路生物滯留池的橫斷面分層情況由上而下為150mm的蓄水層、600mm的種植土層、素土夯實(shí)（夯實(shí)系數(shù)93%）。與植草溝、下沉綠地的處理方式相同，為增加滲透性能種植土可摻入20%左右的細(xì)沙，有機(jī)物的含量5%，磷的濃度宜為10ppm—30ppm。

（三）人行道設(shè)計(jì)

蘭亭路的人行道采用建筑垃圾再生材料透水步磚鋪裝，盲道采用中黃色道板，板厚均為6cm，混凝土標(biāo)號(hào)C40，鋪裝圖案見(jiàn)人行道鋪裝圖。

人行道路面結(jié)構(gòu)自上而下依次為：60mm厚建筑垃圾再生材料透水步磚、30mm厚中粗砂墊層、下鋪過(guò)濾土工布（400g/m2的無(wú)紡?fù)凉げ迹?0mm厚透水混凝土（混凝土標(biāo)號(hào)C20）、20mm厚級(jí)配再生磚石基層。

（四）其他設(shè)施設(shè)計(jì)

1.溢流井

在許昌市規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)完成的蘭亭路道路設(shè)計(jì)中，已經(jīng)規(guī)劃設(shè)置了一定數(shù)量的溢流井，本案中為更好地應(yīng)用海綿城市理念，故對(duì)溢流井的數(shù)量、位置等，進(jìn)行了一定的調(diào)整。溢流井的規(guī)格選取最大過(guò)流流量50L/s，同時(shí)參照行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范保證每隔40米設(shè)置溢流井一處，為更好地保證雨水收集排放系統(tǒng)的運(yùn)行，溢流井為雙側(cè)對(duì)應(yīng)設(shè)置。

溢流井設(shè)在綠地內(nèi)，用于植草溝、下沉綠地、生物滯留池等海綿設(shè)施的排水，通過(guò)溢流連接管與干管上的雨水井相連。周?chē)佋O(shè)卵石，粒徑30mm—50mm。

2.雙箅雨水口兼檢查井

雙箅雨水口兼檢查井設(shè)置在道路上，與市政雨水干管相連，雨水井均用球墨鑄鐵爬梯，爬梯的水平和垂直間距參照國(guó)標(biāo)檢查井設(shè)置。復(fù)合材料箅子為成品，采用復(fù)合材料制造，雨水口尺寸可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

3.人行道下排水暗溝

蘭亭路人行道下排水暗溝處的橫斷面分層情況由上而下為現(xiàn)有人行道面層恢復(fù)、20mm厚1：4干硬性水泥砂漿、30mm厚C25預(yù)制混凝土蓋板、20mm厚1：3水泥砂漿抹面、100mm厚C15混凝土墊層、素土夯實(shí)（夯實(shí)系數(shù)≥95%）。

4.路緣石

路緣石均采用五蓮花花崗巖材質(zhì)，各構(gòu)件要求抗滑性能好。由于人行道坡度與排水暗溝坡度一致，人行道與綠化帶之間的開(kāi)口高度不變。另外，人行道與綠化帶開(kāi)口處設(shè)碎石帶，預(yù)防夏季高溫天氣地面積水溫度過(guò)高，直接經(jīng)由路緣石開(kāi)口進(jìn)入綠化帶，不利于綠化帶內(nèi)植物生長(zhǎng)。

三、道路海綿城市設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)指標(biāo)核算

（一）目標(biāo)調(diào)蓄容積（設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積）

蘭亭路規(guī)劃紅線寬20米，道路東西兩側(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)各10米寬綠化帶，綠化帶內(nèi)側(cè)設(shè)1.5米寬的自行車(chē)慢道。根據(jù)國(guó)家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部于2014年10月發(fā)布的《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）》中關(guān)于不同匯水面種類徑流系數(shù)的規(guī)定，車(chē)行道與自行車(chē)慢道雨量徑流系數(shù)取值0.85；人行道雨量徑流系數(shù)取值0.45；綠化帶中綠地的雨量徑流系數(shù)取值0.15。

關(guān)于設(shè)施規(guī)模的計(jì)算方面，本設(shè)計(jì)采用的是指南中所推薦的“容積法”，蘭亭路的目標(biāo)調(diào)蓄容積計(jì)算可按照如下公式：

V=10HφF （1）

式中：V——設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；

H——設(shè)計(jì)降雨量，mm；

φ——綜合雨量徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2。

通過(guò)加權(quán)計(jì)算得蘭亭路地塊的綜合雨量徑流系數(shù)φ為0.554，H取值24.4，計(jì)算蘭亭路總的匯水面積，最后套用“容積法”公式可得，蘭亭路目標(biāo)調(diào)蓄容積（設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積）為557.207m3。

（二）雨水調(diào)蓄設(shè)施

蘭亭路在規(guī)劃設(shè)計(jì)中所選取的雨水調(diào)蓄設(shè)施主要包括了植草溝、下沉綠地、生物滯留池三種，設(shè)計(jì)的最大水深分別為植草溝0.3m；下沉綠地0.15m；生物滯留池0.15m，調(diào)蓄設(shè)施安全系數(shù)取100%，計(jì)算可得蘭亭路的海綿設(shè)施調(diào)蓄容積為828.299m3。通過(guò)比較，我們發(fā)現(xiàn)蘭亭路的海綿設(shè)施調(diào)蓄容積>目標(biāo)調(diào)蓄容積（設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積），規(guī)劃設(shè)計(jì)的雨水調(diào)蓄設(shè)施規(guī)?？蓾M足許昌市海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)域年徑流總量控制率75%的指標(biāo)要求。

（三）過(guò)流能力校核

暴雨強(qiáng)度公式按照河南省許昌市新版暴雨強(qiáng)度公式計(jì)算，如下：

q=1977.432（1+0.945logP）/（t+10.909）^0.747 （2）

式中：q——暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

P——雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期；

t——降雨歷時(shí)，min。

雨水設(shè)計(jì)流量的計(jì)算公式，本設(shè)計(jì)采用的是指南中所推薦的“流量法”，蘭亭路相關(guān)設(shè)施的雨水設(shè)計(jì)流量的計(jì)算可按照如下公式：

Q=ΨqF （3）

式中：Q——雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；

Ψ——流量徑流系數(shù)；

q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/（s·hm2）；

F——匯水面積，hm2。

1.人行道下排水暗溝

在進(jìn)行人行道下排水暗溝的過(guò)流能力校核的過(guò)程中，計(jì)算公式Q=ΨqF，關(guān)于F（匯水面積）的取值，選取的是蘭亭路匯水分區(qū)中人行道下排水暗溝可控制的最大匯水面積，故通過(guò)計(jì)算最大匯水面積的雨水設(shè)計(jì)流量（Qmax）滿足要求，其他也滿足要求。

首先，關(guān)于暴雨強(qiáng)度公式中P、t的取值，依據(jù)《許昌市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》中規(guī)定蘭亭路所在區(qū)域的雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為3年，通過(guò)相關(guān)計(jì)算我們?nèi)值為10。查閱指南中徑流系數(shù)表可得人行道下排水暗溝的流量徑流系數(shù)（Ψ）取0.9，相關(guān)數(shù)據(jù)套入計(jì)算公式可得 Qmax=0.026m3/s。

上述計(jì)算結(jié)果表示的是人行道下排水暗溝的最大雨水設(shè)計(jì)流量，我們還需要計(jì)算排水暗溝的實(shí)際過(guò)流能力，并通過(guò)比較其與最大雨水設(shè)計(jì)流量的大小關(guān)系，得出校核結(jié)論。關(guān)于排水暗溝的實(shí)際過(guò)流能力的計(jì)算，我們可參照如下公式：

A=bh （4）

R=bh/（b+2h） （5）

V=R^（2/3）I^（1/2）/n （6）

Q=AV （7）

式中：A——過(guò)水?dāng)嗝妫O；

R——水力半徑，m；

V——流量，m；

Q——過(guò)流能力，m3/s；

b——寬，m；h——高，m；

I——水力坡度；n——粗糙系數(shù)。

計(jì)算可得蘭亭路人行道下排水暗溝的實(shí)際過(guò)流能力Q=0.063m3/s。通過(guò)比較其與最大雨水設(shè)計(jì)流量的大小關(guān)系，發(fā)現(xiàn)人行道下排水暗溝的過(guò)流能力>最大雨水設(shè)計(jì)流量，故可得出結(jié)論人行道下排水暗溝的規(guī)格滿足排水需要。此處需要注意的是由于本設(shè)計(jì)中路緣石開(kāi)口與人行道下排水暗溝的開(kāi)口尺寸一致，故路緣石開(kāi)口的過(guò)流能力與人行道下排水暗溝的一致。

2.溢水管

關(guān)于溢水管過(guò)流能力校核，我們依據(jù)相同原則，選取蘭亭路匯水分區(qū)中溢流井可控制的最大匯水面積，通過(guò)計(jì)算最大匯水面積的雨水設(shè)計(jì)流量（Qmax）滿足要求，其他則也滿足相應(yīng)要求。

首先，關(guān)于暴雨強(qiáng)度公式中P、t的取值，依據(jù)《許昌市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》中規(guī)定蘭亭路所在區(qū)域的雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為3年，通過(guò)相關(guān)計(jì)算我們?nèi)值為17。查閱指南中不同匯水面的徑流系數(shù)表，車(chē)行道和自行車(chē)慢道的流量徑流系數(shù)取0.9、人行道的流量徑流系數(shù)取0.45、綠地的流量徑流系數(shù)取值0.2，通過(guò)加權(quán)計(jì)算得綜合流量徑流系數(shù)Ψ為0.748。最后，相關(guān)數(shù)據(jù)套入計(jì)算公式可得 Qmax=0.026m3/s=26L/s，而我們?cè)谠O(shè)計(jì)中所設(shè)置的溢水口的規(guī)格可滿足50L/s的最大過(guò)流流量，所以計(jì)算得出的溢水管最大雨水設(shè)計(jì)流量小于設(shè)置溢水口的最大過(guò)流流量。

但是，我們還需要計(jì)算溢水管的實(shí)際過(guò)流能力，并通過(guò)比較其與最大雨水設(shè)計(jì)流量的大小關(guān)系，得出最終的結(jié)論。關(guān)于溢水管實(shí)際過(guò)流能力的計(jì)算，我們可參照如下公式：

A=π（d/2）^2 （8）

R=A/2π（d/2） （9）

V=R^（2/3）I^（1/2）/n （10）

Q=AV （11）

式中：A——過(guò)水?dāng)嗝?，m2；

R——水力半徑，m；

V——流速，m/s；

Q——過(guò)流能力，m3/s；

d——管徑，m；

I——水力坡度；n——粗糙系數(shù)。

計(jì)算可得蘭亭路溢水管的實(shí)際過(guò)流能力Q=0.140m3/s。通過(guò)比較其與最大雨水設(shè)計(jì)流量的大小關(guān)系，發(fā)現(xiàn)溢水管的過(guò)流能力>溢水口的最大雨水設(shè)計(jì)流量，故可得出結(jié)論蘭亭路溢流井的規(guī)格滿足排水需要。

四、系統(tǒng)維護(hù)

（1）后期管理中應(yīng)及時(shí)補(bǔ)種修剪海綿設(shè)施內(nèi)的植物、清除雜草；（2）進(jìn)水口、溢流口因沖刷造成水土流失時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取防沖刷措施；（3）進(jìn)水口、溢流口堵塞或淤積導(dǎo)致過(guò)水不暢時(shí)，應(yīng)及時(shí)清理垃圾與沉積物；（4）低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的常規(guī)維護(hù)頻次及時(shí)間要求如下圖所示（圖18）：

五、結(jié)論與展望

隨著時(shí)代的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步，社會(huì)各界對(duì)于可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注度與日俱增，而“海綿城市理念”恰恰與之高度鍥合。眾所周知，以海綿城市理念為依托的城市道路綠化景觀設(shè)計(jì)，可以科學(xué)合理地將城市環(huán)境的自然生態(tài)功能與人工干預(yù)相結(jié)合，打造新型的城市道路雨水收集排放系統(tǒng)，從而可以很好地修復(fù)城市水生態(tài)、涵養(yǎng)水資源，有效緩解城市內(nèi)澇問(wèn)題，降低城市地面徑流污染負(fù)荷，節(jié)約水資源，改善城市的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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[2]褚克平.淺談海綿城市中的道路設(shè)計(jì)[J].廣東化工，2017，（08）：200-201.

[3]方庚明.海綿城市理念下的城市道路系統(tǒng)化設(shè)計(jì)策略探究[J].低碳世界，2017，（07）：215-216.

[4]王寧.基于海綿城市理念的城市道路設(shè)計(jì)方案探討[J].給水排水，2016，（11）：27-31.

作者簡(jiǎn)介：

原振華，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院建筑學(xué)專業(yè)碩士研究生。研究方向：城市規(guī)劃。

段漢明，教授、博士生導(dǎo)師，就職于河南工業(yè)大學(xué)城市科學(xué)與區(qū)域發(fā)展研究所。研究方向：城市規(guī)劃。

謝培琦，河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院建筑學(xué)專業(yè)碩士研究生。研究方向：城市規(guī)劃。