黃思婷，陳立航，李順群,2，張磊

（1.天津城建大學(xué)土木工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市軟土特性與工程環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384）

1 引言

近幾十年來，中國城鎮(zhèn)化速度迅速加快，截至2016年，中國城鎮(zhèn)化率已達(dá)到57.35%?？焖俚某擎?zhèn)化發(fā)展導(dǎo)致城市下墊面發(fā)生顯著變化，諸如城市地面硬化，濕地綠化面積縮減，可用水資源減少等。為了應(yīng)對上述問題，建設(shè)“自然積存、自然滲透、自然凈化[1]”的海綿城市理論正式提出。

低影響開發(fā)（LID）雨水系統(tǒng)構(gòu)建[2]是指運(yùn)用海綿城市理念將城市建設(shè)成為具有吸收、凈化、儲存雨水集一體的海綿式特性的城市。建設(shè)海綿城市是有效解決城市內(nèi)澇災(zāi)害、熱島效應(yīng)、水資源緊缺等一系列問題的方法。從使用功能不同可將現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施分為四個單元，即生產(chǎn)生活建筑區(qū)、城市綠地、城市道路、市政管網(wǎng)，各單元之間雨水聯(lián)系如圖1。

圖1 城市基本單元之間的水利聯(lián)系

城市排放消散雨水的重點(diǎn)是加強(qiáng)城市各單元水利之間的相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)，其中城市道路與濕地綠化區(qū)是城市雨水處理體系中最重要的兩個環(huán)節(jié)，加強(qiáng)城市道路與濕地綠化區(qū)的透水性是解決城市雨水處理問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

本文對城市道路與濕地綠化區(qū)進(jìn)行了透水性改造，加強(qiáng)協(xié)調(diào)城市各功能單元之間的水利聯(lián)系，統(tǒng)籌好各城區(qū)的雨水資源管理及再利用問題，進(jìn)而為推動構(gòu)建綠色統(tǒng)一的海綿城市提供參考。

2 城市道路LID設(shè)計

凝土路緣石代替?zhèn)鹘y(tǒng)路緣石。路面采用透水鋪裝，路基底部鋪裝透水帶，加大道路透水性。行車道路鋪裝層剖面圖如圖2所示。

2.1 城市道路LID設(shè)計原則

傳統(tǒng)道路鋪裝設(shè)計存在路面透水性差、地表徑流量大的缺點(diǎn)，且道路排水主要依靠市政網(wǎng)管，這種排水設(shè)計方式將污染嚴(yán)重的道路雨水直接排入河道，污染城市水體。此外，點(diǎn)式雨水口收集地表雨水易產(chǎn)生路邊積水[3]，當(dāng)降雨峰值高于市政網(wǎng)管峰值排水量時，加重了市政網(wǎng)管排水體系的壓力。同時，雨水通過管道排出將無法存留，不利于緩解熱島效應(yīng)、雨島效應(yīng)及城市用水短缺等問題。因此，本文基于海綿城市理論對城市道路進(jìn)行設(shè)計改造。

城市道路LID設(shè)計需要遵從以下三個原則：①城市道路排水設(shè)計應(yīng)根據(jù)區(qū)域排水規(guī)劃、道路設(shè)計和沿線地形環(huán)境條件，綜合考慮道路排水方式；②道路的地面水必須采取可靠的措施，迅速排除；③城市道路排水設(shè)計重現(xiàn)期、徑流系數(shù)等設(shè)計應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)《室外排水設(shè)計規(guī)范》[4]執(zhí)行。

2.2 城市行車道路LID設(shè)計

城市行車道路LID設(shè)計重點(diǎn)是加大道路透水性，并將積存雨水引排到綠地區(qū)域。為了增強(qiáng)道路透水性，對部分城市道路的鋪裝進(jìn)行了改進(jìn)，即采用透水混

圖2 行車道路透水鋪裝剖面

透水層與承載儲水層之間鋪設(shè)具有過濾功能的土工布，儲水設(shè)備用于儲存雨水，取水管用于抽取雨水，完成雨水的再利用。表1為鋪裝層數(shù)據(jù)信息。

2.3 人行道路LID改造

街道及公園的人行道路以路面和路基透水性改造為主。具體人行道路鋪裝結(jié)構(gòu)如圖3所示。

路面采用透水磚鋪裝，上層可鋪設(shè)裝飾層，提升透水人行道路的美觀性。為了解決透水磚鋪裝道路路面溢水問題，路基以建筑垃圾填充，既能滿足承載力要求，又滿足提升人行道路透水性要求，還滿足綠色可持續(xù)的環(huán)保理念要求。人行道路鋪裝中滲透孔、砂石滲井、排水管道、擋土墻的構(gòu)成數(shù)據(jù)如表2所示。透水磚以粗骨料混凝土制成，路面與路基之間用級配砂礫石找平，礫石層起承載儲水作用。

通過城市道路透水性改裝，有效減小城市道路的徑流系數(shù)，提高了雨水滲透量。一方面補(bǔ)給了地下水源，有效的應(yīng)對城市用水緊張問題；另一方面減輕了城市內(nèi)澇災(zāi)害問題，城市熱島效應(yīng)得以緩解，而且對道路有較好的保護(hù)，使路面不被雨水侵蝕而產(chǎn)成裂縫、變形的后果[5]。有效的將雨水轉(zhuǎn)化為可控、可利用資源，維持城市水利資源循環(huán)利用。

圖3 人行道路透水鋪裝結(jié)構(gòu)

人行道路鋪裝構(gòu)件數(shù)據(jù) 表2

3 城市綠地LID改造

3.1 城市綠地在構(gòu)建海綿城市中的內(nèi)涵

城市綠地作為城市生態(tài)系統(tǒng)中僅存的保留有水氣循環(huán)功能的組成部分，對改善城市生態(tài)環(huán)境，削減地表徑流流量、水質(zhì)污染，增強(qiáng)土壤滲透性，減輕土壤的侵蝕，回補(bǔ)地下水具有重要作用[6]。城市綠地分為六大類型：公共綠地、居住區(qū)綠地、交通綠地、附屬綠地、生產(chǎn)防護(hù)綠地、市區(qū)或郊區(qū)的風(fēng)景區(qū)綠地[7]。城市綠地作為海綿城市構(gòu)建的重要組成部分，在調(diào)控城市雨水利用方面發(fā)揮著“彈性”作用[8]，在降水充沛的夏季，城市綠地吸收、凈化、儲存雨水。在旱季，又能把儲存的雨水加以利用，緩解城市內(nèi)澇、水資源短缺、熱島效應(yīng)等問題。通過加大地面滲透性，達(dá)到消除地面積水的目的，而且城市綠地作為儲存雨水的“天然的水庫”，起著凈化水質(zhì)、涵養(yǎng)水源的作用。雨水補(bǔ)給城市綠地通過兩個渠道，一種是從地表直接下滲補(bǔ)給，雨水直接降落到城市綠地表面，滲透到地下補(bǔ)給水源；另一種是通過地下透水層或管道補(bǔ)給，城市其他功能單元滲透吸收的雨水通過地下的透水層補(bǔ)給到城市綠地。

事實(shí)證明，建設(shè)城市綠地是解決城市雨水資源利用不均衡的有效途徑。因此對城市現(xiàn)有綠地設(shè)計建設(shè)的重點(diǎn)是增加城市綠地面積、加大地表滲透性、選配合適的植被配置類型、增強(qiáng)綠地貯水能力等。對應(yīng)不同類型的城市綠地，應(yīng)采取不同的措施，將更多的雨水儲存下來，建立起以城市綠地為中心的“儲水單元”，再以管道連接城市各綠地，達(dá)到城市各區(qū)域的雨水資源協(xié)調(diào)平衡的目的。

3.2 綠地改造原則

城市綠地作為城市吸收涵養(yǎng)水源主體，對于維持城市水文地質(zhì)穩(wěn)定具有重要作用。綠地改造的目的是吸收降水、凈化水質(zhì)、涵養(yǎng)水源、實(shí)現(xiàn)雨水的再利用。對城市綠地的改造應(yīng)基于原有的綠地基礎(chǔ)，加裝透水構(gòu)件，增大雨水在濕地地區(qū)的滲透速度，滲透水量，控制區(qū)域水分蒸發(fā)量，將城市綠地打造為城市的儲水單元，最大限度的利用降水資源。城市綠地改造即追求增大透水性的改裝，又不能破壞原有生態(tài)，即滿足水量上要削峰、水質(zhì)上要減污、雨水資源要利用[9]的要求。

3.3 公園綠地（針對城市大小不同，綠地大小不同）

公園綠地在城市綠地中單體占地面積最大，植被種類最多，且對城市生態(tài)系統(tǒng)有著極其重大的影響。具有一定的水質(zhì)凈化能力、儲水能力、城市生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)能力、增強(qiáng)城市美觀性等特點(diǎn)[10]。

現(xiàn)有公園綠地建設(shè)成功案例，如圖4的哈爾濱群力雨洪公園、香港濕地公園、美國波特蘭的坦納斯普林斯公園[11]等，對公園綠地的設(shè)計改造有很大的借鑒價值：①公園綠地具有較低的海拔高度，利于收集儲存雨水；②公園綠地具有高于非綠地地表的滲透能力；③公園綠地具有一定的水質(zhì)凈化能力；④公園綠地采用相應(yīng)的透水鋪裝，如透水磚、透水混凝土、砂石、鵝卵石等，主要用于景觀道路、廣場、配套建筑場區(qū)等裸露地面鋪裝，如圖5所示；⑤公園綠地將地表設(shè)置為凹凸形式，相對于地表為平面的綠地，具有凹凸地表的綠地具有更大的雨水接觸面積，在地面具有相同滲透性的情況下，地表凹凸的綠地具有更大的滲透量；⑥公園綠地配置合適的植被與樹木[12]，在公園綠地坡面種植具有滯水能力的低矮植被，如草坪、低矮的灌木等，有利于減緩徑流速度，增大雨水徑流時間和徑流距離，增大雨水下滲面積和下滲時間。在溝谷處種植具有儲水能力的植被，如高大的喬木，加裝砂石滲井等滲水構(gòu)件，加大地表滲透性，提高雨水的滲透速度。設(shè)計公園綠地效果如圖6。

3.4 交通綠地（用于機(jī)動車輛行走的道路占城市面積多少）

基于海綿城市設(shè)計，交通綠地（人工綠帶化）除了發(fā)揮美觀功效外，還應(yīng)具有一定的雨水收集、處理、儲存作用。為滿足海綿城市建設(shè)中對于雨水凈化、收集、儲存等要求，對交通綠地進(jìn)行如圖7設(shè)計。

圖4 哈爾濱群力雨洪公園

圖5 公園綠地景觀道路

圖6 公園綠地效果圖

如圖，設(shè)計中交通綠地由植被土層、生物滯留層、滲透層、砂石滲井、地下儲水設(shè)備、輸水管道等構(gòu)成。依照現(xiàn)有研究[13]，下凹式綠地是提升雨水收集能力最有效的設(shè)計形式，故交通綠地采用下凹式綠地設(shè)計。設(shè)計中植被土層厚度400mm～600mm；生物滯留層可由細(xì)沙填充，生物滯留帶對雨水起著凈化、阻截生物碎屑等大顆粒物體進(jìn)入、防止堵塞滲透層的作用，厚度100mm～150mm；滲透層采用級配砂石填充，厚度100mm～150mm，起到透水、集水的作用；生物滯留層與滲透層之間鋪設(shè)土工布，砂石滲井采用混凝土砂石滲井[14]，加大植被層的滲透能力。地下儲水設(shè)施用來儲存和利用降水資源。設(shè)置輸水管道，抽取收集的雨水用于市政綠化灌溉。

圖7 交通綠地設(shè)計形式

3.5 居住區(qū)綠地（海綿城市和小區(qū)結(jié)合起來，比如芯柱體放置深度）

城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展使得大量的建筑屋面和硬化路面代替了原來能夠涵養(yǎng)水源的自然地面，天然的排水方式和排水格局發(fā)生了極大變化，改變了城市水循環(huán)過程，從而改變了天然狀態(tài)下的水文機(jī)制[15]。依照“海綿城市”理論對城市居住區(qū)綠地進(jìn)行改造，注重加大居住區(qū)屋頂和混凝土鋪裝地面的雨水排放與收集，著重處理收集雨水的凈化、儲存、再利用等方面的問題。

城市居住區(qū)雨水處理主要以管網(wǎng)收集為主，設(shè)計形式如圖8所示。主要由雨水收集、過濾池、雨水檢查管、雨水儲集池、水泵、非飲用水利用管構(gòu)成。雨水收集管用于收集屋頂及裸露硬化地面的雨水，過濾池用于凈化雨水水質(zhì)，雨水儲集池用于儲存凈化后的雨水，雨水檢查管用于檢查凈化后雨水水質(zhì)，水泵與出水管用于雨水的再利用。

4 城市各區(qū)域的水利聯(lián)系

城市區(qū)域建設(shè)各自為政，缺少溝通聯(lián)系是海綿城市建設(shè)過程中一個突出問題，這不僅導(dǎo)致海綿城市建設(shè)和改造進(jìn)程緩慢、區(qū)域不協(xié)調(diào)、資金浪費(fèi)與改造不徹底等問題，而且極易加劇人類生存與城市現(xiàn)有環(huán)境不適應(yīng)的固有矛盾。因此構(gòu)建統(tǒng)一協(xié)調(diào)的海綿城市建設(shè)和改造機(jī)制是及其必要的。

圖8 居住區(qū)雨水收集利用系統(tǒng)示意

城市因其固有性質(zhì)的差異，諸如滲透能力、雨水儲存能力的差異導(dǎo)致水資源分布不均，部分區(qū)域滲透能力弱，地表徑流量大，易形成城市內(nèi)澇災(zāi)害。因此，應(yīng)采取措施將這些區(qū)域的雨水轉(zhuǎn)移儲存到滲透能力強(qiáng)的區(qū)域。解決這一問題的重點(diǎn)是要加強(qiáng)城市各區(qū)域的水利聯(lián)系，以均衡雨水資源。具體實(shí)施方法應(yīng)以管道輸送為主，構(gòu)建城市區(qū)域管道輸送體系，分擔(dān)城市總雨水處理壓力，達(dá)到控制雨水、利用雨水的目的。

5 結(jié)論

海綿城市建設(shè)的目的是將雨水轉(zhuǎn)化為有利于人類的資源，解決人類生存與城市環(huán)境不適應(yīng)問題。海綿城市建設(shè)應(yīng)從“軟”“硬”兩個方面著手?！坝病笔侵赋鞘袘?yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造，使城市有能力吸收雨水、儲存雨水、利用雨水；“軟”是指城市應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域聯(lián)系，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)區(qū)域之間水利聯(lián)系，做到雨水資源的合理分配，以期實(shí)現(xiàn)城市對雨水自然積存、自然滲透、自然凈化的要求。