海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計研究

唐方園 方毅

寧波市鎮(zhèn)海規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 浙江 寧波 315202

近年來，隨著城市化進程的加快，城市雨水內(nèi)澇時有發(fā)生，內(nèi)澇頻率呈明顯上升趨勢，且積水、內(nèi)澇點（區(qū)）技術(shù)改造難度大，積水、內(nèi)澇復(fù)現(xiàn)頻率高。導(dǎo)致內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)的原因眾多，如地勢低洼、極端暴雨、規(guī)劃開發(fā)導(dǎo)致雨水徑流總量驟增、排水設(shè)施布局不合理等[1]。為了應(yīng)對城市化進程帶來的積水內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)、水環(huán)境污染等一系列問題，發(fā)達國家首先提出了一系列雨洪管理的理論及技術(shù)措施，如低影響開發(fā)、可持續(xù)城市排水系統(tǒng)等。2014年住建部發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，提出建設(shè)海綿城市是今后我國城市建設(shè)的重大任務(wù)，要求推廣和應(yīng)用低影響開發(fā)建設(shè)模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束。海綿措施可有效增大城市地表入滲量，削減地表徑流量，一定程度上緩解城市道路積水、區(qū)域內(nèi)澇[2]，本文主要分析了海綿城市建設(shè)對城市道路排水的意義，并從海綿城市建設(shè)角度出發(fā)提出城市道路排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計建議。

圖1 城市積水內(nèi)澇

1 海綿城市建設(shè)對道路排水的意義

“海綿城市”不僅是城市雨洪管理的概念，更是一種新的城市發(fā)展理念，在該理念下，城市的開發(fā)建設(shè)模式由傳統(tǒng)粗放的建設(shè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槲拿?、生態(tài)的建設(shè)模式。隨著海綿建設(shè)理念的推廣，海綿城市理念已融入城市建設(shè)的各個方面，對城市道路的規(guī)劃設(shè)計具有重要意義，海綿相關(guān)設(shè)施的布置能有效減少雨水污染、減少道路積水、城市內(nèi)澇災(zāi)害、有效補充地下水資源[3]。具體而言：（1）在道路排水設(shè)計中融入“生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)”等海綿城市理念，增加了排水系統(tǒng)的“彈性”，使城市變得像海綿一樣，能更好滿足城市發(fā)展、城市管理和居民生活的多元化需求，能更好的適應(yīng)環(huán)境變化、應(yīng)對雨水等自然災(zāi)害[4]。（2）在綜合考慮城市規(guī)劃的基礎(chǔ)上，堅持海綿城市建設(shè)理念對城市道路排水工程進行優(yōu)化，使城市道路排水工程具備雨水收集、處理、存儲、滲透、凈化、循環(huán)利用等多重功能，增強城市的排水、防洪、防澇能力，解決城市道路積水、城市內(nèi)澇、雨水徑流污染等問題，減少其對城市交通和出行造成的不良影響，減少水污染問題[5]。（3）海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計，減少了道路積水、雨水下滲等對道路結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性、承載力等造成的影響，減少瀝青路面松散、剝落，路肩和邊坡遭受雨水的沖刷和破壞等問題的出現(xiàn)，延長道路的使用壽命[6]。（4）在海綿城市理念建設(shè)下，利用雨水回收等裝置，實現(xiàn)雨水的簡單過濾、凈化和存儲，為城市水資源利用提供補給，提高水資源利用效率[7]。

2 城市道路排水工程規(guī)劃設(shè)計的現(xiàn)狀和問題

傳統(tǒng)的道路雨水收集模式為“地表徑流→雨水口→市政管網(wǎng)→河道”，該模式存在以下問題：（1）內(nèi)澇風(fēng)險：暴雨時，道路上快速形成大流量徑流，峰值疊加導(dǎo)致市政雨水管網(wǎng)負擔(dān)加重，存在積水、內(nèi)澇風(fēng)險；（2）河道污染問題：道路雨水徑流中夾雜垃圾、灰塵等污染物，污染物隨市政雨水管網(wǎng)直接入河，易造成河道污染，影響水環(huán)境；（3）水生態(tài)問題：隨著城市發(fā)展，地面硬化面積快速增加，雨水下滲量減少，且在傳統(tǒng)道路雨水排放模式中，雨水快速排河，影響地下水資源的綜合供給，對水生態(tài)環(huán)境、水資源利用均有不利影響[8]。

根據(jù)不同道路的排水需求，需對人行道、車行道、綠化帶、道路附屬設(shè)施等進行規(guī)劃設(shè)計，以滿足實際需求。但是，在實際部分城市道路排水系統(tǒng)設(shè)計中也存在多種問題，進而導(dǎo)致城市道路排水能力不足、水資源利用率低，不符合海綿城市建設(shè)的目標要求等，如：（1）缺乏對城市規(guī)劃情況的綜合考慮，對城市道路分布、地形地勢和環(huán)境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環(huán)利用等的考慮不充分，影響了排水系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)合理性，進而影響城市道路排水系統(tǒng)功能作用的發(fā)揮；（2）城市道路排水管網(wǎng)包括污水管道系統(tǒng)、雨水管道系統(tǒng)、合流制管渠系統(tǒng)等，由于前期的調(diào)查勘察不細致、資料分析不全面，對排水管網(wǎng)規(guī)劃圖、布置圖、排水量、排水點、地面排水坡度、管溝挖設(shè)深度等缺乏準確的把握，管道長度和位置、管道敷設(shè)、管材等級等不符合實際要求，影響城市道路排水功能，導(dǎo)致排水能力不足、效率不高的情況出現(xiàn)，這是城市內(nèi)澇和道路積水的主要誘因之一；（3）部分城市道路排水往往只考慮如何提高排水能力的問題，缺乏對海綿城市建設(shè)和水資源循環(huán)利用的綜合考慮，導(dǎo)致設(shè)計的道路排水系統(tǒng)水資源儲備和應(yīng)用水平不高[9]。

城市化進程的加快導(dǎo)致地面雨水徑流增加、雨水峰值時間集中，進而使得城市排水系統(tǒng)壓力日漸增大，城市道路排水系統(tǒng)作為城市排水系統(tǒng)的一個重要組成部分，其面臨的壓力也日漸增大。城市道路排水系統(tǒng)是一項重要且復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施工程，針對此系統(tǒng)的優(yōu)化已做了大量研究并提出了一系列的優(yōu)化措施，但面對不同區(qū)域環(huán)境的多樣性，不同建設(shè)理念下的城市道路排水系統(tǒng)仍有優(yōu)化的需要[3]。

3 海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計對策和建議

3.1 優(yōu)化設(shè)計理念

海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計，既要考慮解決城市道路積水、城市內(nèi)澇、雨水徑流污染等問題，也需要對海綿城市建設(shè)和水資源循環(huán)利用進行綜合考慮，將水資源循環(huán)利用和海綿城市理念融入排水設(shè)計全過程，以促進城市道路排水功能的持續(xù)優(yōu)化。

第一，在規(guī)劃設(shè)計中，充分認識到海綿城市建設(shè)的重要性，并做好相關(guān)的宣傳工作，同時向規(guī)劃設(shè)計部門展示海綿城市建設(shè)的成果、分享海綿城市建設(shè)的經(jīng)驗，以確保規(guī)劃設(shè)計部門對此有更深入的認識，確保在城市道路排水優(yōu)化設(shè)計工作中能夠科學(xué)的融入海綿城市相關(guān)理念、技術(shù)、方法、政策和法規(guī)等，使城市道路排水設(shè)計符合海綿城市的多元化要求[10]。

第二，城市道路排水設(shè)計需要考慮和分析的因素眾多，為確保設(shè)計的科學(xué)合理性，需促進各種現(xiàn)代化技術(shù)和工具的應(yīng)用，如促進BIM技術(shù)和計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)庫等的利用，構(gòu)建立體化的工程模型，將城市道路排水設(shè)計以更直觀的方式展現(xiàn)出來，方便找準設(shè)計中的不足，對設(shè)計持續(xù)優(yōu)化，當(dāng)需要對設(shè)計進行調(diào)整的時，只需在模型中修改相應(yīng)參數(shù)即可，同時，城市道路排水的優(yōu)化設(shè)計也需實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的高效化整合和利用，實現(xiàn)市政、承建、交通等單位和部門數(shù)據(jù)信息的有效整合，為城市道路排水設(shè)計提供更全面的數(shù)據(jù)信息參考，建立完善信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對城市交通布局、區(qū)域降水、排水系統(tǒng)和管線設(shè)計情況、排水系統(tǒng)效果等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效收集、存儲和分析利用，為城市道路排水設(shè)計提供更全面的數(shù)據(jù)信息參考。

第三，海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計，需要持續(xù)完善的設(shè)計體系，對城市道路分布、地形地勢和環(huán)境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環(huán)利用等充分考慮，對城市道路排水施工條件、降水特征、雨洪管理需求、設(shè)計環(huán)境和常見影響因素等準確把握，在基礎(chǔ)方案上不斷細化設(shè)計方案，體現(xiàn)“海綿城市”理論，保證雨水排放、凈化系統(tǒng)設(shè)計合理，減少對原有的河流、濕地、渠等“海綿體”的影響，保證水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計合理，并與排水系統(tǒng)、溢流排放系統(tǒng)等科學(xué)連接等[11]。

3.2 優(yōu)化排水管線設(shè)計

城市道路排水設(shè)計需結(jié)合城市規(guī)劃與建設(shè)情況進行。

第一，設(shè)計前要對城市檔案進行深入分析，并對現(xiàn)狀做好勘察勘探工作，綜合考慮和分析城市道路分布、地形地勢和環(huán)境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環(huán)利用等，確保對此有準確把握，在此基礎(chǔ)上對城市道路排水系統(tǒng)及管線持續(xù)優(yōu)化設(shè)計，以確保滿足實際需求。例如，城市道路排水管線設(shè)計時，要確保其具備一定的“彈性”，同時需對城市強降水、長時間降雨的排水需求、排水峰值大小等充分考慮，確保管網(wǎng)的尺寸、材料、主干管道數(shù)量等符合排水需求，擁有良好排水效率。

第二，排水設(shè)計需要準確把握排水管網(wǎng)規(guī)劃圖、布置圖、排水量、排水點、地面排水坡度、管溝挖設(shè)深度等，以確保管敷設(shè)和施工規(guī)范。

第三，海綿城市建設(shè)理念下，利用下凹綠地、生物滯留溝等海綿設(shè)施對雨水進行收集、過濾、凈化，可用于綠化澆灌、補充地下水等，進而實現(xiàn)雨水的循環(huán)利用。需要注意的是，城市道路排水管網(wǎng)設(shè)計最重要的一個目標是滿足排水需求，有效解決城市道路積水、城市內(nèi)澇問題。因此，雨水利用管線設(shè)計應(yīng)以良好排水為前提，在此基礎(chǔ)上考慮雨水回收利用[12]。

3.3 優(yōu)化道路綠化排水設(shè)計

道路綠化景觀是城市道路的一個重要組成部分，需要對道路綠化景觀進行科學(xué)設(shè)計，使其具備多重功能，在分隔城市交通、緩解駕駛疲勞、美化城市環(huán)境、凈化空氣等多方面發(fā)揮好作用，使其價值得以最大化的體現(xiàn)。在道路綠化景觀規(guī)劃設(shè)計時，要對道路的實際情況和功能、基本要求等有全面的認識，因地制宜，確保道路綠化帶、植被選擇、綠化布局等更合理和科學(xué)。

第一，海綿城市建設(shè)下的城市道路排水優(yōu)化設(shè)計，對道路綠化設(shè)計提出了更高要求，在滿足道路綠化基本功能需求的同時，也需擁有一定的排水、儲水等效果，實現(xiàn)對城市排水過濾系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化。例如，對城市道路分布、地形地勢和環(huán)境條件、降水情況和峰值大小等充分考慮，并考慮在強降水、長時間降雨時，如何快速排水，減少其對綠化植被造成的不良影響。

第二，通過在綠化中設(shè)置雨水花園、下凹綠地等海綿設(shè)施，實現(xiàn)對徑流雨水的過濾凈化，以免造成管道堵塞，影響排水能力，同時過濾掉雜物后的雨水回收起來，用作城市綠化灌溉等；在地面鋪設(shè)時，多采用一些透水性能好的材料，并規(guī)范的在道路綠化帶下設(shè)置碎石溝，以有效提升道路的下滲能力，實現(xiàn)多余積水的收集。第三，需要結(jié)合綠化帶設(shè)計情況，以及周圍的地形、地勢、走向等，對綠化帶周圍的排水管道優(yōu)化設(shè)計，確保擁有良好的排水能力，降低綠化帶儲水負擔(dān)，減少雨水淹沒綠化帶之類情況的發(fā)生[13]。

3.4 優(yōu)化車行道排水設(shè)計

優(yōu)化車行道排水設(shè)計，確保其能快速排水，避免出現(xiàn)道路積水等問題，以免影響城市道路的使用壽命。例如，在道路施工的時候，路面施工采用透水瀝青混凝土，使城市道路擁有良好的滲水性、透水性，減少地表徑流、地面積水對路面造成的影響和破壞，一定程度上有助于降低瀝青路面松散、剝落等病害問題的該發(fā)生幾率。在車行道排水規(guī)劃的時候，需要綜合考慮道路的走向和坡度等，既不能影響行車的安全舒適性，也要提高道路的排水能力，同時避免道路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴重滲漏問題[14]。

3.5 優(yōu)化人行道排水設(shè)計

對人行道排水設(shè)計的優(yōu)化有助于提高海綿城市建設(shè)的整體效果。人行道的排水優(yōu)化設(shè)計需在保障行人出行的便利性和安全性的基礎(chǔ)上進行。人行道要選擇透水性好的材料，如透水性地磚，使其擁有良好的雨水下滲能力，以免在陰雨天的時候，出現(xiàn)道路積水、打滑的情況，保證行人安全。

3.6 優(yōu)化附屬設(shè)施設(shè)計

海綿城市建設(shè)，要求城市具備良好的雨洪管理能力，有效解決城市道路積水、城市內(nèi)澇、雨水徑流污染等多方面的問題，這一過程也需要對城市道路附屬設(shè)施的排水進行優(yōu)化設(shè)計。如，對城市道路側(cè)石開孔，以便車行道雨水排入下凹綠地。此外，在附屬設(shè)施規(guī)劃設(shè)計時，要做好綠化、車行道等的標高銜接，以便雨水排放。

4 結(jié)束語

加強海綿城市建設(shè)是新時期城市規(guī)劃和設(shè)計的一個重要方向，符合綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的要求，有助于優(yōu)化城市功能，滿足城市多元化需求。城市道路排水作為城市排水工程的一個重要組成部分，在規(guī)劃設(shè)計時，需將“海綿城市”理念融入每一環(huán)節(jié)，堅持對城市道路管線、道路綠化排水、車行道和人行道排水、附屬設(shè)施排水等進行優(yōu)化設(shè)計，確保排水工程建設(shè)符合海綿城市建設(shè)的要求，既滿足雨水排放需求，也能實現(xiàn)雨水資源循環(huán)利用。