城市道路建設(shè)中“海綿城市”理念應(yīng)用研究：以慶陽市安化東路建設(shè)項(xiàng)目為例

閆玉慧

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司蘭州分院，甘肅 蘭州 730070）

慶陽市屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)，植被稀少、降雨集中，致使水土流失嚴(yán)重，平均土壤侵蝕模數(shù)每年為6 898 t/km2。西峰城區(qū)現(xiàn)狀供水廠僅有1座，出廠水經(jīng)過三級(jí)加壓泵站送至城區(qū)供水管網(wǎng)。目前，供水系統(tǒng)采用單管輸水，供水安全保障性差，由此而引發(fā)的慶陽市“海綿城市”建設(shè)，是以解決城市水資源短缺、固溝保塬為出發(fā)點(diǎn)，采用海綿化措施綜合統(tǒng)籌建設(shè)“海綿城市”。慶陽市安化東路進(jìn)行建設(shè)的過程中，充分利用了“海綿城市”理論，并將其付諸實(shí)踐。本文將以安化東路建設(shè)項(xiàng)目為例，對(duì)城市道路建設(shè)中“海綿城市”理念的應(yīng)用進(jìn)行分析與研究，以供參考與借鑒。

1 研究意義和內(nèi)容

“海綿城市”建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)城市道路建設(shè)中“海綿城市”理念的應(yīng)用進(jìn)行分析與研究，總結(jié)對(duì)于城市道路橫斷面?zhèn)染G化帶大于2 m及濕陷性黃土地區(qū)城市道路海綿化建設(shè)的理論、實(shí)踐和問題。

2 工程概況

2.1 工程基本情況

慶陽市安化東路為東西走向的城市主干道路，東側(cè)連接北京大道，西至傅玄路，道路為50 m寬的雙向六車道，道路限速40 km/h，全里程0.84 km，道路兩側(cè)為行道樹及分車綠化帶，綠地面積為8 266 m2，其中中央綠化帶6.0 m寬，路側(cè)綠化帶3.0 m寬，具有較好的海綿設(shè)施布設(shè)條件。

2.2 工程建設(shè)條件

慶陽市屬于典型的大陸性氣候，其冬季盛行風(fēng)為西北風(fēng)，夏季盛行風(fēng)為東南風(fēng)；冬冷且天氣晴朗，夏熱且潮濕多雨；降水量南多北少，降雨主要集中在7—9月，雨水資源時(shí)間分布不均；洪峰流量大，對(duì)黃土侵蝕嚴(yán)重。其場(chǎng)地區(qū)域構(gòu)造地處陜甘寧盆地南側(cè)，是“山”字形構(gòu)造體系。慶陽市第四系地層結(jié)構(gòu)主要由填土層、馬蘭黃土層、離石黃土層等土層構(gòu)成。

3 道路海綿措施總體思路

道路海綿化建設(shè)著力于對(duì)傳統(tǒng)雨水快排方式的改變，通過源頭消減和系統(tǒng)處理的方式，將硬質(zhì)下墊面產(chǎn)生的徑流雨水，利用道路兩側(cè)的帶狀綠地及機(jī)非隔離帶進(jìn)行匯流消納，超標(biāo)雨水溢流至市政管網(wǎng)，通過海綿設(shè)施對(duì)雨水進(jìn)行控制，完成雨水“自然積存、自然滲透與自然凈化”的過程[1]。

3.1 道路建設(shè)目標(biāo)

《慶陽市海綿城市建設(shè)專項(xiàng)規(guī)劃》對(duì)不同的建設(shè)項(xiàng)目提出了各自相應(yīng)要求。安化東路海綿建設(shè)總體控制目標(biāo)為：年徑流總量控制率大于等于80.6%，污染物控制SS削減大于等于60%，雨水回用率大于等于5%。

3.2 道路建設(shè)原則

道路建設(shè)原則具體如下：①低影響開發(fā)原則。新建城市道路，不能因?yàn)椴荚O(shè)海綿設(shè)施而降低設(shè)計(jì)重現(xiàn)期。②安全為重原則。綜合采用工程及非工程措施，來提高生物滯留設(shè)施等的建設(shè)質(zhì)量和后期維護(hù)管理水平，消除安全隱患，保障城市水安全。③適宜性原則。根據(jù)道路工程要求、濕陷性黃土地質(zhì)特性、“海綿城市”措施，有針對(duì)性地合理利用下沉式綠地、透水鋪裝、調(diào)蓄池等。④可實(shí)施性原則。道路海綿化設(shè)施要滿足城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、地質(zhì)氣候、道路建設(shè)需求和海綿化設(shè)施需求。

3.3 設(shè)計(jì)流程

道路海綿設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下流程：①工程場(chǎng)地現(xiàn)狀及項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件分析?？辈旖ㄔO(shè)區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)，分析道路交通需求、紅線外用地條件、土壤蓄滲特征、周邊水體等相關(guān)因素，確定道路徑流的總體流向、匯水區(qū)面積以及可能存在的積水點(diǎn)等。②與上位規(guī)劃進(jìn)行對(duì)接，確定目標(biāo)及指標(biāo)要求。③技術(shù)選擇與規(guī)模確定。根據(jù)道路紅線內(nèi)外的地形情況、綠地面積，選擇適宜本項(xiàng)目的“海綿城市”建設(shè)技術(shù)路線和措施，確定建設(shè)內(nèi)容和規(guī)模。④方案設(shè)計(jì)。根據(jù)確定好的技術(shù)路線及措施，進(jìn)行道路的平面與豎向設(shè)計(jì)，提出項(xiàng)目的總體設(shè)計(jì)方案。⑤海綿指標(biāo)復(fù)核。對(duì)照規(guī)劃規(guī)定的本項(xiàng)目海綿指標(biāo)，分別測(cè)算提出的不同設(shè)計(jì)方案所對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率等指標(biāo)是否滿足要求，直至指標(biāo)達(dá)標(biāo)。⑥設(shè)計(jì)實(shí)施。按照前面確定的最終建設(shè)設(shè)施內(nèi)容和規(guī)模，進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)和實(shí)施。

4 總體建設(shè)方案

4.1 雨水徑流流程

車行道/非機(jī)動(dòng)車道降雨通過開口路緣石排入下沉式側(cè)綠化帶，經(jīng)下沉式綠帶內(nèi)緩沖區(qū)，消減雨水對(duì)生物設(shè)施的沖擊，去除雨水中的大顆粒物質(zhì)，在下沉式綠地內(nèi)設(shè)置溢流井，保障雨水峰值排放要求和保護(hù)生物設(shè)施減少?zèng)_擊；雨水經(jīng)生物滯留設(shè)施對(duì)植物的徑葉的攔截、土壤過濾、植物根系的吸收去除雨水中的污染物質(zhì)，凈化后的雨水經(jīng)埋設(shè)在礫石導(dǎo)排層中的雨水收集穿孔管、雨水管網(wǎng)構(gòu)建的雨水收集系統(tǒng)排向集蓄利用設(shè)施，超標(biāo)雨水通過設(shè)置在綠化帶中的溢流井排入雨水管網(wǎng)[2]。

4.2 海綿措施

鑒于慶陽市西北地區(qū)濕陷性黃土的自然條件特點(diǎn)，從整體措施方案來講，構(gòu)建“蓄排為主、凈用為輔、適度滲透”的海綿技術(shù)措施體系。

4.2.1 滲透技術(shù)

滲透技術(shù)是雨水源頭污染控制的重要環(huán)節(jié)和地表徑流控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合道路條帶平面布置、慶陽市濕陷性黃土地質(zhì)，本設(shè)施對(duì)凈化雨水功能、徑流總量控制、污染物去除率、經(jīng)濟(jì)性這4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析。道路主要由硬質(zhì)地面和綠化設(shè)施2大類組成，本工程對(duì)這2類設(shè)施進(jìn)行對(duì)比分析選擇。

硬質(zhì)地面選擇：市政道路積雨主要集中在車行道和人行道，由于場(chǎng)地地質(zhì)為濕陷性黃土，同時(shí)考慮到道路行車的安全，因此，車行道采用非透水結(jié)構(gòu)，人行道采用透水磚鋪裝。

綠化設(shè)施選擇：本工程選擇復(fù)雜性生物滯留設(shè)施，凈化、收集雨水。

4.2.2 存儲(chǔ)技術(shù)

存儲(chǔ)技術(shù)是對(duì)雨水利用率及徑流量排放進(jìn)行控制的主要技術(shù)手段之一，在安化東路的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)雨水集蓄功能、經(jīng)濟(jì)適用性及徑流量控制等指標(biāo)進(jìn)行分析，安化東路使用徑流量控制強(qiáng)、建造維護(hù)費(fèi)用低的雨水回用蓄水池。

4.2.3 截污凈化技術(shù)

對(duì)雨水進(jìn)行截污凈化，是將雨水進(jìn)行資源化的重要基礎(chǔ)，其截污凈化設(shè)施在建設(shè)過程中需要與雨水收集系統(tǒng)及道路綠化系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合。因此，在安化東路海綿道路建設(shè)中，選擇可以對(duì)大型雜物進(jìn)行攔截的開口路緣石，甄選能使初期污染雨水棄流的截污提籃，選擇可對(duì)中期及后期雨水進(jìn)行滲透的生物滯留設(shè)施。

4.3 設(shè)計(jì)方案

4.3.1 常規(guī)雨水排放設(shè)計(jì)方案

安化東路為東西走向城市主干道，結(jié)合慶陽市“海綿城市”總體規(guī)劃及《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，本區(qū)域常規(guī)雨水管道標(biāo)準(zhǔn)為2～3年，本次設(shè)計(jì)雨水管道標(biāo)準(zhǔn)為3年。本次設(shè)計(jì)年徑流總量控制率為90%，對(duì)應(yīng)降雨量為17.88 mm；在降雨量小于等于17.88 mm的降雨場(chǎng)次，雨水經(jīng)過開口路緣石進(jìn)入下沉式側(cè)綠化帶，最終下滲被植物根系吸收或進(jìn)入雨水儲(chǔ)蓄設(shè)施，雨水不外排。安化東路雨水管雙側(cè)布置，管徑為DN500～DN1 400，埋深1.8～3 m，雨水管道最終匯入規(guī)劃下塬排放口。

4.3.2 超標(biāo)雨水排放設(shè)計(jì)方案

如前文所述，當(dāng)降雨量小于17.88 mm時(shí)，雨水不外排；當(dāng)降雨量大于17.88 mm時(shí)，道路兩側(cè)下沉式綠化帶出現(xiàn)積水。為了排放超過綠化帶下滲吸收能力部分的雨水，本設(shè)計(jì)考慮在側(cè)綠化帶局部低處設(shè)置溢流井，約每40 m設(shè)置一座。溢流井低于道路地面標(biāo)高0.05 m，避免超標(biāo)雨水進(jìn)入道路。

根據(jù)要求，本次道路雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到30年一遇暴雨不內(nèi)澇，由于本道路管道系統(tǒng)為雨水主干管，因此需統(tǒng)籌考慮整個(gè)排水分區(qū)雨水管線的布置。通過水力模型模擬計(jì)算分析，在下游管道排水順暢不發(fā)生雍水的情況下，本次設(shè)計(jì)的雨水管道處于滿流狀態(tài)，地面不存在積水現(xiàn)象，滿足30年一遇暴雨不內(nèi)澇的需求。

4.4 海綿指標(biāo)復(fù)核計(jì)算

4.4.1 海綿設(shè)施蓄水容積計(jì)算

本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)雨水徑流總量控制容積，根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》推薦采用容積法計(jì)算，即：

式（1）中：V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計(jì)降雨量，mm，本工程取17.88 mm；φ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

本工程主要海綿設(shè)施為：生物滯留設(shè)施、人行道透水鋪裝和調(diào)蓄池。綜合雨量徑流系數(shù)計(jì)算如表1所示。

表1 徑流系數(shù)計(jì)算表

經(jīng)計(jì)算，綜合徑流系數(shù)為0.6，則設(shè)計(jì)徑流目標(biāo)控制量為478.36 m3。

4.4.2 海綿設(shè)施布設(shè)后年徑流總量控制率計(jì)算

海綿設(shè)施布設(shè)后，對(duì)海綿設(shè)施蓄水容積及年徑流總量控制率進(jìn)行計(jì)算。具體計(jì)算如表2所示。

表2 海綿設(shè)施蓄水容積及年徑流總量控制率計(jì)算

海綿設(shè)施控制的降雨量=海綿設(shè)施蓄水容積/10/徑流系數(shù)/工程面積。經(jīng)計(jì)算，海綿設(shè)施布設(shè)后，年徑流總量控制率可達(dá)到94%

4.4.3 徑流污染削減率復(fù)核

本工程雨水設(shè)施對(duì)SS去除率參照《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》取值范圍。其中生物滯留設(shè)施和透水鋪裝對(duì)SS去除率分別以80%、85%計(jì)。

布設(shè)的海綿設(shè)施污染削減率和面積加權(quán)平均后，計(jì)算可得海綿設(shè)施平均徑流污染削減率為81.60%，則年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×海綿設(shè)施平均徑流污染削減率，即為76.7%。

4.4.4 雨水資源回用率計(jì)算

慶陽作為西北地區(qū)缺水型城市，水資源是極其寶貴的。為加強(qiáng)雨水回用，本工程通過一系列措施對(duì)雨水進(jìn)行了有效收集、過濾、儲(chǔ)存及回用[3]。

雨水回用主要用于景觀補(bǔ)水、道路澆灑及綠化澆灑。

雨水資源回用率計(jì)算如表3所示。

表3 雨水資源回用率計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，雨水資源回用率為5.6%，滿足系統(tǒng)化方案中5%的指標(biāo)要求。

4.4.5 海綿設(shè)施中植物配置要點(diǎn)

綠地是“海綿城市”建設(shè)中收集、凈化雨水的重要組成部分，因此對(duì)綠地中植物的配置提出了更高的要求。首先，滿足耐澇屬性，使景觀植物在雨洪期間匯集雨水的生態(tài)滯留區(qū)能夠正常生長(zhǎng)；其次，滿足耐旱屬性，使景觀植物在干旱期有頑強(qiáng)生命力；最后，滿足根系發(fā)達(dá)，凈化能力強(qiáng)的屬性，能夠?qū)τ晁畯搅鳑_刷帶來的面源污染物進(jìn)行凈化。

5 結(jié)論

綜上所述，市政道路通過海綿設(shè)施布設(shè)后，能實(shí)現(xiàn)“徑流雨水源頭減排”的設(shè)計(jì)理念；同時(shí)，針對(duì)濕陷性黃土地質(zhì)特征，提出了適宜的海綿設(shè)施和技術(shù)路線；其次，對(duì)低影響開發(fā)設(shè)施（微排水系統(tǒng)）、排水管渠設(shè)施（小排水系統(tǒng)）及超標(biāo)雨水排放設(shè)施（大排水系統(tǒng)）3大排水系統(tǒng)分別進(jìn)行了論述，3大系統(tǒng)相互補(bǔ)充、相互依存，是海綿城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)元素；最后，對(duì)道路海綿化設(shè)計(jì)的程序和內(nèi)容做了總結(jié)展示。相信隨著系統(tǒng)化全域推進(jìn)“海綿城市”的建設(shè)，有關(guān)“海綿城市”的建設(shè)在理論和實(shí)踐上都會(huì)積累和收獲大量的經(jīng)驗(yàn)。