楊一夫

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城市建設

基于海綿城市的廈門城市道路雨水LID系統(tǒng)研究

楊一夫

引言

目前，廈門正處在城市化快速發(fā)展的關鍵時期，城市建設規(guī)模和不透水面積急劇增加。城市道路作為城市主要不透水下墊面之一，占建設用地的比例甚至超過了20%。與此同時，傳統(tǒng)管道排水方式導致道路排澇壓力大、路面污染嚴重、雨水資源流失及生態(tài)環(huán)境破壞等突出問題，難以滿足現(xiàn)代城市建設對生態(tài)和環(huán)境的需求。

為了應對上述環(huán)境問題，美國提出了“綠色道路”概念，即模擬自然水文循環(huán)過程，應用不同低影響開發(fā)（LID,Low Impact Development）技術(shù)措施，結(jié)合景觀設計在源頭進行雨水徑流管理的道路排水形式。近期國家提出建設“海綿城市”的概念，廈門也成為國家首批海綿城市建設試點，借此良機應借鑒國內(nèi)外先進的城市道路雨水徑流管理經(jīng)驗，構(gòu)建適合廈門當?shù)靥厣幕诤＞d城市的城市道路雨水LID系統(tǒng)，此舉能夠有效緩解道路徑流污染、涵養(yǎng)地下水源、減少徑流總量及峰值流量、減輕排水管網(wǎng)負荷、降低城市用水壓力、改善城市道路及周邊生態(tài)環(huán)境，這也是城市道路排水（雨水）系統(tǒng)的發(fā)展方向。

城市道路雨水系統(tǒng)傳統(tǒng)排水方式及問題

1.傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)排水方式

廈門傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)設計以城市道路為主要載體，目的在于快速排除降落在道路紅線范圍內(nèi)地表水、屋面雨水以及道路周邊區(qū)域雨水徑流，以防止道路路基、路面結(jié)構(gòu)損壞以及城市內(nèi)澇等災害。

現(xiàn)行雨水排除的設計思路是：為保障城市、工廠和人民的生命財產(chǎn)安全，須及時排除暴雨形成的地面徑流，設計重點在“排”上，將雨水徑流通過一系列道路雨水設施如邊溝、雨水口、管道等快速排入河道。

2.傳統(tǒng)雨水系統(tǒng)排水方式主要問題

（1）地表植被和陸地未經(jīng)開發(fā)的可透水表面逐漸被不透水鋪面替代，導致植物蒸騰作用、淺層滲透和深層滲透均大大減少，繼而降水所能回流至水圈中的部分也減少，相應的地表徑流相應增加。

（2）臺灣地景建筑及都市設計師廖桂賢形象地將城市徑流比作“道路的洗澡水”。城市徑流會攜帶多種大量污染物質(zhì)，因此城市徑流是水質(zhì)污染的主要原因。

（3）城市逐漸被各種不透水鋪面覆蓋，地下人工管網(wǎng)系統(tǒng)鋪滿了地下水位以上的空間，雨水自然回歸大氣的渠道被封堵，人工管網(wǎng)作為城市水循環(huán)的主要路徑，導致了水自然循環(huán)過程的短路。

城市道路雨水LID系統(tǒng)構(gòu)建

1.城市道路雨水LID含義

LID措施是20世紀90年代中期由美國馬里蘭州喬治王子縣環(huán)境資源署提出的一種新型雨水管理理念。LID措施主要提倡采用基于微觀尺度景觀控制的分散式小規(guī)模雨水處理設施，使區(qū)域開發(fā)后的水文特性與開發(fā)前基本一致，最大程度地降低區(qū)域開發(fā)對于周圍生態(tài)環(huán)境的沖擊，建造出一個具有良好水文功能的場地。

LID系統(tǒng)設計需遵循以下原則：①源頭管理雨水徑流；②利用植物和土壤的自然過程過濾、凈化雨水；③LID技術(shù)措施設計要求簡單、高效，同時具有美學價值。

LID系統(tǒng)要最大可能實現(xiàn)以下目標：①水質(zhì)控制；②洪峰流量削減；③總量削減。

結(jié)合海綿城市設計理念，將雨水徑流視作一種資源，構(gòu)建基于海綿城市的可持續(xù)的城市道路雨水LID系統(tǒng)，通過模擬自然水文過程實現(xiàn)徑流污染控制和總量削減，營造宜居生活環(huán)境。

圖1傳統(tǒng)模式與海綿城市市政道路雨水LID系統(tǒng)示意圖

2.城市道路雨水LID系統(tǒng)規(guī)劃設計原則

將LID應用于城市道路雨水系統(tǒng)時，合理地設計道路綠地布局、有效地創(chuàng)造更多綠地空間、尋求更多模擬自然水文過程的方法，實現(xiàn)道路綠地空間最大化和不透水區(qū)域面積最小化，雨水徑流盡量通過地表雨水措施的傳輸與滯留，減小地下管道系統(tǒng)設施規(guī)模，從源頭削減徑流總量和峰值流量。

依照LID的三個原則 （最大程度減少開發(fā)區(qū)域的不透水面積；最大程度保持場地的自然水文條件；最大程度地利用雨水下滲和滯留，以延長匯流時間來減輕場地開發(fā)對自然水文狀態(tài)的影響），本次研究原則總結(jié)為三方面：即優(yōu)化道路設計；降低不透水面連續(xù)性；改變道路排水方式。

（1）優(yōu)化道路設計

城市道路區(qū)域的不透水性與路網(wǎng)布局關系密切，在相同環(huán)境背景下，不同形態(tài)路網(wǎng)布局的鋪裝總長度、不透水率均不同，從下圖可以看出，在相同區(qū)域面積下，方格網(wǎng)布局的道路總長度一般比其他形式布局要大，因此，從控制降雨徑流的角度，方格路網(wǎng)布局道路面積大，對區(qū)域徑流總量和峰值流量影響大，宜采用合理的其他路網(wǎng)模式替代方格路網(wǎng)，以減少道路面積，進而削減道路徑流量。

在滿足土地利用、密度以及交通需求的前提下，應最大程度減少其寬度。我國城市道路寬度標準目前普遍高于許多國家。根據(jù)“全國道路交通安全協(xié)會經(jīng)驗交流會”反映出的信息顯示，近年來國內(nèi)許多城市已就縮窄車道寬度問題做了試點，3.25m～3.5m的車道寬度已較普遍的應用在改建和條件受限的新建工程中。

對于人行道，在可能的情況下使道路紅線不包括人行道，以有效降低行人交通事故率，又可以使用更多的透水鋪裝。同時，人流量低的道路，也可考慮適當減小人行道的寬度，或只建設單側(cè)人行道。這些均為減小道路紅線范圍內(nèi)不透水地表面積的有效方法。

（2）降低道路不透水面連續(xù)性

現(xiàn)有已開發(fā)場地，路網(wǎng)布局已經(jīng)形成，城市道路不透水地表切斷了雨水的自然通道，阻礙了雨水的自然下滲過程，同時徑流中攜帶著各種污染物。對現(xiàn)有新建或改造道路要最大程度做到干擾最小化，依據(jù)城市道路空間條件，人行道盡量采用透水路面，道路綠化帶盡量采用植被草溝、雨水花園等生態(tài)措施，降低道路不透水的連續(xù)性，模擬自然水文功能，恢復與補償?shù)叵滤?，以水質(zhì)控制為主，兼具徑流量控制。

①盡量采用透水路面

城市道路采用透水鋪裝，能夠有效減少路面徑流，防止地面積水；還能蓄積較多熱量有利于調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，減輕熱島效應。在國外，尤其是日本、美國等發(fā)達國家，對透水鋪裝已做了大量的研究，并已廣泛應用于各種工程實踐中，收到了很好的效果。在路面工程中，按照透水性路面材料實際使用情況可分為兩大類，一類是直接鋪設在能夠蓄水的路基上，經(jīng)壓實、養(yǎng)護工藝構(gòu)筑而成的大面積整體透水性混凝土/瀝青路面；另一類是經(jīng)特殊工藝預制的透水性混凝土制品 （如透水磚、嵌草磚等）。

②不透水路面切割

城市不透水面的連接程度對城市地表徑流的峰值總量變化等都有影響，利用道路分隔帶綠地切斷城市不透水面的連接如分車綠帶對車行道的分割有利于削減地表徑流，改變不透水路面的連續(xù)性。在道路長度、寬度、坡度及綠地寬度等因子都相同的情況下，具有多條分隔綠帶道路的徑流峰值明顯較低，產(chǎn)流時間滯后。

在道路綠化帶寬度相同的情況下，將道路綠地依據(jù)匯水面積按比例分成多段，切斷不透水路面的聯(lián)系，可以更好地發(fā)揮綠地對道路徑流的控制作用。因此，在新建和改建道路中，對于較寬的道路，可以通過增加道路兩側(cè)分隔帶分割車行道不透水路面，將單幅路、雙幅路改為三幅路、四幅路，強化道路綠帶對徑流的控制，同時提高行車的安全性。

（3）改變道路排水方式

以四幅路為例，討論傳統(tǒng)市政道路排水形式及面臨的問題。四幅路由3條綠化帶（分隔帶）將車行道分成四部分，中間兩條為機動車道，機動車道兩側(cè)為非機動車道。

四幅路綠化帶共計3條，分別為中央分車綠和兩側(cè)分車綠帶，其高程均高于路面高程。綠化帶兩側(cè)設置路緣石，路緣石一般高出車行道邊緣10cm～20cm，其作用是將機動車與非機動車及行人通過分隔帶分割開來，使車輛及行人各行其道，以保證道路具有較高的通行能力。同時，也起到匯集、引導行車道及人行道的雨水流入雨水口，防止雨水進入綠化帶影響路面穩(wěn)定。傳統(tǒng)市政道路綠化帶只能接納其自身面積的雨水徑流，道路路面雨水徑流均流入雨水口，經(jīng)雨水管道排除。

圖2不同路網(wǎng)布局與對應的道路長度示意圖

圖3傳統(tǒng)道路橫斷面圖

傳統(tǒng)的市政道路排水設計采用點式雨水口收集道路雨水，通過管道系統(tǒng)盡快排入下游河道，它是以雨水的盡快排除為根本出發(fā)點。

這種方式存在多方面的缺點：一是污染較重的機動車道雨水排入河道后污染城市河湖水體；二是點式雨水口收集地表雨水必然產(chǎn)生路邊積水，易發(fā)生洪澇災害；同時，道路綠化帶需要經(jīng)常性的灌溉，未對道路雨水資源進行有效利用，大量的雨水資源白白流走。因此需要重新審視和改善現(xiàn)有市政道路排水系統(tǒng)，使之能夠發(fā)揮洪澇災害防控，面源污染控制，雨水資源有效利用等多重效益。

對比傳統(tǒng)道路排水模式，道路雨水LID系統(tǒng)中央分車綠帶下凹，滯留自身雨水徑流，下滲雨水和超量雨水通過滲水盲管和溢流井排入市政雨水管線。機動車道和非機動車道徑流在重力作用下沿路面坡度匯集至邊溝，通過開孔側(cè)緣石進入機非分隔帶內(nèi)雨水LID措施滯留凈化，超量雨水通過溢流口進入市政雨水管線。

圖4市政道路雨水LID系統(tǒng)橫斷面圖

人行道采用透水鋪裝，人行道徑流首先匯入生態(tài)樹池，超過其控制目標的徑流通過溢流口進入市政管線；如果道路兩旁有空地，也可直接坡向紅線外綠地，宜建設雨水花園滯留凈化雨水，削減洪峰流量，并通過植物的合理配置，創(chuàng)建和諧環(huán)境。

城市道路雨水LID技術(shù)措施

1.透水鋪裝

透水磚鋪裝和透水水泥混凝土/瀝青鋪裝主要適用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路，如建筑與小區(qū)道路、市政道路的非機動車道等。

鋪設透水磚簡便易行，效果較好，在所有道路工程中均可使用。但是在透水磚鋪設基層應采用透水性能好的材料，如無砂混凝土、級配砂石等，以進一步提高雨水下滲性能。

人行道鋪裝透水磚，在提高人行交通舒適性的同時，收集和吸儲部分雨水。雨天能大量吸儲雨水，為道路兩旁花草樹木的生長提供水源；晴天能釋放水汽，濕潤空氣，降低路面溫度，減輕城市熱島效應。

2.下凹式綠地

下凹式綠地技術(shù)是一種綠地改造措施，將其道牙開孔，使道路雨水進入綠化分隔帶內(nèi)，綠化帶設計為下凹的多層滲濾系統(tǒng)，表層種有植物。系統(tǒng)主要由前處理系統(tǒng)、進水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、表面溢流系統(tǒng)、蓄水區(qū)、填料及植物等7部分構(gòu)成。較普通綠地而言，下凹式綠地具有利用下凹空間充分蓄集雨水、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染等優(yōu)點。典型的下凹式綠地結(jié)構(gòu)為：綠地高程低于路面高程，雨水口設在綠地內(nèi)，雨水口低于路面高程并高于綠地高程。下凹式綠地先匯集了周邊道路等區(qū)域產(chǎn)生的雨水徑流，綠地蓄滿水后再流入雨水口。

傳統(tǒng)道路雨水通過 “路面雨水→雨水口→雨水管道”的途徑進行排放，而生物滯留系統(tǒng)的引入，形成了“路面雨水→孔口道牙→生物滯留→雨水口→雨水管道”的排水方式，使路面雨水可在生物滯留帶內(nèi)暫存凈化。

3.植被草溝

植被草溝是一種生態(tài)型的雨水收集、輸送和凈化措施，被廣泛地用于城市園區(qū)雨水利用和城市徑流非點源污染控制系統(tǒng)。有條件時應優(yōu)先考慮利用道路綠化帶采取植被淺溝等地表生態(tài)排水方式。常見的生態(tài)草溝包括圓弧型、三角形和梯形生態(tài)草溝。

表1傳統(tǒng)市政道路排水模式與LID模式的對比表

4.雨水花園

雨水花園利用自然形成的或人工挖掘的淺凹綠地，利用喜水或耐水植物，對周邊匯水區(qū)域雨水徑流進行控制凈化，并使之逐漸滲入土壤，涵養(yǎng)地下水或使之補給景觀用水等城市用水，是一種生態(tài)可持續(xù)的雨洪控制與雨水利用設施。

5.生態(tài)樹池

行道樹綠帶是布置在人行道與車行道之間，以種植樹木為主的綠帶。樹池在人行道綠化中較為常見，占地少，使用美觀，一般作為單獨的造景出現(xiàn)，是構(gòu)成城市和道路景觀的重要元素。行道樹樹池行道樹作為城市道路綠化的主框架，一般以高大喬木為主，其樹池面積要大，一般不小于 1.2 m×1.2m；分車帶樹池為分割車流和人流，利于交通管理。靈活性強，適用范圍較廣。

生態(tài)樹池與一般的樹池類似，植物主要以大中型的木本植物為主，要求種植土深度至少為1m，其形式靈活多樣，適用范圍較廣。根據(jù)道路硬化程度、徑流流向等因素，在道路兩側(cè)存在行道樹帶的情況下，將行道樹改造成生態(tài)樹池以匯集車行道（或非機動車道，根據(jù)道路類型而定）或人行道雨水徑流，可實現(xiàn)在不減少道路交通量的情況下，滯留凈化路面雨水徑流。生態(tài)樹池的布局還可結(jié)合道路分隔帶綠地設置，溢流及出流雨水流入附近的排水系統(tǒng)中。

6.濕地系統(tǒng)

雨水濕地是一個平均水深較淺的沼澤區(qū)，其中大量覆蓋有較強凈化能力的水生植物，是一種高效的控制地表徑流污染的措施。主要通過植物的降解和吸收、土壤或基質(zhì)的吸附和離子交換以及微生物的降解對污染物進行凈化，同時有一定的調(diào)蓄作用。

濕地通過土壤、植物和微生物3個相互依存的組合體去除污水中大量的懸浮物或溶解態(tài)物質(zhì)，是一種高效的控制地表徑流污染的綠色控制措施。該項措施投資少、能耗低并且易于操作管理，很適合在公路建設中推廣。

圖片來自網(wǎng)絡

結(jié)語

城市道路建設之前，場地開發(fā)須遵從供給適宜性原則、干擾最小化原則。盡量縮窄道路寬度，減小道路長度，最大限度地減少不透水面積帶來的不利影響，同時路面徑流盡量通過地表傳輸，增強雨水的下滲與滯留，模擬自然水文功能，恢復和補償?shù)叵滤?/p>

根據(jù)城市道路類型、特點和產(chǎn)匯流方向確定低密度、高密度城市道路、商業(yè)區(qū)道路、城市快速路及干道中LID技術(shù)措施如植被草溝、下凹綠地、雨水花園等在道路平面中的位置關系。

廈門通過海綿城市試點建設，不僅可以控制城市徑流總量、削減洪峰流量，而且可以控制雨水徑流污染、改善城市生態(tài)環(huán)境，具有十分重大的意義。

參考文獻

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作者單位：（廈門市城市規(guī)劃設計研究院）