王永華，張 明

(1.合肥志誠工程設(shè)計咨詢有限公司，安徽，合肥 230088；2.安徽工程大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

近年來，隨著氣候環(huán)境的變化，暴風(fēng)雨等極端天氣頻發(fā)，強降雨導(dǎo)致城市內(nèi)澇，交通局部癱瘓，“城市看?！爆F(xiàn)象時有發(fā)生，破壞了城市水生態(tài)和水環(huán)境，甚至危及人民群眾生命財產(chǎn)安全。實踐證明，按照傳統(tǒng)模式建成的城市排水體系已無法滿足城市發(fā)展需要，引進低影響開發(fā)(Low Impact Development,LID)理念，優(yōu)化城市排水系統(tǒng)設(shè)計勢在必行。

1 國內(nèi)外城市雨水管理研究應(yīng)用進展

1.1 國外城市雨水管理研究應(yīng)用進展

西方國家早在20世紀初就開始研究城市雨水管理系統(tǒng)，經(jīng)歷了早期、點源治理和暴雨管理等階段。德國開發(fā)的“洼地-滲渠”雨水管理系統(tǒng)，是將雨水在低洼草地上儲存一段時間，或在滲渠中長期儲存，使得水分可以充分下滲；美國研制的“Leaky Areas”地下回灌系統(tǒng)主要是增加雨水天然入滲能力。城市下墊面的改變，導(dǎo)致雨水徑流量增大。國外相繼提出了一系列雨水管理模式，詳細如表1所示。由表1可知，20世紀90年代，美國提出“低影響開發(fā)(LID)”理念，在馬里蘭州成功實踐后，很快被世界各國廣泛應(yīng)用。LID理念旨在尊重自然，盡可能恢復(fù)開發(fā)區(qū)域原有水文狀況，最大限度地減少城市開發(fā)建設(shè)對自然環(huán)境的破壞，尋求城市建設(shè)與環(huán)境保護的平衡。

表1 國外雨水管理模式對比分析

1.2 國內(nèi)城市雨水管理研究應(yīng)用進展

在我國低影響開發(fā)理念被提出相對于發(fā)達國家較晚。近年來，我國城市化進程步伐加快，城市下墊面大幅硬化，導(dǎo)致雨水洪峰流量增加、徑流系數(shù)增大、面源污染負荷加重，內(nèi)澇頻發(fā)，環(huán)境短板問題凸顯。因此，2011年，國家將LID列為“十二五”水專項重大課題進行研究；2013年，國務(wù)院發(fā)布通知要求以低影響開發(fā)為基礎(chǔ)進行洪澇治理，強調(diào)LID建設(shè)的重要性、必要性和緊迫性；2014年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《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)》，明確海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)要求；2015年，遴選了16座城市作為全國首批海綿城市建設(shè)試點市。目前，我國海綿城市建設(shè)已有不少成功案例，建成后的海綿設(shè)施在暴雨管理、內(nèi)澇防治、面污染控制及生態(tài)環(huán)境修復(fù)等方面發(fā)揮了積極作用。然而，國內(nèi)應(yīng)用研究還處在LID單一措施適建性模擬上，特別是在市政道路排水系統(tǒng)建設(shè)契合度上尚有較大改善和提高空間。

2 LID理念優(yōu)化道排設(shè)計技術(shù)路線

在市政道路排水工程設(shè)計中引進LID理念，降雨時既能有效削減地表徑流、控制面源污染、回補地下水，又能對部分雨水進行收集、凈化和利用。人行道上層鋪設(shè)透水步道磚，車行道上層鋪設(shè)新型透水性材料，機動車道兩側(cè)設(shè)置截污式環(huán)保型雨水口，機非、人非隔離帶設(shè)置下沉式綠地和生態(tài)樹池，超量雨水通過開孔路緣石排入下沉式綠地，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 市政道路LID理念優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用技術(shù)路線圖

3 引進LID理念優(yōu)化宣城市凌陽路排水工程設(shè)計

市政道路通常包括機動車道、非機動車道、人行道和綠化帶等部分。傳統(tǒng)道路設(shè)計路面不透水，綠化帶高于路面，降雨路面容易積水，暴雨極易產(chǎn)生內(nèi)澇；初期雨水直排受納水體，還會造成面源污染。因此，市政道路設(shè)計時必須在滿足市政道路功能的前提下，將低影響開發(fā)理念嵌入道路設(shè)計中。

設(shè)計時在充分考慮宣城市所處地理位置、氣象氣候、凌陽路沿線及周邊地形、地貌、水文地質(zhì)、自然環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟多方案比選論證后確定：①機動車道兩側(cè)設(shè)計截污式環(huán)保型雨水口；②人行道路面設(shè)計透水鋪裝；③車行道上層采用透水瀝青等新型材料；④人行道與非機動車道之間設(shè)生態(tài)樹池，樹池間及機非車道間均設(shè)下沉式綠地，下沉式綠地內(nèi)設(shè)溢流井；⑤路緣石改成開孔立緣石；⑥路幅總寬按照60 m設(shè)計，沿中心線對稱布置12.5 m(機動車道)+6 m(下沉式綠地)+5 m(非機動車道)+3 m(生態(tài)樹池及下沉式綠地)+3.5 m(人行道)。道路橫斷面及LID設(shè)施布置如圖2所示。

3.1 人行道設(shè)計

傳統(tǒng)人行道設(shè)計采用不透水路面，無法實現(xiàn)地下水有效補給，下雨時容易產(chǎn)生濕滑和積水，影響人行道舒適性，還會引發(fā)熱島效應(yīng)，加上雨水長期沖刷、腐蝕路面，導(dǎo)致道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性易遭破壞，威脅交通安全。按照LID理念設(shè)計能有效調(diào)節(jié)路面的濕度和溫度，涵養(yǎng)地下水源，保障通行安全，降低噪聲污染。因此，凌陽路設(shè)計時選用透水系數(shù)≥2.0×10cm/s、抗壓強度≥30 MPa、抗折強度≥3.5 Mpa、防滑性能(BPN)≥65、保水率≥0.6 g/cm、外觀質(zhì)量、力學(xué)與物理性能符合《透水路面磚和透水路面板》(GB/T25993-2010)及《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T188-2012)要求的節(jié)能環(huán)保型透水步道磚。人行道透水鋪裝效果圖以及人行道透水鋪裝結(jié)構(gòu)圖分別如圖3、圖4所示。下雨時雨水自然下滲，超量雨水沿人行道2%橫坡排入人非隔離帶(下沉式綠地)；為了便于排水，人行道縱坡設(shè)計控制在2.5%以下，路拱橫坡控制在1.0%～2.0%之間，若路基土壤透水性差，則在基層設(shè)計DN50-150排水管。

圖2 凌陽路道路橫斷面圖(單位：mm)

圖3 人行道透水鋪裝效果圖 圖4 人行道透水鋪裝結(jié)構(gòu)圖

3.2 車行道設(shè)計

車行道設(shè)計是保證行車安全的首要環(huán)節(jié)。凌陽路車行道豎向設(shè)計分為上層、中層和基層，上層采用的是40～60 mm粒式透水瀝青混凝土，中層采用密實型瀝青混凝土，基層和中層之間布設(shè)非透水性材料，防止雨水侵蝕路基；縱坡設(shè)計控制在0.3%～6%，路拱橫坡控制在1%～1.5%，便于雨水徑流快速排入雨水口和下沉式綠地；雨水口選用截污式環(huán)保型雨水口，間距布置在50 m以內(nèi)，起到快速收集初期雨水，攔截固體雜質(zhì)作用；雨量增大，雨水徑流穿過開孔路緣石排入下沉式綠地。

3.3 下沉式綠地設(shè)計

下沉式綠地既能緩解行車視覺疲勞，又能凈化空氣、美化環(huán)境，還能吸納地表徑流，過濾凈化雨水，涵養(yǎng)水源，回補地下水。按照LID理念，將綠化帶建成天然蓄水池，改善綠地土壤結(jié)構(gòu)成分，保障濾水效果和水資源高效利用。凌陽路機非車道間設(shè)置6 m寬下沉式綠地為隔離帶；人行道與非機動車道間設(shè)置行道樹和行道樹之間的下沉式綠地作為隔離帶。綠地下沉深度根據(jù)植物耐淹性能和土壤滲透性能確定，通常為5～20 cm。綠地上層鋪設(shè)適合植被生長、厚度為20～50 cm的種植土；中層采用40 cm碎石換填；下層可鋪設(shè)輸水管。

下沉式綠地設(shè)滲透溢流井(或溢流管)，溢流口高度位于路面與綠地之間，超標(biāo)積水自流進入溢流井(或溢流管)，排入市政雨水管。滲透溢流井可下滲雨水，回補地下水。綠植應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮?、氣候、土壤及周邊環(huán)境和景觀要求等條件，因地制宜，合理選擇。

3.4 附屬設(shè)施設(shè)計

(1)生態(tài)樹池。凌陽路將傳統(tǒng)行道樹樹池設(shè)計成生態(tài)樹池，有助于修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，改善生態(tài)環(huán)境。樹池平面設(shè)為方形，邊長不小于1.5m，樹池內(nèi)種植土下凹，便于雨水向樹池匯集、儲存和滲透。樹池之間設(shè)計下沉式綠地，如圖5所示。

圖5 生態(tài)樹池及下沉式綠地剖面圖(單位：mm)

(2)路緣石。路緣石通常是設(shè)在路面與其他構(gòu)造物之間的標(biāo)石，在城市道路分隔帶與路面之間、分隔帶邊緣、行車道右側(cè)邊緣常需設(shè)路緣石。

凌陽路按新型開孔路緣石設(shè)計，外型尺寸為矩形，長、寬、厚分別為75 cm×35 cm×12.5 cm，上層為厚6.5 cm普通混凝土，下層為厚6 cm多孔混凝土復(fù)合澆筑而成，背面外側(cè)沿長度方向設(shè)5 cm×3 cm貫通內(nèi)凹缺口孔涵，作用是將地表徑流引入水池，澆灌花木，積蓄雨水，節(jié)約水資源。

(3)截污式環(huán)保型雨水口。凌陽路雨水口設(shè)計成截污式環(huán)保雨水口，該雨水口分為截污間和溢流間，其中，截污間主要是存儲初期雨水、攔截樹枝落葉等雜質(zhì)，減小雨水面源污染對受納水體影響，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

4 LID理念應(yīng)用效果評價

4.1 徑流系數(shù)

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)》，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?、水文及凌陽路下墊面等實際，合理選取徑流系數(shù)。

按照傳統(tǒng)方式設(shè)計，人行道和車行道均不透水，樹池間不設(shè)綠化帶，機非分隔帶綠化帶高出路面10～20 cm，則人行道(包括行道樹)和車行道徑流系數(shù)取0.9，年徑流總量控制率為10%；綠化帶徑流系數(shù)取0.5，年徑流總量控制率為50%。

按照LID理念設(shè)計，人行道徑流系數(shù)取0.35，年徑流總量控制率為65%；下沉式綠地(包括生態(tài)樹池)徑流系數(shù)取0.25，年徑流總量控制率為75%；車行道徑流系數(shù)取0.8，年徑流總量控制率為20%。

圖6 截污式環(huán)保型雨水口(單位：mm)

4.2 雨水綜合控制率

(1)傳統(tǒng)方式設(shè)計。雨水綜合控制率為

(10%×3.5+10%×3+10%×5+50%×6+10%×12.5+10%×12.5+50%×6+10%×5+10%×3+10%×3.5)/60=18%。

(2)應(yīng)用LID理念設(shè)計。雨水綜合控制率為

(65%×3.5+75%×3+20%×5+75%×6+20%×12.5+20%×12.5+75%×6+20%×5+75%×3+65%×3.5)/60=41.75%。

凌陽路排水系統(tǒng)設(shè)計采用透水鋪裝、生態(tài)樹池、下沉式綠地、滲透溢流井、截污式環(huán)保型雨水口等LID設(shè)施后，市政道路徑流控制率由傳統(tǒng)方式設(shè)計的18%提高到41.75%，減少了道路紅線范圍內(nèi)的外排徑流量，降低了初期雨水對受納水體的污染。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)是“以排為主”，而LID理念則是建設(shè)生態(tài)排水系統(tǒng)，防控城市洪澇災(zāi)害、控制面源污染、綜合利用雨水資源。凌陽路建成后分析表明，市政道路排水工程設(shè)計引進低影響開發(fā)理念，不僅有效降低外排徑流量，充分利用雨水資源，涵養(yǎng)地下水源，緩解熱島效應(yīng)，而且實現(xiàn)了面源污染控制，改善了城市的生態(tài)環(huán)境。