廣州海綿城市道路建設(shè)效果評估的應用和探討

溫卓瑜

(廣州廣檢建設(shè)工程檢測中心有限公司,廣東 廣州 510000)

0 引言

海綿城市,指在適應環(huán)境的變化和應對雨水帶來洪澇災害等方面具有良好的彈性,也稱為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”,是城市雨洪管理新概念。下雨時能夠蓄水、吸水、滲水、凈水,等到需要時可以將蓄存的雨水釋放并加以利用,達到雨水在城市中自由遷移的效果,以實現(xiàn)自然積存、自然滲透、自然凈化的城市發(fā)展方式[1]。

海綿城市建設(shè)是指通過海綿設(shè)施對雨水進行滲透、滯蓄,減少地面雨水徑流,使地區(qū)出現(xiàn)暴雨時,能緩解雨水管網(wǎng)壓力,減少地區(qū)積水現(xiàn)象,提高防洪能力,實現(xiàn)雨水“慢排”[2]。其中海綿設(shè)施包括雨水花園、下沉綠地、透水鋪裝等。

海綿城市建設(shè)效果評估是體現(xiàn)海綿城市建設(shè)質(zhì)量和功能性完整的重要措施和手段,通過評估指標計算、現(xiàn)場踏勘等方式,反映海綿城市系統(tǒng)及單項設(shè)施的合理性。

1 海綿城市(城市道路)建設(shè)內(nèi)容

城市道路的雨水徑流,通過各單項設(shè)施在綠地內(nèi)積存、滲透、凈化等為功能系統(tǒng)的低影響開發(fā)設(shè)施進行處理后經(jīng)雨水管道排入水系[3],見圖1。

1.1 海綿城市(城市道路)單項設(shè)施

透水鋪裝指既能滿足本身的強度和耐久性的要求,又能使雨水通過本身滲入下部土壤或埋設(shè)的盲管,以減少硬質(zhì)鋪裝路面雨水徑流系數(shù)的設(shè)施[4]。

生態(tài)樹池指用來收集、初步過濾初期雨水的種植池,土壤的表面比相鄰鋪裝面低一些,可凈化徑流雨水,還可以在土壤層設(shè)置排水層來增加雨水的滲透能力。

下凹式綠地指可積蓄、下滲自身和周邊雨水徑流的低勢綠地,比周邊路面低20 cm左右,具有調(diào)蓄和凈化徑流雨水的效果。

生物滯留帶指地勢較低的區(qū)域,通過植被、土壤和微生物系統(tǒng)滯留、滲濾、凈化徑流雨水的設(shè)施[5]。

植草溝指種有植被的地表淺溝,通過溝內(nèi)的植被和土壤收集、輸送、排放并凈化徑流雨水的設(shè)施,有轉(zhuǎn)輸型植草溝、干式植草溝和濕式植草溝。

雨水花園指種植耐勞耐旱植物的底洼區(qū)域(深約5 cm～30 cm),通過土壤、植物和微生物系統(tǒng)蓄滲、凈化徑流雨水的設(shè)施。

1.2 海綿城市(城市道路)系統(tǒng)建設(shè)

不透水鋪裝機動車道相鄰人行道或自行車道,不透水鋪裝機動車道與相鄰側(cè)分帶小于2.0 m,流程圖見圖2。

不透水鋪裝機動車道與不小于2.0 m側(cè)分帶或不小于3.0 m主輔分隔帶相鄰,流程圖見圖3。

人行道、非機動車道可采用以下形式,見圖4,圖5。

2 海綿城市(城市道路)建設(shè)評估要點

廣州市海綿城市建設(shè)道路與廣場指標如表1所示。

表1 廣州市海綿城市建設(shè)道路與廣場指標內(nèi)容[6]

2.1 單項評估要點

1)匯水范圍內(nèi)的豎向設(shè)計;2)透水鋪裝;3)設(shè)施的規(guī)模、單項設(shè)施海綿效果可達性分析;4)設(shè)施溢流口設(shè)置及豎向是否合理;5)建設(shè)項目海綿城市指標計算;6)設(shè)施與上下游排水系統(tǒng)銜接。

2.2 系統(tǒng)評估要點

1)雨水在建設(shè)工程內(nèi)部的徑流組織;2)建設(shè)工程整體的雨排水系統(tǒng)、建設(shè)工程與紅線外的上下游排水系統(tǒng)銜接是否合理;3)建設(shè)工程整體海綿效果可達性分析。

3 工程實例

3.1 海綿城市建設(shè)效果分析

以廣州市某項目城市道路為例,對建設(shè)項目海綿城市指標進行計算。

3.1.1 綜合徑流系數(shù)

綜合徑流系數(shù)按下墊面類型的加權(quán)平均計算見式(1):

(1)

其中,ψ為綜合徑流系數(shù);F為匯水面積,m2;Fi為匯水面上各類下墊面面積,m2;ψi為各類下墊面的徑流系數(shù)。

1)開發(fā)前綜合徑流系數(shù)。本項目開發(fā)前下墊面以農(nóng)田、綠地為主,輔以非鋪砌的土路面、水體。根據(jù)《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》,分別確定各類下墊面雨量徑流系數(shù)的取值然后進行加權(quán)平均計算,求得項目綜合徑流系數(shù)。具體計算過程如表2所示。其中田地按照覆土綠地(覆土厚度小于500 mm)取值。

表2 項目建設(shè)前綜合徑流系數(shù)計算表

2)開發(fā)后綜合徑流系數(shù)。項目開發(fā)后,下墊面類型包括綠化、人行道、非機動車道、機動車道,綠化分為下凹式綠地和普通綠化,人行道和非機動車道都有透水部分和非透水部分,分別確定各類下墊面的綜合雨量徑流系數(shù)取值,求得項目綜合徑流系數(shù),見表3。

表3 項目開發(fā)后綜合徑流系數(shù)計算表

本項目開發(fā)后的綜合徑流系數(shù)0.67,開發(fā)前的綜合徑流系數(shù)0.44,項目開發(fā)后的綜合徑流系數(shù)大于開發(fā)前。

3.1.2 規(guī)劃調(diào)蓄容積

項目所在廣州市區(qū)域年徑流總量控制率為72%時,對應設(shè)計降雨量為31.5 mm;按照年徑流總量控制率計算需配置的調(diào)蓄容積按式(2)取值:

V=10HφF=10×31.5×0.67×120.24=25 376.65 m3

(2)

其中,H為設(shè)計降雨量,對于廣州地區(qū),徑流總量控制率取72%時,H取31.5 mm;φ為場地綜合雨量徑流系數(shù);F為匯水面積,ha。

因此,本項目年徑流總量控制率計算需配25 376.65 m3調(diào)蓄容積。

3.1.3 設(shè)計調(diào)蓄容積

根據(jù)《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)》第1(2)條第3)、4)點的規(guī)定,透水鋪裝只參與綜合雨量徑流系數(shù)的計算,其結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙容積一般不計入總調(diào)蓄容積見式(3)。

控制容積V=綠地面積×蓄水深度×孔隙率

(3)

本項目區(qū)域內(nèi)雨水調(diào)蓄措施為下凹式綠地,下凹式綠地設(shè)計低于周邊地面和道路,根據(jù)土壤滲透性能和植物耐淹性能下凹深度取200 mm,考慮到結(jié)構(gòu)放坡等因素,下凹深度計算時取值100 mm;種植土層蓄水深度1.2 m,孔隙率25%～35%,計算時孔隙率取值25%;礫石層蓄水深度0.3 m,孔隙率35%～45%,計算時孔隙率取值35%,見表4。

表4 工程設(shè)計調(diào)蓄容積

因此,本項目設(shè)計調(diào)蓄容積為43 578.12 m3,大于規(guī)劃需配置25 376.65 m3的調(diào)蓄容積,調(diào)蓄容積滿足要求。

3.1.4 年徑流總量控制率

本項目設(shè)計調(diào)蓄設(shè)施容積為43 578.12 m3,由總控制容積公式V=10H4F反推:

H=43 578.12/10/120.24/0.67=54.09 mm。

對應設(shè)計雨量為54.09 mm,年徑流總量控制率約為90%,滿足規(guī)劃72%的年徑流總量控制率要求。

3.1.5 綠地率

本項目規(guī)劃總用地面積1 202 423.2 m2,綠地面積110 862 m2,綠地率為9.22%。

3.1.6 下沉式綠地率

本項目一般綠地面積110 862 m2,下沉綠地面積約86 293.3 m2,下沉式綠地率為77.84%,滿足規(guī)劃不少于50%的下沉式綠地率指標要求。

3.1.7 人行道透水鋪裝率

本項目人行道總面積為294 587.3 m2,其中透水鋪裝面積為219 065.2 m2,人行道透水鋪裝率為74.36%,滿足規(guī)劃不少于70%的人行道透水鋪裝率指標要求。

3.1.8 徑流污染消減率

項目所在區(qū)域徑流污染削減率要求不小于49%。

在城市徑流污染物中一般用SS(懸浮物)作為徑流污染物的控制指標,低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的年SS總量去除率一般可以達到40%～60%。根據(jù)《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),可査各個措施的削減率,如表5所示,年SS(懸浮物)總量去除率可用下述方法進行計算。

表5 低影響開發(fā)設(shè)施的污染物去除率

年SS(懸浮物)總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率;其中低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率,計算公式見式(4):

(1-ψi)Fi/∑[(1-ψi)Fi]×單項設(shè)施去除率

(4)

本項目低影響開發(fā)設(shè)施主要為透水鋪裝、下沉綠地,根據(jù)表5本項目的年SS總量去除率計算見表6。

表6 本項目徑流污染削減率計算表

通過計算面源污染總削減率(%)=0.9×∑AiBi/A得本項目年徑流污染削減率為 77.21%,滿足規(guī)劃不少于50%的年徑流污染削減率指標要求。

3.2 建設(shè)工程項目系統(tǒng)性評估

項目區(qū)設(shè)置下凹式綠化帶較多,從車行道、非機動車道等路面雨水經(jīng)下凹式綠地收集后,部分雨水滲入土壤,其余雨水經(jīng)綠地蓄滿水后溢流進入雨水口,后排入市政雨水管網(wǎng)。下凹式綠地能夠蓄滯部分雨水,其余雨水能夠依靠自流順利被雨水管道收集,能夠保障雨水排入市政雨水管網(wǎng)。且紅線內(nèi)建設(shè)范圍內(nèi)與紅線外的上下游排水系統(tǒng)銜接合理。整體的雨排水系統(tǒng)、建設(shè)工程與紅線外的上下游排水系統(tǒng)銜接合理。

本項目建設(shè)項目規(guī)劃總用地面積1 202 423.2 m2,綠地面積110 862 m2,其中下凹式綠化帶面積為86 293.3 m2,下沉式綠地率達77.84%。場地內(nèi)設(shè)置下凹式綠地、透水鋪裝吸納、蓄滲雨水,并有效控制場地內(nèi)的雨水徑流;雨水通過道路的坡度匯流引入周邊下凹式綠地下滲。本項目海綿建設(shè)條件有利,海綿城市設(shè)計效果可達性高。

3.3 結(jié)論及建議

綜合上述,本項目海綿城市參數(shù)符合廣州市海綿城市建設(shè)評估要求,項目建設(shè)范圍內(nèi)全部按照海綿城市專項設(shè)計圖紙施工,下沉綠地低于路面,雨水可有效匯入海綿設(shè)施,達到控制徑流效果,建設(shè)評估通過。

相關(guān)建議如下:

1)下凹式綠地設(shè)施低于周邊地面,行人存在踏空的安全問題,特別是1.5 m綠化帶,建議建設(shè)單位或者運營單位適當增加護欄或者顯著的安全警示標志。

2)下凹綠地、透水鋪裝設(shè)施含有截污能力,同時也意味著存在更加容易存污堵塞的情況,建議建設(shè)單位和運營單位應建立健全低影響開發(fā)設(shè)施的操作規(guī)程和維護管理制度,運營維護需要到位。

3)后續(xù)應加強宣傳教育和引導,提高公眾對海綿城市建設(shè)、低影響開發(fā)、內(nèi)澇防治等工作中雨水控制與利用重要性的認識,鼓勵公眾積極參與低影響開發(fā)設(shè)施的建設(shè)和運行。

4 結(jié)語

本文根據(jù)海綿城市建設(shè)內(nèi)容,結(jié)合指標計算,提出了海綿城市建設(shè)效果評估方法。以廣州某道路工程為背景,通過現(xiàn)場踏勘核查了各項海綿設(shè)施的面積并計算了該項目各評估要點指標值,給出了海綿城市建設(shè)效果評估結(jié)論與建議。本文可為海綿城市建設(shè)效果評估工作提供指導作用。