李維，孟亞萍，朱捷，王春發(fā)，馬玉勇，劉紹杰，劉峰

（衡陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 衡陽421101）

1 引言

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，城市道路和園林綠地的下墊面被大量無機材料填充，加之城市規(guī)劃建設(shè)的不合理，部分阻礙了道路和綠地表面雨水的下滲，大量地表雨水直接增加了市政排水管道的排水壓力，由此導(dǎo)致的城市內(nèi)澇和洪澇災(zāi)害頻發(fā)。頻繁的城市內(nèi)澇和洪澇災(zāi)害給人們的生活帶來了嚴(yán)重的影響，亟須解決城市的雨洪問題。

2 現(xiàn)代城市面臨的雨水環(huán)境問題

雨水環(huán)境問題在我國顯得尤為突出，就當(dāng)前的雨水污染主要是雨水面源污染，它是一種以面域的方式造成城市環(huán)境污染的發(fā)生源。城市中常見的雨水地表徑流帶來的污染是城市環(huán)境污染的重要來源【1】?，F(xiàn)代城市化的發(fā)展使得原本天然土壤被大量的不透水地面代替，使得雨水不能及時滲透，從而加大了地表徑流量。暴雨洪水對地表沖刷后所產(chǎn)生的徑流污染物含量甚至高于城市生活污水，在雨水徑流流經(jīng)區(qū)域?qū)⒅苯訉?dǎo)致自然水體和城市環(huán)境污染；而大量雨水被直接排入市政管道和自然水體，城市可利用的雨水量明顯減少，很多城市甚至出現(xiàn)下雨后的第二天即對行道樹進(jìn)行人工澆灌。海綿城市理念就是解決雨水面源污染問題和合理利用雨水的途徑之一，而且海綿城市技術(shù)將從根本上控制和利用自然雨水。

3 海綿城市概述

海綿城市是指像海綿一樣具有吸水、蓄水、滲水、排水和凈水功能的城市，需要的時候?qū)⑿畲娴乃搬尫拧背鰜?，并加以利用的城市類型?】。海綿城市具有良好的彈性，能適應(yīng)各種環(huán)境的變化，能幫助解決城市雨水環(huán)境問題，還能在一定程度上應(yīng)對自然災(zāi)害，增強城市的防御能力，提升城市生態(tài)系統(tǒng)功能和減少城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生【3】。

海綿城市構(gòu)建的關(guān)鍵是怎么保護(hù)和利用城市雨水資源，其途徑之一是通過改變城市下墊面，利用城市綠地系統(tǒng)的蓄水和滲水功能，將原來的“硬質(zhì)城市”改造為海綿城市；使一個逆自然的人工城市向順自然的天然城市進(jìn)行轉(zhuǎn)變，形成彈性適應(yīng)的城市空間，重新構(gòu)建天然雨水循環(huán)并還原一個生態(tài)健康的城市環(huán)境。海綿城市的基本作用是保護(hù)水資源的生態(tài)系統(tǒng)、修復(fù)已被破壞的水生態(tài)結(jié)構(gòu)、提倡低影響開發(fā)（LID）模式【4】。

4 現(xiàn)代城市道路雨水收集利用的設(shè)計方法探討

全球氣候的變化使得城市暴雨出現(xiàn)的概率增加，降水較為集中，現(xiàn)代城市大面積的硬化和市政排水管道的排水能力不足，導(dǎo)致出現(xiàn)路面大量積水和城市內(nèi)澇的現(xiàn)象，暴雨也帶來了一系列的環(huán)境污染問題。相繼出現(xiàn)的城市“看海”和洪澇災(zāi)害，不僅使暴雨成了城市的污染源，同時也浪費了寶貴的雨水資源。

雨水資源對于現(xiàn)代城市是彌足珍貴的，它不僅能緩解城市熱島現(xiàn)象，還能補充地下水資源和澆灌城市植被。合理利用雨水資源是城市節(jié)約用水的重要途徑。本文就城市車行道路和城市綠地道路2個方面，從城市道路設(shè)計和城市綠地道路設(shè)計出發(fā)，探討城市雨水收集利用的途徑。

4.1 城市車行道路雨水收集利用的設(shè)計方法

現(xiàn)有的城市道路排水設(shè)施僅能排除路面表面的雨水，不能排除滲透進(jìn)道路里面的雨水，特別對于大孔隙開級配（OGFC）瀝青混凝土路面，雖然雨水在短時間內(nèi)可以經(jīng)路面下滲，但無法將雨水收集統(tǒng)一排放，只能慢慢揮發(fā)。一旦遇到中到大雨，OGFC路面的排水優(yōu)勢就難以發(fā)揮。同時，滲透進(jìn)道路里面的雨水得不到及時的排除，可能會出現(xiàn)路基被水浸泡而軟化，從而導(dǎo)致路面下沉的危險。

常規(guī)的城市道路排雨水設(shè)施不能排除經(jīng)下滲的雨水，然而可以在道路兩旁設(shè)置滲透雨水收集花管（見圖1），將下滲至OGFC路面的雨水收集起來統(tǒng)一利用和排放。具體而言，是在道路兩旁路沿石邊緣設(shè)置1根φ50mm PVC排水管道（見圖2），該管道上半部分設(shè)置間距為50mm的φ10mm梅花形滲水孔，梅花形滲水孔外部設(shè)置1層濾網(wǎng)；φ50mm PVC排水管道設(shè)置在路面滲透過濾層之下（見圖3），并以0.5%的坡度與雨水井相連。為增加路面的強度，應(yīng)在路面結(jié)構(gòu)中增加土工合成材料，防止豎向應(yīng)力集中破壞滲透雨水收集花管。

圖1滲透雨水收集花管

圖2城市車行道路雨水收集結(jié)構(gòu)平面圖

圖3城市車行道路雨水收集結(jié)構(gòu)剖面圖

滲透雨水收集花管收集的雨水隨即排入路邊雨水井，通過雨水井中的連接管道進(jìn)一步將路面的雨水和下滲的雨水排入人行道下的低影響開發(fā)（LID）型滲蓄水池（見圖4）。該LID型滲蓄水池設(shè)置在2株行道樹之間，上覆大于700mm厚的土壤，通過溢水管道相互連接呈間斷縱向分布（見圖5）；溢水管道的高程略低于連接管道的高程；該LID型滲蓄水池由鋼筋混凝土制成，上部微拱形利于排水，池體壁上設(shè)置與連接管道和溢水管道連接的接口，池體下部設(shè)置池趾板以增加受力面積，池體下部未封閉；LID型滲蓄水池下部設(shè)置呈下弧狀的LID型滲水系統(tǒng)，并形成蓄水腔。該蓄水腔則可收集雨水井內(nèi)的雨水，并通過經(jīng)改造的LID型滲水系統(tǒng)將雨水下滲至周邊土壤中，既減少了洪峰時市政管道的排水壓力，又可以補充地下水源。蓄水腔內(nèi)多余的雨水可通過溢水管道排入市政排水管道。

該設(shè)計方案考慮了城市道路、人行道和行道樹三者間的相互關(guān)系，運用海綿城市的設(shè)計理念，通過市政結(jié)構(gòu)設(shè)施，將路面的雨水加以收集利用，不僅能發(fā)揮OGFC路面的排水功能，還能收集利用雨水，提高路面的使用年限。

圖4低影響開發(fā)（LID）型滲蓄水池橫向剖面圖

圖5低影響開發(fā)（LID）型滲蓄水池縱向剖面圖

4.2 城市綠地道路雨水收集利用的設(shè)計方法

城市綠地具有凈化空氣、凈化水體、凈化土壤、防止水土流失等生態(tài)服務(wù)功能，是海綿城市的重要組成部分，也是雨水收集利用不可或缺的途徑，更有城市“綠肺”之稱。城市綠地水分蒸發(fā)量大，若雨水資源在城市綠地中得不到有效的蓄存和利用，不僅浪費雨水資源，還會因為雨水面源帶來嚴(yán)重的城市污染。所以，現(xiàn)代城市綠地系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中多采用LID技術(shù)對雨洪進(jìn)行管理。

現(xiàn)針對城市綠地道路及道路周邊綠地提出一種雨水收集利用的途徑。本設(shè)計方案由城市綠地透水磚道路和道路兩旁的植草溝組成（見圖6），道路與植草溝之間設(shè)置一塊寬度大于1 000mm的過渡帶，植草溝和過渡帶內(nèi)可正常種植植被，也可用小景觀石與地被植物相互搭配，形成一個既可以收集、蓄存雨水的凹地（見圖7），又具有一定觀賞價值的景觀區(qū)域。

具體的設(shè)計方案分為2個部分。

圖6城市綠地道路雨水收集利用平面圖

圖7城市綠地道路雨水收集利用剖面圖

第一個部分：透水磚道路結(jié)構(gòu)（見圖8）由透水磚面層、100mm厚粗砂干拌層、密配土工格柵層、20mm厚粗砂找平層、50mm厚凈化透水層、200mm厚級配碎石墊層和經(jīng)改良的砂性土壤7個層次組成。透水磚為透水混凝土磚或透水無黏土燒結(jié)磚，雨水經(jīng)透水磚表面和磚與磚之間的縫隙下滲。100mm厚粗砂干拌層和20mm厚粗砂找平層均由潔凈粗砂拌制而成，不摻加水泥等膠結(jié)料，利于透水。密配土工格柵層由雙層土工合成材料錯開疊合而成，以提高路基的強度。50mm厚凈化透水層由珍珠巖、蛭石、陶粒、石英砂等中一種或多種使用黏結(jié)劑制成，主要用于凈化和滲透雨水。200mm厚級配碎石墊層作為道路的承重層。經(jīng)改良的砂性土壤是將300～500mm厚的素土層用中粗砂拌和并適當(dāng)壓實，形成既具有一定強度又能滲透雨水的結(jié)構(gòu)層。

圖8透水磚道路結(jié)構(gòu)剖面圖

第二個部分：植草溝為U形結(jié)構(gòu)（見圖9）由500mm厚種植土、50mm厚粗砂過濾層、無紡布、100mm厚透水層、經(jīng)改良的砂性土壤層組成。植草溝應(yīng)配合風(fēng)景園林景觀所設(shè)，其平面形狀不拘泥于直線形，可根據(jù)景觀需要，設(shè)計成自然彎曲形，其溝底高程可不一致，植草溝寬度也可根據(jù)設(shè)計美觀需要進(jìn)行變化。500mm厚種植土主要用于植被的生長土壤層，從溝底向溝岸可依次設(shè)計濕生植物、半濕生植物和旱生植物。50mm厚粗砂過濾層由潔凈粗砂拌制而成，不摻加水泥、石灰等膠結(jié)料。100mm厚透水層由珍珠巖、蛭石、陶粒、石英砂等中一種或多種使用黏結(jié)劑制成，主要用于凈化和滲透雨水。無紡布用于覆蓋100mm厚透水層，主要作用是防止泥土、灰塵等進(jìn)入下層，保護(hù)下層的過濾、排水功能。經(jīng)改良的砂性土壤層是將300～500mm厚的素土層用中粗砂拌和并適當(dāng)壓實，形成既具有一定強度又能滲透雨水的結(jié)構(gòu)層。

圖9植草溝結(jié)構(gòu)剖面圖

該方案是運用LID技術(shù)探索出的一種海綿城市雨洪調(diào)節(jié)和管理的景觀綠地設(shè)計方法，主要用于城市園林綠地的設(shè)計與施工中。本方案結(jié)構(gòu)簡單，可有效排除園路滯留的雨水，并可收集、儲存綠地的雨水，通過改良道路和綠地的下墊層透水率，以增加土壤含水率，補充地下水資源。結(jié)合綠地道路設(shè)計路邊植草溝，可快速排除園路路面的雨水，進(jìn)一步削減暴雨徑流量、降低瞬時洪峰流量，緩解暴雨時市政雨水管道的排水壓力。

5 結(jié)語

海綿城市的構(gòu)建離不開雨洪的管理和利用。在城市水資源短缺，而城市內(nèi)澇又特別突出的環(huán)境下，合理管理和利用雨水資源就顯得尤為重要。本文從海綿城市的微觀層面，運用LID設(shè)計手法，從城市車行道路和綠地道路2個方面出發(fā)，提出了一種收集利用雨水的設(shè)計方法。此方案的實施為城市道路設(shè)計提供了新的技術(shù)支持，為解決城市雨水環(huán)境問題，促進(jìn)海綿城市的構(gòu)建提供了寶貴的理論和實踐指導(dǎo)。