朱潤(rùn)田，張小明，陳 旺，萬(wàn)正武，鄭木蓮

(1.珠海鶴港高速公路有限公司，廣東 珠海 519000；2.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

0 引言

隨著城市化的快速發(fā)展，繁重的交通加大了對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施的需求。而城市道路普遍采用不透水路面，使得在暴雨發(fā)生時(shí)城市可能因排水不暢產(chǎn)生內(nèi)澇[1]。鑒于此，有關(guān)專(zhuān)家學(xué)者提出建設(shè)“海綿城市”，重點(diǎn)體現(xiàn)“自然”的建設(shè)理念。透水路面作為一種低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)(LID)，已成為實(shí)現(xiàn)“海綿城市”的重要手段之一[2]。通常，透水路面結(jié)構(gòu)體系包含表面層和基層，表面層可由孔隙率大、高滲透性的透水瀝青混合料(PAM)或透水水泥混凝土(PCC)組成，采用粗骨料形成的基層結(jié)構(gòu)，具有臨時(shí)儲(chǔ)存功能，減少?gòu)搅鞯膬?yōu)點(diǎn)[3]。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，透水路面已經(jīng)成為一種用于徑流雨水控制的廣泛使用的技術(shù)，因其不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型對(duì)徑流雨水不同的控制指標(biāo)作用效果(如徑流深度，徑流峰值，產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)等)存在差異而受到了廣泛的研究。

通常，主要采用兩種方法開(kāi)展徑流削減研究，包括徑流模型的建立和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)[4]。李陽(yáng)等[5]基于SWMM模型分析了綠化屋頂、透水路面和下凹式綠地共3種措施對(duì)城市徑流量的減少效果，結(jié)果表明透水路面對(duì)徑流量有顯著的削減效果。Xie等[6]采用SWMM模擬了江蘇一個(gè)村落的地表徑流，并分析不同降雨重現(xiàn)期下透水路面的作用效果，結(jié)果表明組合系統(tǒng)(透水路面+植草)在削減徑流方面比單一系統(tǒng)更加有效。Jose等[7]發(fā)現(xiàn)全透型路面對(duì)地表徑流以及徑流峰值的減少影響很大，但對(duì)補(bǔ)充地下水的作用小。趙沛等[8]在居民區(qū)中鋪設(shè)透水鋪裝后對(duì)雨水徑流效果模擬，發(fā)現(xiàn)透水路面對(duì)該區(qū)域產(chǎn)流時(shí)間、徑流總量削減以及推遲徑流峰值時(shí)刻具有重要作用。夏遠(yuǎn)芬等[9]對(duì)南京某小區(qū)進(jìn)行透水鋪裝徑流削減效果研究，該小區(qū)為新建小區(qū)，其中路面有25%的面積采用透水鋪裝。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)采用透水鋪裝后，該小區(qū)在降雨時(shí)雨水徑流深度每年減少了108.44 mm。

綜上所述，當(dāng)前研究人員側(cè)重于慢行系統(tǒng)的透水路面，且常把透水路面和各類(lèi)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施(如植草溝、生物滯留池、綠色屋頂?shù)?組合，并研究整套低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施對(duì)雨水徑流控制效果。單獨(dú)針對(duì)城市道路車(chē)行道典型透水路面結(jié)構(gòu)的徑流控制效果未見(jiàn)系統(tǒng)研究。為此，本研究通過(guò)廣泛調(diào)研總結(jié)出我國(guó)典型海綿城市的透水鋪裝結(jié)構(gòu)，以西安市為例，采用SWMM建立模型，根據(jù)西安地區(qū)降雨條件，改變降雨重現(xiàn)期，模擬不同典型透水鋪裝結(jié)構(gòu)對(duì)道路徑流總量、徑流峰值、峰值時(shí)刻、產(chǎn)流時(shí)刻、徑流時(shí)長(zhǎng)以及徑流系數(shù)的控制效果，為海綿城市透水鋪裝的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供依據(jù)。

1 SWMM模型構(gòu)建

1.1 研究區(qū)域概況

采用SWMM建立徑流模型，研究區(qū)域?yàn)槲靼彩形飨绦聟^(qū)的一條雙向兩車(chē)道的支路，道路長(zhǎng)度為146 m，寬為20 m，道路橫坡為1.5%。該區(qū)域由車(chē)道、自行車(chē)道、綠化帶和人行道組成，總面積為2 920 m2(圖1和圖2)，行車(chē)道為本次研究的研究對(duì)象，面積為1 752 m2，占總面積的60%。整個(gè)研究區(qū)域被劃分為14個(gè)匯水區(qū)，包含14個(gè)節(jié)點(diǎn)和1個(gè)排水管出口。分別在SWMM中設(shè)定表層排水型、基層儲(chǔ)排水型以及全透型等不同鋪裝結(jié)構(gòu)，隨后進(jìn)行徑流控制效果模擬，并與未進(jìn)行透水鋪裝改造的道路進(jìn)行對(duì)比。

圖1 研究區(qū)域道路橫斷面圖 (單位：cm)Fig.1 Road cross-section in study area (unit：cm)

1.2 模型參數(shù)的選擇

SWMM中提供了3種模型計(jì)算徑流滲入能力，包括霍頓(Horton)模型、格林-安普特(Green-Ampt)模型、徑流曲線(xiàn)數(shù)值(SCS)模型。其中，Horton模型積累了比較多的可靠性參數(shù)，同時(shí)適用于地質(zhì)參數(shù)較少及各種地面下滲情況；Green-Ampt模型參數(shù)的物理意義明確，但適用于能夠提供經(jīng)驗(yàn)性參數(shù)的地區(qū)；SCS模型假設(shè)透水層的總下滲能力可從透水層數(shù)值曲線(xiàn)獲得，適用于土壤入滲計(jì)算[11]。上述SWMM的下滲模型用于透水路面徑流模擬已得到眾多學(xué)者的校正和檢驗(yàn)，模型中使用的各類(lèi)參數(shù)應(yīng)用較為成熟，且得到了廣泛的應(yīng)用[10-11]。考慮多種國(guó)外模型的適用性，鑒于本研究選取西咸新區(qū)數(shù)據(jù)六路其中一段，屬于新建地區(qū)路段，地質(zhì)資料較少，因此本研究選擇霍頓方程進(jìn)行下滲水量的計(jì)算分析。此外，本研究在計(jì)算降雨過(guò)程中，考慮到降雨變化規(guī)律，選擇分鐘為時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，因此選取運(yùn)動(dòng)波法進(jìn)行計(jì)算。采用非線(xiàn)性水庫(kù)法用于地表徑流的計(jì)算，即聯(lián)合求解SWMM中的連續(xù)性方程和曼寧公式。

在SWMM模型的水文模塊中，相應(yīng)的參數(shù)包括雨量計(jì)和LID控制設(shè)置。首先，選擇Horton滲透模型，并選擇運(yùn)動(dòng)波來(lái)描述徑流模型。其次，添加雨量計(jì)，時(shí)間序列是基于芝加哥降雨模型計(jì)所得。最后，在LID設(shè)施子模塊中輸入透水鋪裝各層的參數(shù)。每一種透水鋪裝都需要輸入面層、透水鋪裝、儲(chǔ)存3層參數(shù)。相關(guān)參數(shù)取值范圍見(jiàn)表1[12]。

表1 水文參數(shù)的取值范圍Tab.1 Value ranges of hydrological parameters

1.3 暴雨強(qiáng)度設(shè)計(jì)

本研究使用SWMM時(shí)，輸入的降雨數(shù)據(jù)是基于西安市最新的暴雨強(qiáng)度公式(公式1)計(jì)算產(chǎn)生。

q=16.71(1+1.165 81gP)/(t+16.813)0.930 2,

(1)

式中，q為降雨強(qiáng)度；P為降雨復(fù)發(fā)期；t為降雨時(shí)長(zhǎng)；這些各項(xiàng)參數(shù)是基于西安暴雨的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)比較不同頻率分布得到[13-14]。

根據(jù)西安市實(shí)際降雨量，選取降雨重現(xiàn)期為1，2，3，5,10，20和50 a。降雨持續(xù)時(shí)間為120 min，時(shí)間步長(zhǎng)為1 min。由于芝加哥降雨模型對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)要求低，易于模擬降雨強(qiáng)度過(guò)程，利用方便，故采用峰值比為0.4。不同重現(xiàn)期降雨強(qiáng)度序列如圖2(a)所示，累積降雨量如圖2(b)所示。

圖2 降雨模擬結(jié)果Fig.2 Rainfall simulation result

由圖2可知，重現(xiàn)期1，2，10，20和50 a 均在48 min達(dá)到了最大降雨強(qiáng)度，雨峰強(qiáng)度分別為72.5，97.9,131.6,157,182.4 和216.1 mm/min，總降雨量分別為20.7，28,37.6,44.8,52.1 和61.7 mm。

1.4 不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定

LID的參數(shù)應(yīng)根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的透水鋪裝選擇，所選取的各個(gè)結(jié)構(gòu)層厚度均為代表值[15-16]。通過(guò)對(duì)典型地區(qū)的表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研和總結(jié)，提出了3種典型結(jié)構(gòu)：表層排水型、基層儲(chǔ)排水型和全透水型鋪裝。

表層排水鋪裝包括4種結(jié)構(gòu)，分別為單層排水型透水瀝青結(jié)構(gòu)(SPAP-I)、雙層排水型透水瀝青結(jié)構(gòu)(SPAP-II)、透水水泥混凝土結(jié)構(gòu)(SPCC)、透水水泥混凝土面層加鋪透水瀝青功能層結(jié)構(gòu)(SPCC-AP)，SWMM中LID參數(shù)見(jiàn)表2[17]，其中部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。表層排水鋪裝結(jié)構(gòu)采用邊緣排水系統(tǒng)，滲入面層的雨水通過(guò)路拱橫坡排入路邊部的排水系統(tǒng)，最后匯入城市排水管網(wǎng)。在SWMM中，表層排水型透水鋪裝只有上面層或者整個(gè)面層采用透水材料，基層采用密實(shí)型材料，因此蓄水層在表層排水型透水鋪裝中參數(shù)值為0。此外，為比較透水鋪裝的徑流削減效果，本研究還構(gòu)建了普通瀝青鋪裝模型。

表2 表層排水型透水鋪裝模擬參數(shù)Tab.2 Simulation parameters of surface drainage permeable pavement

圖3 表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)Fig.3 Surface drainage permeable pavement structure

基層儲(chǔ)排水型鋪裝包括兩種透水瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)和3種透水水泥混凝土結(jié)構(gòu)，分別為基層儲(chǔ)排水型瀝青結(jié)構(gòu)(單層BPAP-I，雙層BPAP-II)，基層儲(chǔ)排水型水泥混凝土結(jié)構(gòu)(單層BPCC-I，雙層BPCC-II)，基層儲(chǔ)排水型水泥混凝土面層加鋪透水瀝青面層結(jié)構(gòu)(單層BPCC-PA-I，雙層BPCC-PA-II)，SWMM中LID參數(shù)見(jiàn)表3[17]，部分結(jié)構(gòu)如圖4所示。將圖4(a)中的整個(gè)基層用透水材料替換可形成另一種透水瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于另一種透水水泥混凝土結(jié)構(gòu)。在SWMM中，相比于表層排水型透水鋪裝，基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝多了蓄水層(相當(dāng)于透水鋪裝的基層，采用骨架空隙型穩(wěn)定類(lèi)材料或多孔混凝土B類(lèi))，在降雨發(fā)生時(shí)有短暫的蓄水作用，用來(lái)緩解較大的降雨和排水設(shè)施容積較小的關(guān)系。此外還在基層下方創(chuàng)建了封層。

表3 透水鋪裝模擬參數(shù)Tab.3 Simulation parameters of permeable pavement

圖4 基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)Fig.4 Base course storage and drainage permeable pavement structure

全透型鋪裝包括一個(gè)透水瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)和兩個(gè)透水水泥混凝土結(jié)構(gòu)，分別為全透型瀝青結(jié)構(gòu)(FPAP)，全透型透水泥混凝土結(jié)構(gòu)(FPCC)，全透型水泥混凝土上鋪瀝青層結(jié)構(gòu)(FPCC-PA)，SWMM中LID參數(shù)見(jiàn)表4[18]，結(jié)構(gòu)形式如圖5所示。與基層儲(chǔ)排水透水鋪裝相比，全透水鋪裝的路基也具有透水性。因此，水力傳導(dǎo)率的取值不為0。

表4 全透型鋪裝模擬參數(shù)Tab.4 Simulation parameters of full permeable pavement

圖5 全透型鋪裝結(jié)構(gòu)Fig.5 Full permeable permeable pavement structure

2 結(jié)果與討論

2.1 表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)對(duì)徑流削減效果

本節(jié)從總徑流深度、徑流系數(shù)、峰值時(shí)刻、徑流峰值、產(chǎn)流時(shí)刻、產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)共6個(gè)方面詳細(xì)介紹了表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)在徑流削減方面的模擬結(jié)果，如圖6所示。

圖6 不同表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)對(duì)徑流削減的影響結(jié)果Fig.6 Result of different surface drainage type permeable pavement structures on runoff reduction

2.1.1 總徑流深度

不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)徑流總深度隨重現(xiàn)期的變化如圖6(a)所示。結(jié)果表明無(wú)論在任何降雨強(qiáng)度下，透水鋪裝的總徑流深度均小于普通瀝青鋪裝的總徑流深度，其中總徑流深度的削減效果由小到大依次為：SPAP-Ⅰ

總體上，從不同表層排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)對(duì)總徑流深度的影響而言，雙層透水鋪裝從厚度和容水能力方面都優(yōu)于單層透水鋪裝，因此在表層透水鋪裝中建議選擇雙層透水鋪裝結(jié)構(gòu)。

2.1.2 徑流系數(shù)

以傳統(tǒng)瀝青鋪裝為對(duì)照組，設(shè)其徑流系數(shù)為0，徑流系數(shù)削減率定義為對(duì)照組與各類(lèi)透水鋪裝結(jié)構(gòu)徑流系數(shù)絕對(duì)差值，分別計(jì)算不同表層排水型鋪裝結(jié)構(gòu)的徑流系數(shù)削減率，見(jiàn)表5。結(jié)果表明普通鋪裝徑流系數(shù)最大且穩(wěn)定于某常數(shù)，而透水鋪裝在重現(xiàn)期變大時(shí)，徑流系數(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。SPAP-I增勢(shì)較緩，其余3種透水鋪裝在低重現(xiàn)期下增速較快，隨著重現(xiàn)期的增大，增速也變緩；SPCC-AP從P=2～5 a 時(shí)增速最快，說(shuō)明SPCC-AP鋪裝結(jié)構(gòu)在重現(xiàn)期P=2～5 a之間比較敏感，但徑流系數(shù)仍小于其余透水鋪裝。

表5 不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)的徑流系數(shù)削減率(單位:%)Tab.5 Reduction rate of runoff coefficient for different permeable pavement structures (unit:%)

2.1.3 峰值時(shí)刻

不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)徑流總深度隨重現(xiàn)期的變化如圖6(b)所示。發(fā)現(xiàn)SPAP-I只有在重現(xiàn)期P=1 a時(shí)能延遲峰值時(shí)刻，延遲效果近乎于傳統(tǒng)瀝青鋪裝重合。總體上，SPCC可將峰值時(shí)刻延遲55 min，而SPAP-II和SPCC-PA分別在重現(xiàn)期P=2 a，5 a時(shí)產(chǎn)生徑流峰值。SPAP-II，SPCC在P=50 a時(shí)與普通瀝青鋪裝上出現(xiàn)的徑流量峰值時(shí)刻相同，表明在P=50 a 時(shí)，SPAP-II，SPCC對(duì)于滯后徑流峰值時(shí)刻沒(méi)有作用。而當(dāng)重現(xiàn)期為P=5 a或更高時(shí)，隨著降雨強(qiáng)度的增加，這兩種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)流時(shí)間越來(lái)越接近。而SPCC-AP在P=1～50 a的降雨均有延遲徑流峰值的作用，表明SPCC-AP鋪裝結(jié)構(gòu)有著很好的延遲徑流峰值效果，延遲能力遠(yuǎn)高于其他表層透水結(jié)構(gòu)。

2.1.4 徑流峰值

路面徑流峰值指在一場(chǎng)降雨中，路面徑流所能達(dá)到的最大值，反映了路面上所能產(chǎn)生徑流的一個(gè)上限，不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)徑流峰值隨重現(xiàn)期的變化如圖6(c)所示。結(jié)果表明隨著降雨強(qiáng)度的增強(qiáng)，同一種鋪裝結(jié)構(gòu)洪峰流量隨之增大。在P=1 a時(shí)，透水鋪裝的徑流峰值均小于普通鋪裝，SPAP-I，SPAP-II，SPCC和SPCC-PA徑流峰值削減率分別為33.82%，100%，96.08%和100%。當(dāng)P≥2 a時(shí)，SPAP-I徑流峰值與普通瀝青鋪裝相當(dāng)。當(dāng)P=2～20 a 時(shí)，SPAP-II，SPCC和SPCC-PA均能起到較好地削減峰值的作用，這3種結(jié)構(gòu)對(duì)峰值徑流量的最大減少率分別達(dá)到了85.97%，73.38%和79.26%。而當(dāng)P=50 a時(shí)，只有SPCC-PA能降低峰值徑流量，降低率為27.81%，而其他透水鋪裝在此降雨強(qiáng)度下均不能削減徑流峰值。

2.1.5 產(chǎn)流時(shí)刻

路面產(chǎn)流時(shí)刻指在一場(chǎng)降雨中路面產(chǎn)生徑流的時(shí)間，反映了路面滲水以及儲(chǔ)存水量的能力，不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)流時(shí)刻隨重現(xiàn)期的變化如圖6(d)所示。結(jié)果表明徑流產(chǎn)生的時(shí)間均與降雨開(kāi)始時(shí)間有間隔，相較于普通瀝青鋪裝，透水鋪裝可將產(chǎn)流時(shí)刻延遲40～102 min，原因是降雨剛開(kāi)始比較小，落到地面會(huì)填補(bǔ)構(gòu)造深度或滲入透水鋪裝內(nèi)部，而不是立刻產(chǎn)生徑流。隨著降雨時(shí)間的增加，普通鋪裝內(nèi)部空隙被填充滿(mǎn)，從而產(chǎn)生徑流。因此在較小的降雨強(qiáng)度下，SPAP-I和SPCC對(duì)于徑流的產(chǎn)生都有很好的滯后作用，但隨著降雨強(qiáng)度的增加，相對(duì)滯后時(shí)間也越來(lái)越小，且4種透水鋪裝的產(chǎn)流時(shí)間與其他類(lèi)型透水鋪裝越來(lái)越接近。

相比其余結(jié)構(gòu)，SPCC-AP鋪裝結(jié)構(gòu)在降雨強(qiáng)度較小的情況下對(duì)于產(chǎn)流時(shí)間的滯后作用更加顯著。隨著降雨強(qiáng)度的增大，由于其具有兩層結(jié)構(gòu)，且上層為滲透性相對(duì)較弱的透水瀝青混合料，對(duì)產(chǎn)流時(shí)間起到了較大的影響，產(chǎn)流時(shí)間與其他類(lèi)型透水鋪裝越來(lái)越接近。

2.1.6 產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)

路面產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)指在一場(chǎng)降雨中，路面徑流開(kāi)始產(chǎn)生至徑流消失的時(shí)間間隔，反映了路面削弱徑流的能力。不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)隨重現(xiàn)期的變化如圖6(e)所示。結(jié)果表明透水鋪裝具有減少產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)的效果，隨著重現(xiàn)期的增大，產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)；同一降雨強(qiáng)度下，雨水產(chǎn)流時(shí)長(zhǎng)大小為：SPAP-I>SPCC>SPAP-II>SPCC-PA。且削減總徑流深度大的透水鋪裝，在削減徑流產(chǎn)生時(shí)間方面效果也更明顯。隨著降雨強(qiáng)度的增大，各類(lèi)透水鋪裝產(chǎn)流時(shí)間越來(lái)越接近，這表明透水鋪裝種類(lèi)，對(duì)于較大的降雨強(qiáng)度影響不大。總體上，SPCC-AP在徑流削減效果最佳。

2.2 基層儲(chǔ)排水透水鋪裝對(duì)徑流削減效果

SWMM模擬結(jié)果表明對(duì)于任一基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝結(jié)構(gòu)，只有P=50 a 時(shí)，BPAP-I才會(huì)產(chǎn)生徑流，不同厚度骨架空隙結(jié)構(gòu)對(duì)徑流的削減結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 不同基層厚度下BPAP-I對(duì)徑流削減的模擬結(jié)果Tab.6 Simulation result of BPAP-I on runoff reduction with different subgrade thicknesses

結(jié)果表明BPAP-I只要滿(mǎn)足透水基層厚度不小于18 cm，在P≤50 a的條件下基本不會(huì)產(chǎn)生徑流。與普通瀝青鋪裝相比，BPAP-I的徑流系數(shù)削減率達(dá)89%以上，原因是基層儲(chǔ)排水型BPAP-I的面層全部為透水層，保證了透水結(jié)構(gòu)層的厚度，使得降雨能夠及時(shí)被吸收排出，因此在P=1～20 a時(shí)BPAP-I能夠完全吸收雨水。而在P=50 a時(shí)，15 cm的透水基層厚度無(wú)法滿(mǎn)足地表不產(chǎn)生徑流的要求，因此需再加厚一部分透水基層厚度才能夠保證雨水能夠被及時(shí)吸收排走。

此外，BPAP-II由于基層和底基層均為透水層，較厚的透水層使得徑流并未產(chǎn)生。BPCC滲透系數(shù)大，故透水基層厚度下限值15 cm也滿(mǎn)足不產(chǎn)生徑流的要求。而B(niǎo)PCC-AP兼具上述兩者優(yōu)勢(shì)，因此透水基層厚度下限值15 cm也滿(mǎn)足不產(chǎn)生徑流的要求。

2.3 全透式排水鋪裝對(duì)徑流削減效果

SWMM模擬結(jié)果表明全透型鋪裝在P=1～50 a均不產(chǎn)生徑流。與基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝相比，全透型鋪裝的獨(dú)特之處在于路基具有滲透性(滲透系數(shù)≥1×10-4cm/s)，滲入鋪裝結(jié)構(gòu)的水不僅可以通過(guò)道路邊部排水系統(tǒng)排出，還可通過(guò)土基滲入補(bǔ)充地下水，因此對(duì)于雨水徑路削減效果更好。在西安地區(qū)降雨條件下，重現(xiàn)期不大于50 a，全透型鋪裝均不會(huì)產(chǎn)生路表徑流。

2.4 建議

上述SWMM模擬結(jié)果表明透水鋪裝對(duì)減小徑流深度和徑流系數(shù)，延緩徑流時(shí)間有顯著作用。目前，我國(guó)海綿城市地區(qū)不同鋪裝類(lèi)型主要以《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014—2016)大都基于徑流系數(shù)設(shè)計(jì)。規(guī)定了各種屋面、混凝土、瀝青路面的徑流系數(shù)為0.85～0.95，大塊石鋪砌鋪裝或?yàn)r青表面各種的碎石鋪裝徑流系數(shù)為0.55～0.65，級(jí)配碎石鋪裝的徑流系數(shù)為0.40～0.50。然而，對(duì)于各種類(lèi)型的透水鋪裝，尤其是表層排水型透水結(jié)構(gòu)，仍缺乏有效的徑流系數(shù)推薦值。因此，基于模擬結(jié)果，為典型透水鋪裝結(jié)構(gòu)提出了徑流系數(shù)參考值。考慮到推薦值的推廣性，分析范圍集中在5～50 a的降水重現(xiàn)期，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 典型透水鋪裝結(jié)構(gòu)的徑流系數(shù)Tab.7 Runoff coefficients of typical permeable pavement structures

3 結(jié)論

本研究選取西安市一條雙向雙車(chē)道道路，采用SWMM模擬不同降雨重現(xiàn)期下不同透水鋪裝結(jié)構(gòu)對(duì)地表徑流削減效果，得出如下結(jié)論：

(1)降雨重現(xiàn)期、透水層結(jié)構(gòu)組合、透水層厚度是影響徑流削減的主要因素。單層透水瀝青鋪裝(SPAP-I)可使總徑流深度降低14%以上，也可使徑流時(shí)間和持續(xù)時(shí)間延遲約40 min，并降低徑流系數(shù)降低14%以上，但對(duì)徑流峰值的減少及峰值時(shí)刻的滯后幾乎沒(méi)有影響。

(2)雙層透水瀝青鋪裝(SPAP-II)在降雨重現(xiàn)期為1 a時(shí)也能使峰值徑流量減少100%，但隨著降雨重現(xiàn)期增加，其減少能力逐漸減弱。單層透水水泥混凝土鋪裝(SPCC)最大程度上能使徑流深度降低96%，峰值時(shí)間和徑流時(shí)間延遲50 min以上，徑流系數(shù)降低96%。且隨著降水重現(xiàn)期的增加，其削減能力與SPAP-II相似。

(3)同一降雨重現(xiàn)期下，不同表層排水型透水鋪裝對(duì)地表徑流的減量效果依次為：SPAP-I

(4)6種基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝中僅有BPAP-I在P=50 a的時(shí)才能產(chǎn)生徑流，且透水基層厚度≥18 cm 時(shí)能實(shí)現(xiàn)無(wú)徑流產(chǎn)生。然而，全透型鋪裝在P=1～50 a降雨強(qiáng)度下均不產(chǎn)生徑流。

(5)為典型透水鋪裝結(jié)構(gòu)推薦了徑流系數(shù)取值范圍，即針對(duì)表層排水透水鋪裝，SPAP-I為0.5～0.8，SPAP-II和SPCC為0.35～0.65，SPCC-PA為0.2～0.45；基層儲(chǔ)排水型透水鋪裝≤0.15，全透型透水鋪裝為0，完善了排水設(shè)計(jì)規(guī)范，可為海綿城市透水路面設(shè)計(jì)提供一定的技術(shù)支持。