基于海綿理念的城市道路雨水徑流控制率探討

冉祥祥

摘要：我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，城市道路占地面積越來(lái)越多，傳統(tǒng)路面將雨水直接排入雨水管，短時(shí)內(nèi)流量較大，給雨水管網(wǎng)帶來(lái)較大壓力，而依托道路綠化帶和人行道設(shè)置的海綿設(shè)施可有效控制雨水徑流量，減輕雨水管網(wǎng)排水壓力。文章以南寧市某城市道路為例，在設(shè)置海綿設(shè)施后，對(duì)道路范圍內(nèi)雨水徑流控制率進(jìn)行計(jì)算，并分析了影響徑流控制率的因素，提出了提高徑流控制率的建議措施。

關(guān)鍵詞：海綿設(shè)施;城市道路;徑流控制率;雨量徑流系數(shù);調(diào)蓄容積

0 引言

我國(guó)正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，城市建設(shè)取得顯著成就，同時(shí)也存在開(kāi)發(fā)強(qiáng)度高、硬質(zhì)鋪裝多等問(wèn)題，導(dǎo)致下墊面過(guò)度硬化，破壞了自然的“海綿體”，導(dǎo)致“逢雨必澇、雨后即旱”，因此，需建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。城市道路作為城市的重要組成部分，其用地面積占城市建設(shè)用地面積的15%～20%，是建設(shè)海綿城市的重要組成部分。

常規(guī)城市路面雨水直接排入雨水管網(wǎng)，而海綿城市路面雨水先流入海綿設(shè)施，經(jīng)海綿設(shè)施調(diào)控后，可削減洪峰流量，減少排入管網(wǎng)水量，從而減少內(nèi)澇發(fā)生。評(píng)價(jià)海綿設(shè)施調(diào)控能力的主要指標(biāo)為年徑流總量控制率（以下簡(jiǎn)稱徑流控制率），是指通過(guò)自然和人工強(qiáng)化的滲透、集蓄、利用、蒸發(fā)、蒸騰等方式，場(chǎng)地內(nèi)累計(jì)全年得到控制（不外排）的雨量占全年總降雨量的比例[1]。目前各海綿試點(diǎn)城市均制定了相應(yīng)的徑流控制率目標(biāo)，文中以南寧市某城市道路為例，要求其徑流控制率≥70%。本文首先分析其海綿設(shè)施可調(diào)蓄容積，再根據(jù)路面面積和徑流系數(shù)推算海綿設(shè)施可調(diào)蓄雨量，通過(guò)徑流控制率對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量的曲線，從而得出實(shí)際徑流控制率，對(duì)比是否滿足設(shè)計(jì)要求，最后根據(jù)計(jì)算過(guò)程中的可控參數(shù)，提出提高徑流控制率的相應(yīng)措施。

1 適用于城市道路的海綿設(shè)施介紹

常見(jiàn)的海綿設(shè)施有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、滲透塘、蓄水池、植草溝等，其中綠色屋頂主要在建筑工程中采用，滲透塘、植草溝適用于廣場(chǎng)和后排綠地，蓄水池以雨水回收利用為主?？紤]到城市道路以交通功能為主，過(guò)度地設(shè)置海綿措施會(huì)占用道路用地，影響道路使用功能，造成本末倒置，也會(huì)給后期運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)不便，經(jīng)比較分析，適合城市道路的海綿設(shè)施主要有下凹式綠地和透水鋪裝，其結(jié)構(gòu)構(gòu)造見(jiàn)圖1和圖2[2]。

2 城市道路海綿設(shè)施布置及匯水區(qū)域劃分

以南寧市某新建城市道路為例，根據(jù)海綿城市建設(shè)要求，其紅線范圍內(nèi)的雨水徑流控制率應(yīng)≥70%。根據(jù)上述適用于城市道路的海綿設(shè)施介紹，擬采用的海綿設(shè)施為中央分隔帶微地形、路側(cè)帶下凹式綠地和人行道透水鋪裝，其標(biāo)準(zhǔn)段平剖面布置分別見(jiàn)圖3和圖4[2]。

相較于傳統(tǒng)道路，路面不設(shè)置雨水口，雨水不會(huì)直接流入雨水管網(wǎng)，而是先流入下凹式綠地，初期雨水在下凹式綠地內(nèi)儲(chǔ)存、下滲，后期富余的雨水通過(guò)溢流式進(jìn)水井進(jìn)入雨水管網(wǎng)，從而達(dá)到“滲、滯、蓄、排”的目的。

根據(jù)道路的橫坡，設(shè)置海綿設(shè)施后的路面匯水區(qū)域劃分如下：

（1）中央分隔帶微地形：承擔(dān)自身面積匯水，不承擔(dān)客水。

（2）路側(cè)帶下凹式綠地：承擔(dān)自身面積匯水、車行道及人行道匯水。

3 海綿設(shè)施調(diào)蓄容積計(jì)算

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南（試行）》（住房城鄉(xiāng)建設(shè)部2014年10月）要求，透水鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙容積一般不計(jì)入總調(diào)蓄容積，因此對(duì)于該城市道路，海綿設(shè)施調(diào)蓄容積主要包括路側(cè)帶下凹式綠地和中央分隔帶微地形。

3.1 調(diào)蓄容積的計(jì)算公式

3.2 調(diào)蓄容積計(jì)算結(jié)果

影響調(diào)蓄容積的除了綠地面積以外，綠地內(nèi)種植土參數(shù)也至關(guān)重要。其中土壤滲透系數(shù)表現(xiàn)為雨水下滲速度，雨水下滲越快，調(diào)蓄能力越強(qiáng);土壤孔隙率表現(xiàn)為存儲(chǔ)水量的有效容積，孔隙率越大，可存儲(chǔ)水量越多;田間持水量表現(xiàn)為剩余可利用容積，田間持水量越小，剩余可利用容積越大。

根據(jù)上述下凹式綠地構(gòu)造，種植土為土壤摻20%細(xì)沙，土壤滲透系數(shù)取κ=0.3m/h，平均孔隙率取n=0.38，田間持水量fc=0.2，比較24h內(nèi)雨水滲透深度和dz值并取較小者，每天每公里路段的上述城市道路海綿設(shè)施調(diào)蓄容積為（以標(biāo)準(zhǔn)段計(jì)算，忽略綠地開(kāi)口）：

（1）中央分隔帶微地形V1=548m3。

（2）路側(cè)帶下凹式綠地V2=737m3。

4 根據(jù)海綿設(shè)施調(diào)蓄容積推算控制降雨量

在計(jì)算控制降雨量之前，需先確定徑流系數(shù)。徑流系數(shù)ψ包括雨量徑流系數(shù)ψc和流量徑流系數(shù)ψm。雨量徑流系數(shù)ψc為設(shè)定時(shí)間內(nèi)降雨產(chǎn)生的徑流量與降水量之比[3]。ψc關(guān)注的是設(shè)定時(shí)間內(nèi)的徑流，ψm關(guān)注的是高峰流量期間的徑流。ψm常用于雨水管道水力計(jì)算。由于年徑流總量控制率考慮的是全年得到控制（不外排）的雨量占全年總降雨量的比例，因此應(yīng)采用與總量控制相關(guān)的雨量徑流系數(shù)ψc。《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2016）給出了常用下墊面雨量徑流系數(shù)。根據(jù)規(guī)范，人行道透水鋪裝取ψc=0.4，車行道取ψc=0.9，綠地取ψc=0.15。

4.2 控制降雨量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)道路橫坡和匯水區(qū)域劃分，中央分隔帶微地形只承擔(dān)自身區(qū)域匯水，即每公里折算匯水面積A1=3000m2，實(shí)際可控制降雨量h1=V1/A1=183mm;路側(cè)帶下凹式綠地承擔(dān)自身區(qū)域降水和車行道及人行道匯水，根據(jù)雨量徑流系數(shù)，每公里匯水面積見(jiàn)表1，折算匯水面積A2=∑（ψc·F）=31600m2，實(shí)際可控制降雨量h2=V2/A2=23.3mm。

5 根據(jù)控制降雨量推算徑流控制率

5.1 單個(gè)匯水區(qū)域的徑流控制率推算

根據(jù)上述計(jì)算，中央分隔帶微地形實(shí)際可控制降雨量h1=183mm/d，路側(cè)帶下凹式綠地實(shí)際可控制降雨量h2=23.3mm/d，其可達(dá)到的徑流控制率可通過(guò)統(tǒng)計(jì)小于該數(shù)據(jù)的日降雨量之和在總降雨量中的比例得出，也可直接查閱南寧市的徑流控制率與設(shè)計(jì)降雨量的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線（如圖5所示），可得出中央分隔帶的徑流控制率約為98%，路側(cè)帶下凹式綠地的徑流控制率為70.5%。

5.2 綜合徑流控制率推算

由于徑流控制率與設(shè)計(jì)降雨量為非線性關(guān)系，計(jì)算道路的綜合徑流控制率時(shí)，不能直接加權(quán)平均計(jì)算每個(gè)匯水區(qū)域的可控制降雨量，而是先根據(jù)每個(gè)匯水區(qū)域的可控制降雨量求得該區(qū)域的徑流控制率，再加權(quán)求和各區(qū)域的徑流控制率。以上述項(xiàng)目為例，中央分隔帶為一個(gè)單獨(dú)匯水區(qū)域，占道路總面積比例為7.5%，其對(duì)整個(gè)道路的徑流控制率貢獻(xiàn)為0.98×7.5%=7.35%;路側(cè)帶下凹式綠地與人行道、車行道組成一個(gè)匯水區(qū)域，占道路總面積比例為92.5%，其對(duì)整個(gè)道路的徑流控制率貢獻(xiàn)為0.705×92.5%=65.2%。2個(gè)匯水區(qū)域合計(jì)徑流控制率為72.55%，即設(shè)置海綿設(shè)施后，該城市道路的綜合徑流控制率達(dá)到72.55%，滿足≥70%的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

6 徑流控制率影響因素及提高措施

通過(guò)對(duì)上述工程徑流控制率的計(jì)算分析，對(duì)于同一地區(qū)，徑流控制率與控制降雨量h成正比，根據(jù)h=V/（ψc·F），影響徑流控制率的因素有海綿設(shè)施調(diào)蓄容積V、雨量徑流系數(shù)ψc和匯水面積F，當(dāng)徑流控制率不足時(shí)，可增加V，降低ψc和F。

6.1 增加海綿設(shè)施調(diào)蓄容積V

增加海綿設(shè)施用地面積，增加綠地蓄水層深度，改善種植土的土壤參數(shù)，如提高滲透系數(shù)、孔隙率，降低田間持水率等，從而提高調(diào)蓄容積。

中央分隔帶調(diào)蓄容積富余較多，沒(méi)有被充分利用。通過(guò)改變道路橫坡，使部分行車道雨水流入中央分隔帶，也可增加調(diào)蓄容積。

6.2 降低雨量徑流系數(shù)ψc

可提高綠地和透水鋪裝比例，車行道采用透水瀝青等[4]。

6.3 降低硬化路面匯水面積F

可通過(guò)坡度和管溝將部分路面雨水引流至后排綠地進(jìn)行消納，從而減少道路海綿設(shè)施的匯水面積。

7 結(jié)語(yǔ)

在城市道路中，依托綠化帶和人行道設(shè)置的海綿設(shè)施可有效控制地表徑流，徑流控制率是對(duì)該控制效果的具體量化，是衡量海綿城市建設(shè)的重要指標(biāo)。文中以實(shí)例為研究對(duì)象，提出海綿設(shè)施建設(shè)方案及其徑流控制率的計(jì)算方法，并對(duì)影響徑流控制率的因素提出一些改進(jìn)措施，對(duì)市政道路建設(shè)具有一定參考意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]GB50400-2016，建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]吳 梁，唐建超，尚成廠.透水瀝青路面在海綿城市中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2018（35）：60-64.