張晶晶

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司　福建福州　350001)

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淺論“海綿城市”理念在城市道路設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)
——以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)東大路工程為例

張晶晶

(深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司福建福州350001)

立足海綿城市理論，以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)東大路工程為例，在建設(shè)過程中積極采用低沖擊開發(fā)的雨水綜合利用理念，通過道路橫斷面的合理設(shè)計(jì)及透水鋪裝系統(tǒng)的使用，提高道路的透水能力，提升城市整體的水文調(diào)蓄功能，從而緩解下雨時(shí)城市排水系統(tǒng)的壓力；并結(jié)合下凹式綠化帶及路面雨水下滲、凈化、溢流、收集系統(tǒng)的應(yīng)用，逐漸完善雨水排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雨水的有效利用與排放。

海綿城市；市政道路；低沖擊開發(fā)；雨水利用

0　引言

隨著人口的增加、城市化進(jìn)程的加快，道路面積不斷擴(kuò)大，使得徑流增加，行洪歷時(shí)縮短，洪峰流量增加，造成暴雨積澇災(zāi)害頻發(fā)，不僅給生態(tài)環(huán)境造成危害，同時(shí)也威脅著人類生命健康的安全[1-2]?！昂＞d城市”作為新型雨洪管理方法和理念，是解決以上問題的根本途徑。2014年《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)》(簡(jiǎn)稱《指南》)的出臺(tái)，將理論指導(dǎo)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，以指導(dǎo)各地建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市[3]。

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)作為對(duì)臺(tái)先行先試的國(guó)家級(jí)開發(fā)新區(qū)，其定位規(guī)格高，未來將成為海峽兩岸之間的一顆明珠。但平潭水資源嚴(yán)重匱乏、部分地區(qū)內(nèi)澇嚴(yán)重、水環(huán)境受到人為影響加劇，隨著平潭的飛速發(fā)展，對(duì)水生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，所以海綿城市的規(guī)劃與建設(shè)是平潭健康發(fā)展的迫切需要。

1　海綿城市概述

1.1海綿城市概念由來及其核心手段

20世紀(jì)90年代末，美國(guó)環(huán)境資源署首次提出LID技術(shù)，之后逐漸在美國(guó)[4]、加拿大[5]、澳大利亞[6]、新西蘭[7]等地廣泛應(yīng)用；我國(guó)于2012年開始引進(jìn)“海綿城市”的理念?！吨改稀分赋龊＞d城市是指城市像海綿一樣，具有“慢排緩釋”和“源頭分散”的特點(diǎn)；下雨時(shí)或水資源比較充足的時(shí)候，通過吸水、蓄水、滲水、凈水等將多余的雨水及時(shí)儲(chǔ)存起來，提高城市對(duì)自然災(zāi)害和環(huán)境變化的適應(yīng)能力；當(dāng)城市需要水時(shí)，能夠?qū)⑿畲娴乃S時(shí)“釋放”出來，并加以利用[3]，從而有效減少內(nèi)澇災(zāi)害，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雨水資源的充分利用。

海綿城市的建設(shè)目的是實(shí)現(xiàn)全面雨水開發(fā)利用體系的建設(shè)，其核心手段是低影響開發(fā)(LID)雨水系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用，采用源頭、中途與末端相結(jié)合的方法，結(jié)合滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，以減少人工系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)過程中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的沖擊和破壞，盡可能確保開發(fā)前后水文特征的不變，從而保證城市水文環(huán)境的良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力的提高，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。具體體現(xiàn)在城市的道路、公園、綠地、管道等建設(shè)過程中，通過源頭分散的小型控制設(shè)施，優(yōu)先利用自然排水系統(tǒng)，如下沉式綠地、滲透塘、植草溝、透水鋪裝、生物滯留設(shè)施(雨水花園、生物滯留帶等)等，充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對(duì)雨水的吸納、蓄滲、緩釋和截污凈化作用，彌補(bǔ)城市道路滲水能力較低的不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)原有生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的同時(shí)，還有可能恢復(fù)已被破壞的水生態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)雨水的自然積存、自然滲透、自然凈化和可持續(xù)水循環(huán)。

城市道路占據(jù)了城市內(nèi)部建設(shè)的絕大部分比例，作為雨水徑流產(chǎn)生和排放的重要場(chǎng)所，以及海綿城市建設(shè)的重要部分，在城市內(nèi)澇防治等方面發(fā)揮著重要的作用，也是海綿城市建設(shè)成功與否的關(guān)鍵性一步。因此，實(shí)現(xiàn)城市道路的合理建設(shè)和規(guī)劃，對(duì)海綿城市的建設(shè)具有重要的意義。

1.2海綿城市理念下城市道路的設(shè)計(jì)

我國(guó)傳統(tǒng)的道路設(shè)計(jì)只是強(qiáng)調(diào)地表水徑流的快速排放，防止雨洪災(zāi)害的發(fā)生即可，然而隨著大中型暴雨的頻頻發(fā)生，致使內(nèi)澇災(zāi)害不斷，因此，該排水方式已不能滿足城市的發(fā)展。究其原因，主要是城市不透水路面的不斷增加，致使雨水無法快速下滲，以及現(xiàn)有的城市管網(wǎng)無法滿足大量雨水的排放。

在進(jìn)行海綿城市道路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，LID不能完全取代城市道路的灰色建設(shè)，要結(jié)合“綠色+灰色”的思想，綠色是LID設(shè)施，灰色是城市道路硬化路面、路緣石等。同時(shí)結(jié)合“源頭+末端”“蓄+排”“地上+地下”的設(shè)計(jì)思想，才能實(shí)現(xiàn)海綿城市的合理建設(shè)。因此，海綿城市道路系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要思路有如下兩點(diǎn)：

(1)對(duì)于已建設(shè)的傳統(tǒng)城市道路，在保證交通安全和功能的情況下，利用城市道路紅線外的用地，采用LID技術(shù)和設(shè)施，解決城市道路排水、污染等問題。

(2)對(duì)于新建或改建道路，在保證交通安全和功能的情況下，采用LID技術(shù)設(shè)施來進(jìn)行合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，以減弱內(nèi)澇、水資源流失、環(huán)境污染等問題的發(fā)生。

具體設(shè)計(jì)原則包括：

(1)最大程度減少道路的不透水面積；

(2)最大程度保持自然水文條件；

(3)最大程度地利用下滲和滯留，延長(zhǎng)匯流時(shí)間，達(dá)到錯(cuò)峰目的。

海綿城市道路系統(tǒng)包括城市內(nèi)所有道路、交叉口、停車場(chǎng)、廣場(chǎng)等。利用如上道路系統(tǒng)作為載體，充分考慮交通安全和城市水安全，結(jié)合LID設(shè)施的使用，從而完善道路系統(tǒng)的生態(tài)建設(shè)。其中，停車場(chǎng)和廣場(chǎng)可采取的LID設(shè)施如下：

(1)源頭設(shè)施可采用透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、滲透塘和滲井；

(2)中途設(shè)施可采用調(diào)節(jié)塘、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶；

(3)末端設(shè)施可采用濕塘和雨水濕地。

道路可采取的LID設(shè)施如下：

(1)源頭設(shè)施有人行道的透水式鋪裝、道路兩側(cè)的下沉式綠地、生物滯留設(shè)施；

(2)中途設(shè)施有植草溝、滲管/渠；末端設(shè)施有雨水濕地。

不同設(shè)施的具體應(yīng)用范圍如表1所示。

表1　不同設(shè)施在海綿城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍

下文以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)東大路工程為例，具體展示“海綿城市”理念在城市道路設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)。

2　東大路工程

2.1工程概況

2.1.1項(xiàng)目區(qū)位及范圍

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)位于福建省東部沿海，東瀕臺(tái)灣海峽與臺(tái)灣隔海相望，是祖國(guó)大陸近年來對(duì)臺(tái)先行先試的重點(diǎn)建設(shè)區(qū)域。全區(qū)陸域面積392.92km2，海域面積6 064km2，為全國(guó)第五大島、福建第一大島。東大路位于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)中部的嵐城鄉(xiāng)內(nèi)，整體呈東西走向，西起壇西大道，東至壇東大道，具體區(qū)域位置如圖1所示。本項(xiàng)目范圍內(nèi)的東大路長(zhǎng)約2.83km，道路紅線寬度為50m，城市主干道，設(shè)計(jì)速度為60km/h。

東大路所在片區(qū)尚處于城市開發(fā)初期，具備系統(tǒng)性建設(shè)海綿城市的條件。

2.1.2沿線市政管線的現(xiàn)狀

項(xiàng)目沿線現(xiàn)狀建設(shè)程度較低，除了平嵐一路、 壇東大道交叉口處有在建給水管道、雨水管道、污水管道外，項(xiàng)目沿線基本無系統(tǒng)的給水設(shè)施和雨、污水設(shè)施。

本工程根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)有給水、雨水、污水、中水、電力、通信、道路照明、交通監(jiān)控等管線。周邊臨近的平嵐一路、平嵐二路、東大路等管線均在施工中，本次設(shè)計(jì)需與其銜接。

2.2“海綿城市”理念的體現(xiàn)

2.2.1道路橫斷面設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)橫斷面共設(shè)置5條“綠帶”，將機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道和人行道分別用下凹式綠化帶分隔開，將快速車流與慢行系統(tǒng)較好地分離，以促使交通參與者各行其道，具體橫斷面布置如圖2所示。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道雨水徑流排向兩側(cè)綠化分隔帶中，多余雨水經(jīng)雨水口溢流進(jìn)入雨水管，人行道雨水直接下滲或排入人行道與非機(jī)動(dòng)車道之間的綠化帶中。

下凹式綠地的種植土中摻砂20%～30%，植物品種以濕生植物為主，如：草海桐、露兜樹、美人蕉、海芋、文殊蘭等。

2.2.2路面材料選用

2.2.2.1非機(jī)動(dòng)車道路面材料選用

目前為止，我國(guó)大部分道路的非機(jī)動(dòng)車道均采用不透水的硬化路面材料，不但不利于雨水的滲透，也不能有效地補(bǔ)充地下水資源。所以，本工程為了提高透水材料的引用面積，在非機(jī)動(dòng)車道設(shè)計(jì)時(shí)均采用彩色環(huán)保透水混凝土路面，使用多孔混凝土(孔隙率>20%)進(jìn)行鋪設(shè)，可以將匯集的路面雨水儲(chǔ)存在鋪設(shè)體內(nèi)，使雨水向路基滲透。具體實(shí)物圖如圖3所示。

其中，多孔混凝土是由有效孔隙、半有效孔隙及無效孔隙等3種孔隙形態(tài)構(gòu)成，有效孔隙能夠讓雨水迅速滲透并向泥土中的生物提供空氣，半有效孔隙能夠儲(chǔ)存雨水、降低路面鋪裝表面溫度。透水混凝土作為非機(jī)動(dòng)車道路面材料的使用，能實(shí)現(xiàn)以下環(huán)保效果。

(1)改善熱環(huán)境機(jī)能

鋪裝層內(nèi)的水分子遇熱氣化，可一定程度上抑制路面溫度的上升。

(2)雨水儲(chǔ)存滲透機(jī)能

鋪裝層內(nèi)可以儲(chǔ)存雨水，緩解下雨時(shí)城市排水系統(tǒng)的壓力。

(3)改善水循環(huán)機(jī)能

雨水通過鋪裝層滲透到地下，對(duì)地下水起到了補(bǔ)充作用，同時(shí)也可改善地下生態(tài)的生存環(huán)境，并有效地促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

東大路的非機(jī)動(dòng)車道路面結(jié)構(gòu)材料為：4cmC25彩色透水砼(粒徑6mm～10mm)+8cmC25素色透水砼(粒徑10mm～20mm)+15cm透水水泥穩(wěn)定碎石。

透水砼面層抗壓強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗折強(qiáng)度≥2.5MPa，透水系數(shù)k(15℃)為2.7mm/s～4.5mm/s，路面平整度≤10mm。

透水水泥穩(wěn)定碎石基層有效孔隙率≥15%；壓實(shí)度應(yīng)不小于95%，保濕養(yǎng)護(hù)6d、浸水1d后無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.5MPa～3.5MPa。

2.2.2.2人行道路面材料選用

透水鋪裝系統(tǒng)已被廣泛用于公園、停車場(chǎng)、人行道、廣場(chǎng)、輕載道路等領(lǐng)域，通過收集、儲(chǔ)存、處理雨水徑流，進(jìn)而補(bǔ)充地下含水層，從而提升城市整體的水文調(diào)蓄功能。因此，本工程人行道采用環(huán)保型透水磚，雨水滲入土壤，以達(dá)到避免路面積水、調(diào)節(jié)道路表面的溫度和濕度、涵養(yǎng)地下水分等目的。

東大路的人行道路面結(jié)構(gòu)材料為：6cm彩色環(huán)保透水磚(20cm×10cm)+2cmM15干硬性水泥沙漿+20cm透水水泥穩(wěn)定碎石。

人行道環(huán)保透水磚抗壓強(qiáng)度等級(jí)為Cc50，抗折強(qiáng)度應(yīng)不小于Cf4.0，透水系數(shù)k(15℃)≥0.2 mm/s，磨坑長(zhǎng)度≤35mm，防滑等級(jí)為R3，相應(yīng)防滑性能指標(biāo)BPN≥65。

干硬性水泥沙漿找平層強(qiáng)度不低于M15，有效孔隙率10%～15%，透水系數(shù)k(15℃)≥0.2 mm/s。

透水水泥穩(wěn)定碎石基層材料技術(shù)指標(biāo)同非機(jī)動(dòng)車道。

2.2.3海綿城市低沖擊開發(fā)雨水利用與排放

2.2.3.1下凹式綠化帶

低沖擊開發(fā)強(qiáng)調(diào)城鎮(zhèn)開發(fā)應(yīng)盡可能順應(yīng)自然，與自然和諧共處，減少對(duì)環(huán)境的沖擊。本次工程設(shè)計(jì)將道路兩側(cè)綠化帶設(shè)計(jì)成下凹式綠化帶，在綠化帶中根據(jù)道路縱坡和路口設(shè)置滲濾綠化帶，末端設(shè)置雨水口，保證暴雨時(shí)徑流的溢流排放，同時(shí)將道路紅線范圍集雨面積的雨水優(yōu)先匯集進(jìn)入下凹式綠地進(jìn)行過濾、滯蓄、滲透等處置，盡可能地使雨水徑流用于補(bǔ)充地下水，在“面源污染減污、洪峰流量削減、水文生態(tài)修復(fù)”等方面發(fā)揮雨水綜合利用的作用。

與傳統(tǒng)的綠化帶相比，低沖擊開發(fā)設(shè)計(jì)將綠化帶設(shè)置為下凹式，略低于車行道，下凹的空間便于收集路面雨水，使雨水下滲時(shí)間得到顯著增加，其優(yōu)點(diǎn)是有效滲蓄雨水、消減洪峰流量、減輕地表徑流污染等。下凹式綠化帶結(jié)構(gòu)為：綠地中部高程低于設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)車道路面高程，雨水口設(shè)在滲濾綠化帶末端，雨水口高程低于路面高程并高于綠地中部高程5cm。

2.2.3.2路面雨水下滲、凈化、溢流、收集

降雨發(fā)生后，因路面相對(duì)比較干燥，雨水入滲濾相對(duì)較大，隨著降雨時(shí)間的增長(zhǎng)，地面開始產(chǎn)生徑流，路面雨水沿著路面縱坡和橫坡通過路緣石邊設(shè)置的單箅雨水口排入綠化帶內(nèi)設(shè)的200×200矩形溢流井，當(dāng)矩形溢流井積水到一定高程后溢流進(jìn)入下凹式綠化帶，下凹式綠化帶種植土層采用滲透性較好的土質(zhì)，下凹式綠化帶能夠入滲凈化部分初期雨水，補(bǔ)充地下水資源。

隨著雨水量的增長(zhǎng)，雨水逐漸匯集至滲濾綠化帶，在滲濾綠化帶內(nèi)經(jīng)種植土層和礫石層濾料過濾凈化后由凈化DN200穿孔花管排出至綠化帶內(nèi)布置的平箅式雨水口。

隨著雨水量的進(jìn)一步增長(zhǎng)，雨水量超過下凹式綠化帶沿途下滲和滲濾綠化帶負(fù)荷時(shí)，雨水逐漸溢流進(jìn)入平箅式雨水口(頂面高出綠化帶面層5cm)，通過DN300雨水口連接管接至雨水檢查井。平箅式雨水口深度約為1.9m。

隨著雨水量更進(jìn)一步增長(zhǎng)，雨水量超過下游排放量，超量雨水可能雍水進(jìn)入路面，造成道路低點(diǎn)積水，因此在道路相對(duì)低點(diǎn)處設(shè)置偏溝式雨水口，深度為1m。通過DN300雨水口連接管接至雨水檢查井。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“降雨-徑流-下滲-回用/循環(huán)”的良性循環(huán)，對(duì)修復(fù)城市水環(huán)境、實(shí)現(xiàn)雨水資源化利用具有重要意義。

詳見圖4、圖5、圖6。

3　結(jié)論

(1)海綿城市道路的設(shè)計(jì)對(duì)緩解城市內(nèi)澇災(zāi)害、凈化水質(zhì)、補(bǔ)充地下水具有重要作用，其設(shè)計(jì)應(yīng)該在滿足城市道路交通基礎(chǔ)上，盡可能采用源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄等多種手段，通過LID設(shè)施的有效利用，建設(shè)生態(tài)排水設(shè)施，充分發(fā)揮城市道路對(duì)雨水的吸納、蓄滲、緩釋和截污凈化作用，使城市雨水能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)循環(huán)。

(2)采用低沖擊開發(fā)的雨水綜合利用理念進(jìn)行市政道路設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)如下效果:

①可以減少30%以上的暴雨徑流并延遲大約5min～20min的暴雨徑流峰值，即可以有效的降低路面綜合徑流系數(shù)，提高雨水系統(tǒng)的排放標(biāo)準(zhǔn)；

②道路初期雨水因?yàn)槲廴境潭雀?，路面雨水?jīng)下凹式綠化帶的收集、下滲和過濾帶的凈化區(qū)，可削減大量的路面污染物；

③雨水向土壤中下滲回補(bǔ)地下水，可大大改善生態(tài)環(huán)境。

[1]Hedmark ?,Scholz M. Review of environmental effects and treatment of runoff from storage and handling of wood[J]. Bioresource Technology,2008,99(14):5997-6009.

[2]車伍,馬震,王思思,等. 中國(guó)城市規(guī)劃體系中的雨洪控制利用專項(xiàng)規(guī)劃[J]. 中國(guó)給水排水,2013(02):8-12.

[3]《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)》發(fā)布實(shí)施[J]. 城市規(guī)劃通訊,2014,21:8.

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[5]Center for Watershed Protection. Better Site Design: A Handbook for Changing Development Rules in Your Community[R]. Prepared for: the Site Planning Roundtable. Ellicott City,MD: The Center,1998.

[6]Water Sensitive Urban Design Research Group. Water sensitive residential design: an investigation into its purpose and potential in the Perth Metropolitan region[M]. Leederville,WA: Western Australian Water Resources Council,1990:1-20.

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The Embodiment of "Sponge City" Concept in the Design of City Road——Take Dongda Road Engineering in Pingtan Comprehensive Experimental Area as an example

ZHANGJingjing

(Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co.,Ltd,Fuzhou 350001)

Under the guidance of the sponge city theory,this paper took Dongda road engineering in Pingtan comprehensive experimental area as an example. In the process of building,the concept of comprehensive utilization of rainwater in low impact development was used. By using rational design of road cross section and permeable pavement systems,the flooding capacity of road and the city's overall hydrological regulation and storage function was improved,thus easing pressure on urban drainage systems. In addition,by using the recessed green belts and the system of pavement rainwater infiltration,purification,overflow and collection,the water supply,rainwater and drainage system was improved gradually,and the effective utilization and emissions of rainwater was achieved.

Sponge city; City road; Low impact development; Rainwater utilization

張晶晶(1987.10-)，男，工程師。

E-mail:382615657@qq.com

2016-04-07

[TU997]

A

1004-6135(2016)07-0118-05