海綿理念在高速公路服務(wù)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

彭 怡，徐大偉

(1.昆明冶金高等?？茖W(xué)校環(huán)境與化工學(xué)院，云南 昆明 650033；2.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650011)

0 引 言

高速公路服務(wù)區(qū)是高速公路重要的附屬設(shè)施，一般2個(gè)服務(wù)器的間距在 50 km 左右。由于服務(wù)區(qū)遠(yuǎn)離城市，周邊沒(méi)有相應(yīng)的城市配套管網(wǎng)，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的匯水單元。傳統(tǒng)的服務(wù)區(qū)往往以硬化路面為主，硬化鋪裝面積大、功能單一，且為了避免服務(wù)區(qū)內(nèi)澇，多以“快排”方式將雨水直接排走，水資源利用程度較低，降低了服務(wù)區(qū)的雨水涵養(yǎng)量，無(wú)法回補(bǔ)地下水，易形成不良循環(huán)[1]。若能因地制宜選擇海綿措施，有助于實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)環(huán)境和水資源的協(xié)調(diào)發(fā)展，為海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)起到良好的示范作用。

在國(guó)家大力推進(jìn)“海綿城市”理念與相關(guān)工程建設(shè)相結(jié)合的時(shí)代背景下，云南某服務(wù)區(qū)進(jìn)行了海綿服務(wù)區(qū)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，布置海綿設(shè)施，將海綿城市理念及低影響開發(fā)技術(shù)措施與服務(wù)區(qū)建設(shè)有機(jī)結(jié)合，因地制宜地使用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)措施，通過(guò)在服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置透水鋪裝、下凹綠地、植草淺溝、旱溪、雨水花園、生物滯留設(shè)施等海綿設(shè)施[2]，并與景觀綠化相結(jié)合，大幅度提高了服務(wù)區(qū)雨水涵養(yǎng)水平、促進(jìn)了綠色公路建設(shè)，并為相關(guān)工程提供參考案例。

1 海綿服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)理念

1.1 海綿服務(wù)區(qū)的建設(shè)途徑

海綿服務(wù)區(qū)依據(jù)海綿城市建設(shè)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。海綿城市建設(shè)途徑主要有3種：原有生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和修復(fù)、低影響開發(fā)。海綿服務(wù)區(qū)的具體建設(shè)就根據(jù)這3個(gè)方面進(jìn)行：

1)開發(fā)過(guò)程要加強(qiáng)對(duì)建設(shè)場(chǎng)地原有生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)。服務(wù)區(qū)多數(shù)位于野外，未開發(fā)前具有其獨(dú)立完整的生態(tài)環(huán)境，在服務(wù)區(qū)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)盡量減少對(duì)原有生態(tài)環(huán)境的干擾，維持服務(wù)區(qū)周邊原有的自然水文特征。

2)建設(shè)過(guò)程中注重生態(tài)修復(fù)。這是針對(duì)已建成的傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)而言，應(yīng)采用生態(tài)手段使其盡量恢復(fù)到原有狀態(tài)。

3)低影響開發(fā)。服務(wù)區(qū)的建設(shè)行為應(yīng)始終秉持對(duì)生態(tài)環(huán)境影響最低的建設(shè)原則，合理控制開發(fā)強(qiáng)度，減少硬化路面的使用，盡量提高綠地率，使因場(chǎng)地建設(shè)開發(fā)對(duì)自然水系的影響降到最低。

1.2 服務(wù)區(qū)海綿設(shè)施布置原則及方法

高速公路服務(wù)區(qū)進(jìn)行海綿設(shè)施規(guī)劃布局要遵循的幾個(gè)原則：

1)盡量減少開發(fā)建設(shè)區(qū)域的不透水表面積，提高場(chǎng)地自然下滲的能力[3]；

2)盡量保持原有的自然水文狀態(tài)；

3)盡量充分利用場(chǎng)地自然下滲能力，減輕服務(wù)區(qū)建設(shè)行為對(duì)原有水文狀態(tài)的沖擊；

4)與“綠色公路”建設(shè)結(jié)合，在處理雨水的同時(shí)，提供良好的景觀價(jià)值及雨水資源利用。

高速公路服務(wù)區(qū)進(jìn)行海綿設(shè)施規(guī)劃布局一般應(yīng)在場(chǎng)地評(píng)估后進(jìn)行，地質(zhì)條件評(píng)估包括場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)估與海綿設(shè)施建設(shè)適宜性評(píng)估。

其中區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性主要評(píng)估場(chǎng)地附近有無(wú)活動(dòng)性斷裂通過(guò)，在自然狀態(tài)下有無(wú)滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化等不良地質(zhì)現(xiàn)象以判斷該場(chǎng)地的建設(shè)條件。

圖1 服務(wù)區(qū)海綿設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)流程 Fig.1 Planning and design process of sponge facilities in service area

海綿設(shè)施適宜性則主要評(píng)估場(chǎng)地地形坡度、包氣帶、淺層含水層的地質(zhì)特征，用以判斷該場(chǎng)地的滲水、蓄水和凈水潛力。適宜性評(píng)估可用場(chǎng)地坡度、包氣帶滲透系數(shù)、下墊面情況、地下水位深度、潛水層滲透系數(shù)、淺層含水層富水性以及表土污染程度等指標(biāo)綜合判定。

經(jīng)過(guò)場(chǎng)地評(píng)估后即可進(jìn)行下一步規(guī)劃設(shè)計(jì)，方法如圖1所示。

1.3 控制目標(biāo)確定

服務(wù)區(qū)海綿設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)的首要工作便是確定其控制目標(biāo)。服務(wù)區(qū)低影響開發(fā)系統(tǒng)的控制目標(biāo)包括雨水徑流總量控制、雨水徑流峰值控制和雨水徑流污染控制等，規(guī)劃設(shè)計(jì)可根據(jù)服務(wù)區(qū)場(chǎng)地條件評(píng)估結(jié)果與調(diào)研分析結(jié)果合理選取一項(xiàng)或者多項(xiàng)作為其控制目標(biāo)。

1.4 服務(wù)區(qū)海綿設(shè)施初選

海綿設(shè)施的徑流控制效果與設(shè)施本身的材料參數(shù)、場(chǎng)地下墊面特征、區(qū)域降雨特性均有很大關(guān)系。為了最大化控制效果，設(shè)計(jì)者必須根據(jù)控制目標(biāo)和設(shè)計(jì)原則進(jìn)行海綿設(shè)施的合理選擇。一般以減少?gòu)搅骺偭繛橹饕康牡囊?guī)劃設(shè)計(jì)方案可選擇滲透塘、滲井、雨水花園、下凹式綠地等LID設(shè)施；而以削減洪峰流量為主要目的的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案則可選擇生態(tài)滯留池、雨水罐、調(diào)節(jié)池等LID設(shè)施。

2 海綿服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)區(qū)概況

以云南某海綿服務(wù)區(qū)為例，其中左幅服務(wù)區(qū)用地面積 43 100 m2，右幅服務(wù)區(qū)用地面積 39 600 m2，總用地面積 82 700 m2。

1)工程地質(zhì)：場(chǎng)內(nèi)覆蓋層為第四系殘坡積層粉質(zhì)粘土(Qel+dl)、素填土(Qme)、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(Qf)，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)江底河組1段(K2jl)粉砂質(zhì)泥巖，場(chǎng)地?zé)o崩塌、滑坡、泥石流等環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害和不良地質(zhì)作用。

2)水文地質(zhì)：場(chǎng)區(qū)屬長(zhǎng)江流域之金沙江水系，地表無(wú)泉點(diǎn)出露。區(qū)內(nèi)地下水類型主要為強(qiáng)風(fēng)化基巖裂隙水，次為砂巖及松散巖類孔隙水。地下水主要靠大氣降水垂直補(bǔ)給，地質(zhì)勘察鉆孔揭露穩(wěn)定地下水位不高。

3)降雨條件：服務(wù)區(qū)地處北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)域，屬亞熱帶干燥氣候，具有氣候溫和、日照充足、干濕季明顯、雨熱同季、冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑、年溫差小、日溫差大，無(wú)霜期長(zhǎng)等氣候特點(diǎn)。以臨近氣象站1981—2010年近30年日降雨系列進(jìn)行分析，年平均總降雨量為 819.6 mm，降水年際變化不大，但年內(nèi)分配不均，汛期6—9月降水量占全年降水量的73.9%，枯水期10—5月降水量占全年降水量的26.1%，如表1所示。

表1 氣象站多年平均降雨量月分配表Tab.1 Monthly distribution of multi-year average rainfall at meteorological stations

2.2 場(chǎng)地評(píng)估

根據(jù)上述分析，對(duì)目前項(xiàng)目場(chǎng)地條件進(jìn)行評(píng)估。

1)地質(zhì)條件評(píng)估：場(chǎng)區(qū)附近無(wú)活動(dòng)性斷裂通過(guò)，在自然狀態(tài)下無(wú)滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化等不良地質(zhì)現(xiàn)象，區(qū)域場(chǎng)地穩(wěn)定性較好，海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)條件較好；

2)降雨條件評(píng)估：服務(wù)區(qū)降雨歷時(shí)分布不均，雨水相對(duì)偏少，海綿設(shè)施的布置以考慮雨水資源化利用為主。

設(shè)計(jì)降雨量的計(jì)算根據(jù)2019—2020年逐日降水量資料(不包括降雪)，扣除≤ 2 mm 的降雨事件的降雨量，將降雨量日值按雨量由小到大進(jìn)行排序，統(tǒng)計(jì)小于某一降雨量的降雨總量(小于該降雨量的按真實(shí)雨量計(jì)算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計(jì)算出降雨量總和，兩者累計(jì)總和)在總降雨量中的比率即年徑流總量控制率，對(duì)應(yīng)的降雨量(日值)即為設(shè)計(jì)降雨量。統(tǒng)計(jì)分析得出不同設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率及不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量之間的關(guān)系。服務(wù)區(qū)項(xiàng)目參照昆明市徑流控制率目標(biāo)，設(shè)計(jì)年徑流總量控制率為82%，此時(shí)，設(shè)計(jì)降雨量為 13.1 mm,如表2、圖2所示。

表2 服務(wù)區(qū)不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量Tab.2 Design rainfall corresponding to total runoff control rate in defferent years in service area

圖2 服務(wù)區(qū)不同年徑流總量 控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量Fig.2 Design rainfall corresponding to total runoff control rate in different years in service area

3)下墊面分析：服務(wù)區(qū)用地類型主要由建筑、綠地、道路及廣場(chǎng)3部分構(gòu)成。左幅總面積 43 100 m2，其中綠地面積 17 500 m2，綠地率40.63%；建筑占地面積 3 200 m2，建筑密度7.4%，道路及廣場(chǎng)面積 22 400 m2；右幅總面積 39 600 m2, 其中綠地面積 14 000 m2，綠地率35.35%；建筑占地面積 3 200 m2，建筑密度8%，道路及廣場(chǎng)面積 22 400 m2，如表3所示。

服務(wù)區(qū)屋面徑流系數(shù)取0.9，道路取0.8，綠地取0.15，則服務(wù)區(qū)左幅綜合徑流系數(shù)為0.58，右幅綜合徑流系數(shù)為0.54。

4)坡度分析：服務(wù)區(qū)左幅東高西低，整體地勢(shì)最低點(diǎn)位于地塊西北角；右幅整體地形西高東低，整體地勢(shì)最低點(diǎn)位于地塊東南角。雨水徑流方向與服務(wù)區(qū)地面走勢(shì)基本一致。

表3 用地類型構(gòu)成Tab.3 Type composition of land use

圖3 服務(wù)區(qū)海綿設(shè)施流程Fig.3 Process of sponge facilities in service area

2.3 海綿設(shè)施初定及流程確定

海綿設(shè)施主要通過(guò)雨水利用等措施來(lái)維持開發(fā)前原有水文條件，實(shí)現(xiàn)開發(fā)區(qū)域可持續(xù)水循環(huán)。本項(xiàng)目中海綿設(shè)施包括減少?gòu)搅骺偭吭O(shè)施、減小峰值徑流量設(shè)施、增加徑流匯流時(shí)間設(shè)施和LID綜合管理實(shí)踐設(shè)施體系的布局規(guī)劃與設(shè)計(jì)4個(gè)部分。

項(xiàng)目為高速公路服務(wù)區(qū)，因此需在滿足服務(wù)區(qū)功能需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合景觀效果需求布置海綿設(shè)施。海綿開發(fā)設(shè)施的布局考慮充分利用場(chǎng)地內(nèi)綠地，將不同高程場(chǎng)地產(chǎn)生的雨水因地制宜地引入合適的綠地中進(jìn)行源頭消納。設(shè)計(jì)思路考慮在人行廣場(chǎng)設(shè)置透水鋪裝路面，綠地內(nèi)設(shè)置下凹式綠地、植草溝及旱溪等，收集到的雨水進(jìn)入雨水花園營(yíng)造雨水景觀，末端設(shè)置雨水收集池，經(jīng)處理后的雨水可回用綠化灌溉及澆灑路面。服務(wù)區(qū)的海綿設(shè)施流程見(jiàn)圖3。

2.4 海綿設(shè)施設(shè)計(jì)

考慮到加油區(qū)存在油污污染，為避免油污進(jìn)入海綿設(shè)施污染地下水，油罐區(qū) 10 m 范圍內(nèi)區(qū)域不設(shè)置海綿設(shè)施，散排水排入油水分離池后排入污水系統(tǒng)，同時(shí)為防止雨水滲透影響建筑物，建筑物基礎(chǔ) 3 m 范圍內(nèi)不設(shè)置海綿設(shè)施，并在主線及車行道路側(cè)海綿設(shè)施采用防滲土工布保護(hù)路基。項(xiàng)目?jī)艋鞒桃?jiàn)圖3，設(shè)置的海綿設(shè)施見(jiàn)表4。

表4 海綿設(shè)施布置Tab.4 Sponge facilities layout

2.5 海綿植物配置

結(jié)合“綠色公路”概念，對(duì)服務(wù)區(qū)內(nèi)景觀進(jìn)行布置，服務(wù)區(qū)內(nèi)種植的植物應(yīng)以鄉(xiāng)土植被為主，在節(jié)約建設(shè)成本的同時(shí)減少后期景觀的維護(hù)費(fèi)用，配置時(shí)可相互搭配種植去污性和觀賞性植物，以提高對(duì)水體的凈化能力。植物配置主要基于鄉(xiāng)土樹種優(yōu)先、適應(yīng)性、多樣性、景觀性及節(jié)約性等原則[4]。例如選擇適宜的鄉(xiāng)土樹種，將草本植物與木本植物搭配種植，提高植物群落的結(jié)構(gòu)層次性和觀賞性，注重喬木、灌木、草本、藤蔓植物的合理搭配，提升植物層次的豐富度和雨水設(shè)施的功能，選用蘆竹、蒲葦、鳶尾、黃菖蒲、水芹、美人蕉等吸污力強(qiáng)、能保持水質(zhì)穩(wěn)定的植物，種植既可耐澇又有一定抗旱能力的植物，如白三葉、斑葉芒、細(xì)葉芒、蒲葦?shù)雀蛋l(fā)達(dá)、生長(zhǎng)快速、莖葉肥大的植物。

3 結(jié) 語(yǔ)

海綿服務(wù)區(qū)基于海綿城市理念，在傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行海綿服務(wù)區(qū)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，將服務(wù)區(qū)生態(tài)保護(hù)、雨水綜合利用與景觀提升相結(jié)合，從海綿服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)理念、場(chǎng)地評(píng)估、海綿設(shè)施布置、植物配置4個(gè)方面探討高速公路海綿服務(wù)區(qū)設(shè)計(jì)，因地制宜地使用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)措施，使項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制及雨水資源化利用等目標(biāo)。海綿服務(wù)區(qū)的建設(shè)使服務(wù)區(qū)公眾形象進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)，打造功能完善、環(huán)境優(yōu)美、特色鮮明的高速公路服務(wù)區(qū)，也是綠色公路建設(shè)的重要體現(xiàn)。