“海綿城市”理念在城市道路中的應用

張國會

（北京市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目管理中心，北京 100161）

0 引言

近些年，隨著我國不斷加快的城市化進程，在帶動地方經(jīng)濟增長的同時，也帶來一系列城市環(huán)境問題。一些技術(shù)手段在城市建設(shè)過程中的采用，有時會對周圍整體環(huán)境產(chǎn)生一定的負面作用。雨水季節(jié)，一方面很多城市不斷發(fā)生內(nèi)澇，徑流污染嚴重，而另一方面，城市地下水位卻下降嚴重，水資源嚴重匱乏。這一矛盾現(xiàn)象充分暴露了傳統(tǒng)城市對雨水管理方面調(diào)蓄能力差，雨水資源化利用率低的問題。

2013 年12 月12 日習近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會議上提出“在提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的‘海綿城市’”。“海綿城市”，指的是一座城市在應對雨水時能夠像海綿一樣，具有良好的彈性，實現(xiàn)對雨水的吸納、蓄滲和緩釋，蓄存的水在需要時能被加以利用，從而有效控制雨水徑流，實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化，是一種新的城市雨洪管理模式。通過“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”，合理利用和保護城市水資源，確保城市水安全，同時有效保護和提升城市水環(huán)境，科學保護和修復城市水生態(tài)，實現(xiàn)城市良性的水循環(huán)、維持科學的生態(tài)環(huán)境和優(yōu)美的城市景觀系統(tǒng)。因此，在對城市規(guī)劃過程中，運用海綿城市的理念，有利于保持生態(tài)平衡。

城市道路作為城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，對其有針對性地進行海綿化設(shè)計，是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。

1 城市道路中常用的幾種海綿理念

傳統(tǒng)城市道路建設(shè)中，普通的道路沒有生態(tài)透水功能，而且材料都是水泥，瀝青等弱透水或不透水的鋪裝材料，硬化面積大，雨水滲透率低，多余的水通過城市管道流到了河流中，導致地表徑流增多，地下徑流減少，路面污染程度大并轉(zhuǎn)輸周圍地塊雨污水，不利于生態(tài)環(huán)境建設(shè)。所以，作為城市建設(shè)重要內(nèi)容之一的城市道路，其“海綿化”建設(shè)尤為重要。

城市道路的“海綿化”建設(shè)，應在滿足道路基本功能的前提下，通過低影響開發(fā)設(shè)施，從源頭、中途和末端控制雨水徑流總量、雨水峰值和雨水污染。徑流雨水，通過“海綿化”設(shè)施一部分下滲，有效補充地下水資源，多余部分可以通過城市雨水管道，并經(jīng)過凈化和處理最終排入水體，從而達到控制雨洪總量，減輕排水系統(tǒng)壓力，降低徑流污染，改善道路行駛的安全性，提高行駛舒適性，改善城市微氣候的目的，并且維護管理簡單，綠色美觀。目前，經(jīng)過一段時間的設(shè)計實踐，一些海綿城市設(shè)計措施被廣泛應用。

1.1 透水鋪裝

透水鋪裝，與普通硬化路面相比，通過采用大孔隙結(jié)構(gòu)層或排水滲透設(shè)施，采用具有一定滲透、吸收能力的鋪裝材料，如透水混凝土、透水瀝青、透水磚和透水膠粘石等，下雨時，雨水能夠通過鋪裝材料就地下滲，一定程度上可以達到控制地表徑流，提高雨水利用率的目的，具有良好的生態(tài)效益。作為一個重要技術(shù)，被廣泛運用于城市道路、廣場、停車場等。選擇使用透水鋪裝，能夠使城市熱島效應，地表徑流水二次污染，暴雨內(nèi)澇等問題得到有效緩解，同時還可以對地下水資源進行一定程度的補充[1]。

1.2 下凹式綠地

下凹式綠地是指低于周邊鋪砌地面或道路路面一定高度的公共綠地，利用綠地的開放空間滯留和收集雨水，讓雨水可以慢慢滲透到地下，盡量減少徑流外排。作為一種有效的海綿理念，其具有重要的吸水、滲水和凈水功能。主要設(shè)計參數(shù)是綠地下凹的深度，一般建議平均下凹深度為H=10~20cm。下凹式綠地內(nèi)一般應設(shè)置溢流口，保證暴雨時徑流的溢流排放。溢流口頂部標高一般應高于下凹式綠地地面15~25cm[1]。

1.3 生物滯留設(shè)施

生物滯留設(shè)施，是選擇在較低地勢的區(qū)域內(nèi)，通過植物、土壤和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。按復雜程度不同可以分為簡易型和復雜型，按位置不同包括生態(tài)樹池、高位花壇、雨水花園、生物滯留帶等類型。主要適用范圍為城市公共綠地，主要包括城市建筑小區(qū)內(nèi)的建筑、道路及停車場周邊的綠地，以及城市道路周邊的綠化帶。其適用范圍較廣、可與周圍景觀統(tǒng)籌布置，美化環(huán)境的同時有效控制地表徑流，建設(shè)及維護成本低。但生物滯留設(shè)施的選址還應綜合考慮周邊建筑、地下設(shè)施、坡度、土壤滲透性和地下水等因素，如地下水位較高、土壤滲透性能差、地形較陡的地區(qū)，應采取必要的換土、防滲、設(shè)置階梯等措施避免次生災害的發(fā)生。通過生物滯留設(shè)施的應用，可以很好地實現(xiàn)“海綿城市”理念中的“滯、凈”[3]。

1.4 蓄水池

蓄水池是用人工材料修建、具有雨水儲存功能同時具有防滲作用的蓄水設(shè)施，也具有削減峰值流量的作用。蓄水池常用做法主要有兩種：滲透型和儲水型。滲透型要求蓄積的雨水在24h 內(nèi)完成下滲，達到強化補充地下水的效果；儲水型目的為雨水利用，蓄積的雨水可用于周邊綠地和道路的澆灑。

2 工程案例中的海綿措施

作為海綿城市的重要組成部分，城市道路系統(tǒng)在進行海綿化設(shè)計時，首先應滿足道路本身具有的交通服務功能及耐久性的基本要求，再按照海綿城市建設(shè)相關(guān)規(guī)劃的控制目標與指標要求，結(jié)合道路建設(shè)方案及項目所在地降雨特征、水文地質(zhì)條件等情況進行調(diào)研，確定徑流的流向、積水點及匯水面積等指標，因地制宜，設(shè)置海綿設(shè)施。

2.1 工程概況

本項目位于昌平回龍觀地區(qū)北五環(huán)與北六環(huán)之間，影響區(qū)域包括昌平回龍觀地區(qū)、龍域地區(qū)及海淀上地產(chǎn)業(yè)園地區(qū)3 個地區(qū)，影響范圍面積約為20.7km2，總體位置如圖1 所示。

圖1 項目總體位置

該項目為自行車專用城市道路，始于北京市同成街與文華路相交路口，沿著地鐵13 號線北側(cè)的綠地，向西沿途經(jīng)過回龍觀、龍澤地鐵站，上跨京藏高速及龍域東一路，下穿京包鐵路，沿龍域環(huán)路至西二旗北路，終點位于后廠村路與上地西路交叉口，與現(xiàn)有城市自行車道路系統(tǒng)相銜接，全長約6.5km。其中路基段長2.74km，橋梁段長2.72km，現(xiàn)況道路改造1.04km，頂進箱涵1 座。沿線設(shè)有出入口8 處，養(yǎng)護工區(qū)，服務區(qū)，駐車區(qū)。項目線位如圖2 所示。

圖2 項目線位

項目建設(shè)前場地主要以綠地、廣場、道路為主，現(xiàn)況排水系統(tǒng)以京藏高速為界分為兩個區(qū)域，東側(cè)回龍觀區(qū)域沿同城街有現(xiàn)況市政雨水系統(tǒng)，向北排至回龍觀北側(cè)現(xiàn)況明渠。西側(cè)西二旗區(qū)域沿龍域環(huán)路北側(cè)有一條現(xiàn)況排洪溝，承擔京包鐵路至龍域環(huán)路之間的排洪功能，向東排入現(xiàn)況半壁店溝，東西側(cè)雨水系統(tǒng)最終下游均為南沙河。

北京市總體規(guī)劃中提到，到2020 年20%以上的城市建成區(qū)實現(xiàn)降雨70%就地消納和利用，到2035 年擴大到80%以上的城市建成區(qū)。結(jié)合該項目的特點，綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，建設(shè)海綿型城市道路，充分發(fā)揮綠地微地形、雨水花園、植草溝等措施對降雨的積蓄、滯留作用，發(fā)揮植被、土壤等對雨水的滲透自然凈化作用，加大綠地雨水就地消納和利用比例。

2.2 海綿措施

根據(jù)北京市50 年的氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計，昌平區(qū)年平均降水量532.05mm，年降水天數(shù)平均為71.42d，其中：夏季降雨天數(shù)占全年的一半，降雨量占全年的72.3%（約385mm）。根據(jù)北京市地標《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》，雨水收集回用系統(tǒng)收集總徑流量重現(xiàn)期宜按1~2 年取值，即對應設(shè)計降雨量為45~81mm。本著最大化收集利用雨水的目的，本工程取規(guī)范上限值。

根據(jù)項目周邊場地情況，本次擬在具備實施條件的區(qū)域設(shè)置雨水回用設(shè)施，相關(guān)設(shè)施可覆蓋橋、路面面積約11446m2，回用設(shè)施蓄水總?cè)莘e約為760m3，總體平面布局如圖3 所示。

圖3 總體平面布局

本項目道路形式為高架和路基兩種。項目選線主要位于規(guī)劃建設(shè)區(qū)內(nèi)，根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，原用地排水屬于同城街、龍域環(huán)路等鄰近市政道路雨水系統(tǒng)服務流域。本次設(shè)計以不改變現(xiàn)狀排水分區(qū)和流域為基礎(chǔ)，同時采用下凹式綠地、透水鋪裝、滲透井、蓄水池等多種低影響開發(fā)設(shè)施，大大消減了雨水外排量，有效緩解下游排水系統(tǒng)的壓力。

高架橋部分，設(shè)置滲滯蓄一體系統(tǒng)，橋面雨水經(jīng)管道收集后匯入蓄水池或雨水花園，綠地范圍超出下滲能力、形成徑流的雨水溢流進入管線系統(tǒng)后再進入蓄水池。該區(qū)域雨水以蓄、用優(yōu)先，滯、滲相結(jié)合。設(shè)置位置及鋪設(shè)形狀結(jié)合景觀設(shè)計，主要位于綠地或橋下步道下方，大部分分為長方形布置。設(shè)取水口，便于雨水利用。高架段共設(shè)PP 模塊式雨水蓄水池5 座，總儲水容積為568m3，平面布局如圖4 所示。

圖4 平面布局

降雨發(fā)生時，雨水經(jīng)雨落管落至橋面后產(chǎn)生徑流匯入橋下雨水口，綠地及步道開始下滲。綠地產(chǎn)生徑流溢流入雨水口，雨水經(jīng)管道轉(zhuǎn)輸后進入雨水蓄水池，可實現(xiàn)81mm 降雨（2 年一遇最大24h 降雨量）基本不外排，雨水蓄水池蓄滿，超量雨水溢流排至同城街市政管線。降雨過后，蓄水池內(nèi)收集的雨水可用于澆灑綠化、沖洗排水渠道等，設(shè)計理念以綠色環(huán)保為目標。

路基部分，結(jié)合道路周邊的環(huán)境特點，路基段北（西）側(cè)，排水溝功能為城市防洪，以滯、滲、排為主，采用梯形生態(tài)植草溝型式。路基段南（東）側(cè)，自行車專用路東邊線與龍域環(huán)路西邊線之間設(shè)置2~4m 寬的下凹式綠地，收集自行車道和綠地自身雨水，以滯、滲為主。沿下凹式綠地縱向每間隔150m 左右設(shè)1 座溢流雨水口，超標雨水就近溢流至龍域環(huán)路和西二旗西路雨水系統(tǒng)。按照現(xiàn)況地形，路基段海綿城市設(shè)施分為兩個系統(tǒng)，總長2.0km，設(shè)下凹式綠地8000m2，設(shè)雨水蓄水池1座，容積 192m3。

停車區(qū)、站前廣場、景觀步道等均采用透水結(jié)構(gòu)。

2.3 效能分析

該項目路橋面面積26450m2，綠化總面積48080m2。海綿設(shè)施包括雨水蓄水池6 座，總?cè)莘e760m3，雨水花園1 座、生態(tài)排水邊溝2500m，路側(cè)下凹式綠地8000m2，廣場透水鋪裝14530m2，可實現(xiàn)年收集利用雨水量7855m3，總體年徑流控制率75%以上。

項目于2019 年5 月31 日通車試運營，通過現(xiàn)場對蓄水池儲水量進行測試，6 個蓄水池每次共收集雨水約700m3，收集雨水用于澆灌綠地，沖洗排水渠道等，大大提高了水資源利用率。

3 結(jié)語

海綿設(shè)計理念在城市道路的應用，作為海綿城市建設(shè)的重要組成部分，能夠大幅度增加城市道路系統(tǒng)雨水的滲透比例，提高雨水利用率，減少雨水對徑流的污染，同時海綿道路一定程度上還能降低行車噪聲，提高雨天行車安全性。因此，新建城市道路或?qū)扔谐鞘械缆犯慕ㄔO(shè)計過程中，海綿理念的應用十分必要，同時也是推動城市海綿化的重要組成部分。但是在設(shè)計過程中，還應注意一些可能帶來的隱患的問題，比如長期雨水下滲，會對路基和路面的強度和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，還有冬季凍脹問題，道路景觀效果以及后期海綿設(shè)施的維護問題等，所以在實際應用過程中應在保證道路交通功能及排水安全的前提下，對“海綿城市”理念理解還需要更深入的探索與研究，以便更加合理的應用。