海綿城市理念在城市道路建設中的應用

陳國華， 鄭二洋， 郭欣欣

(1.珠海大橫琴城市新中心發(fā)展有限公司， 廣東 珠海 519000；2.湖南省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司， 湖南 長沙 410200)

0 引言

近年來，城市排水系統(tǒng)的建設落后于城市快速擴張的需求，且極端天氣現象日趨頻繁，內陸看“?！币褜乙姴货r，給我國城市經濟發(fā)展帶來不可估量的損失。不僅如此，城市水環(huán)境惡化也在全國范圍內加劇[1]。因此，治理城市排水、水環(huán)境問題變得十分迫切。

城市發(fā)展過程中不透水面積快速增加，城市排水問題往往體現在排水管網末端對降水滯納能力不足。在極端降雨情況下，雨水快速由排水管網向主要排水通道匯集，給主要排水通道帶來巨大壓力，致使城市排水系統(tǒng)階段性癱瘓，影響城市的正常運行。為解決這一問題，我國專家學者提出了“海綿城市”的城市排水體系建設理念[2]。“海綿城市”顧名思義就是城市能夠像海綿一樣具有良好 “彈性”，在惡劣天氣下，可將雨水迅速收集并蓄存。近年來，在北京、天津等地試點建設海綿城市獲得了成功，其中天津市曾遭遇最強降雨，濱海新區(qū)部分地帶出現積水和內澇，但中新生態(tài)城正是由于堅持“海綿城市”的設計理念，才免遭暴雨的威脅[3]。海綿城市建設理念的有效應用，極大地緩解了極端情況下雨水流量峰值過大的問題。

相關研究表明，海綿城市的建設主要通過加強排水管網末端對降水的滯納能力，有效降低了主排水通道的流量峰值，從而增加了城市排水系統(tǒng)的抗風險能力[4]。此外，海綿城市建設所依賴的湖濱帶、河濱帶等生態(tài)工程對城市徑流的水質也有改善效果。

目前，海綿城市建設理念在全國的應用實踐研究尚處于起步階段，特別是在城市道路建設中的應用相對缺乏。本文基于珠海市香洲區(qū)道路建設工程，研究了城市道路建設中海綿城市理念對排水系統(tǒng)和城市水質的提質增效，旨在為今后海綿城市理念在城市道路建設中的應用提供借鑒。

1 工程概況

南灣大道改造工程項目位于珠海市香洲區(qū)，改造起點位于通航二路與南灣大道交叉口，終點為洪屏二路與南灣大道交叉口，道路等級為城市主干路，設計速度為60 km/h，道路全長約4 919 m，道路紅線寬度為50 m。

本項目在道路兩側紅線外設置生物滯留草溝，在人非共板路側每隔20 m左右設置一處過水暗涵。降雨時，機動車道雨水通過路緣石開口進入過水暗涵后匯入生物滯留草溝，經過下滲、過濾，再通過盲管排入市政雨水管道；同時在生物滯留草溝設置內溢流雨水口，當滯留草溝蓄水深度超過0.2 m時，雨水經溢流雨水口進入溢流井，排至市政雨水管[5-6](見圖1、圖2)。

圖1 項目排水技術路線圖

圖2 項目排水標準平面布置圖

2 研究方法

2.1 設計標準

2.1.1年徑流總量控制率

根據《珠海市海綿城市規(guī)劃設計標準與導則》(試行)[7]，本次改造道路年徑流總量控制率要求達到50%，即對應設計降雨量為15.1 mm。

2.1.2年徑流污染去除率

本次改造道路雨水年徑流污染去除率應達到35%(以總可溶性固形物TSS 計)。

2.1.3內澇防治標準

本次改造道路能有效應對不低于50 a一遇24h設計暴雨。

2.2 匯水分區(qū)劃分

匯水分區(qū)的劃分是建設海綿城市的基礎。本項目設置的生物滯留草溝段道路匯水區(qū)包括道路南、北半幅及道路兩側紅線外3 m綠帶。

2.3 海綿城市設計

2.3.1透水鋪裝設計

透水鋪裝不僅能有效防止城市內澇及緩解熱島效應，還能大幅提升城市道路形象[8-9]。本項目在非機動車道、人行道采用透水鋪裝，其下敷設有沿道路縱向軟式透水管(自上而下結構層見圖3)。由于珠海市地下水位較高，為防止地下水滲透路基，透水鋪裝一般不宜采用全透型設施。因此，本項目在透水鋪裝下部采用不透水土工布，將路面下滲雨水通過φ80透水軟管引入溢流井，進而排至市政雨水管道[10]。

圖3 海綿城市透水鋪裝排水圖(單位： cm)

2.3.2生物滯留草溝設計

路面雨水由過水暗涵排入生物滯留草溝后，在生物滯留草溝的生物、化學、物理等過程共同作用下，一方面能夠有效延緩地面徑流、降低內澇風險，另一方面能夠凈化初期雨水并減少初期雨水對流域水體的面源污染[9]。本項目在道路兩側用地紅線外布置3 m寬生物滯留草溝，其結構層自上而下主要為20 cm蓄水層+60 cm種植土層(見圖4)。

圖4 生物滯留草溝設計圖

2.3.3其他設施設計

2.3.3.1 溢流雨水口設計

道路兩側的生物滯留草溝內采用圓形溢流雨水口，間距為30～40 m。在溢流口周圍散鋪卵石，卵石粒徑采用6～9 cm，其對沉淀雜質、緩沖徑流有一定作用。

2.3.3.2 過水暗涵設計

為了使路面徑流雨水快速流入到生物滯留草溝內，人非共板路段每隔20 m設置一處過水暗涵，尺寸為0.6 m0.16 m。

3 結果與討論

3.1 雨水年徑流總量控制率校核

當海綿設施調蓄容量V2大于徑流總量控制率所對應的徑流控制總量V1，則海綿設施能夠有效控制設計范圍內的降雨量不外排。其中V1、V2可由下式計算：

V1=F·h·Φ

(1)

V2=Vx+Vb

(2)

式中：F為低影響開發(fā)控制區(qū)域面積，m2；h為對應年徑流總量控制率下降雨強度，mm；Φ為綜合徑流系數；Vx為海綿設施蓄水空間內的儲水量，m3；Vb為生物滯留草溝設施填料層空隙的儲水量,m3。

經計算，徑流總量控制率為50%的徑流控制總量為V1=2 530.4 m3，海綿設施調蓄容量V2=2728.1 m3。因此，徑流總量控制率為50%的徑流控制總量V1小于海綿設施調蓄容量V2，即海綿設施對徑流的調蓄容量滿足珠海保稅區(qū)海綿城市建設的控制指標(50%)的要求[7]。

3.2 年徑流污染去除率校核

根據珠海市地方標準[7]可知，透水鋪裝的平均水質中的懸浮物SS去除率為80%～90%；初期雨水經生物滯留草溝內植被處理后，可去除約35%～90%的SS。其中SS去除率可由下式計算：

年SS總量去除率=年徑流總量控制率×

海綿設施對SS的平均去除率

(3)

經計算，本項目年SS總量去除率可達到42%，滿足珠海市海綿城市建設的控制指標(35%)的要求[7]。

3.3 防澇能力分析

結合道路豎向設計及相關規(guī)劃，選擇道路低點作為評價參考點。在50 a一遇重現期的降雨強度下，當匯水分區(qū)產生的全部匯水徑流到達最低點時為防澇最不利時刻。對該時刻的徑流總量與設計管道排水能力計算對比，通過對最不利參考點的評價來判斷道路發(fā)生內澇的風險。其中內澇風險點計算如下：

Q3=Q1-Q2

式中：Q3為內澇水量；Q1為降雨量；Q2為設計雨水管道泄流量。

當Q3>0，內澇點存在內澇風險，需設置排澇管道；Q3≤0，即無內澇風險。

經計算Q3<0，即雨水管道泄流量均能滿足50 a一遇內澇防治標準，因此本項目道路范圍內不存在內澇點。

3.4 維護與管理

為了確保海綿城市長期發(fā)揮作用，需要對海綿設施定期保養(yǎng)，具體措施如下： ①定期檢查透水鋪裝透水能力，當滲透能力大幅下降時，應采用沖洗、負壓抽吸等方法及時進行清理；②定期對生物植草溝內植物修剪及補種，并定期清除雜草、垃圾與沉積物；③定期檢查出入口和溢流口是否堵塞，及時清除阻塞物。

3.5 重難點分析

本項目為市政道路改造工程，沿線相交道路較多、地下管線錯綜復雜，導致項目存在以下重難點：①本項目現狀管線較多，管線遷改設計需綜合考慮近遠期規(guī)劃并預留相應管位；②排水管道設計時不僅要考慮暴雨重現期影響，還要對海綿設施及城市內澇進行分析計算，對不滿足要求的管徑及時進行調整；③海綿設施對外界環(huán)境表現出明顯的脆弱性，同時人們對海綿設施的運行維護意識較薄弱，因此需要加強定期維護與管理。

4 結語

構建海綿城市時，需因地制宜地考慮降雨和生態(tài)環(huán)境，選用適合本地區(qū)的技術路線和措施，將綠色與灰色基礎設施相結合，打造“蓄、滲、滯、凈、用、排”的海綿理念，這樣不僅能夠保證水體安全，還能從源頭上解決水環(huán)境污染問題，從而極大程度地改善水生態(tài)環(huán)境。

本文從源頭減排、排澇除險等方面入手，在道路范圍內設置海綿設施，解決道路雨水徑流和收集部分客水，從而達到控制徑流、凈化水質的目的；并利用道路綠地空間實現低影響開發(fā)的目標。旨在為市政道路海綿城市建設提供創(chuàng)新思路，進而建立一個工程與環(huán)境、人類與自然相和諧的現代化生態(tài)城市。