李佩佩

（云南省交通科學研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

近年來，云南省高速公路建設實現(xiàn)質(zhì)的跨越，截至2021 年底，云南高速公路里程突破1 萬公里，而服務區(qū)作為交通的直觀窗口，其建設質(zhì)量、建筑外觀、設施完備、服務水平日益受到公眾的關(guān)注。傳統(tǒng)服務區(qū)建設對原自然生態(tài)系統(tǒng)改變較大。建筑屋頂，尤其是路面等硬化鋪裝建設不僅極大降低了該區(qū)域的植被覆蓋率，也間接減少了生物多樣性。

海綿城市理念，強調(diào)城市應對氣候變化時的韌性和彈性，在消除內(nèi)澇危害的同時，對水資源進行合理分配利用，促進雨水資源的有效開發(fā)和環(huán)境生態(tài)保護[1]。海綿城市建設方式可簡單概括為“滲、滯、蓄、凈、用、排”六字，分別代表著不同的建設方式和技術(shù)，需在不同情況下靈活運用，統(tǒng)籌考慮其長期性和復雜性[2]。

海綿城市理念在城市公路規(guī)劃設計中屢見不鮮，但在高速公路上的應用較為少見。高速公路是線狀結(jié)構(gòu)物，里程和區(qū)域跨度較長，尤其在云南省，高速公路橫跨氣候帶是常有之事。但不同生態(tài)環(huán)境在服務區(qū)設計中的體現(xiàn)較少，服務區(qū)排水不暢及暴雨造成的管道涌水時有發(fā)生[3]。本文將海綿城市建設理念融入服務區(qū)設計中，研究其徑流衰減效力和調(diào)蓄能力，為后續(xù)服務區(qū)排水系統(tǒng)設置及中水回用模式啟用提供理論依據(jù)。

1 海綿城市建設途徑

海綿城市的建設途徑主要有三個方面：

一是對原有生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的保護，最大程度地保護其河流、湖泊等生態(tài)敏感區(qū)不被破壞。存留足夠的涵養(yǎng)水源，維持其原有的自然水文特征，這是海綿化建設的基本要求。

二是生態(tài)恢復和修復。在傳統(tǒng)模式下，已經(jīng)遭受破壞的生態(tài)環(huán)境進行生態(tài)手段修復，并維持一定比例的生態(tài)空間。

三是低影響開發(fā)。按照對城市生態(tài)環(huán)境影響最低的開發(fā)建設理念，合理控制開發(fā)強度，在城市中保留足夠的生態(tài)用地，控制城市不透水面積比例，最大限度地減少對城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞，同時根據(jù)需求適當開挖河湖溝渠、增加水域面積，促進雨水的積存、滲透和凈化[4-5]。

2 低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)

低 影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）指在場地開發(fā)過程中采用源頭、分散式措施維持場地開發(fā)前的水文特征，也被稱為低影響設計（Low Impact Design，LID）。LID 設施是實現(xiàn)海綿城市建設的主要設施，通過“滲、滯、蓄、凈、用”的技術(shù)實現(xiàn)海綿城市建設綜合目標。滲：通過地表滲透技術(shù)，減少地表徑流，凈化初期雨水，包括透水鋪裝、綠色屋頂?shù)?。滯：具有減少徑流量、降低徑流速度、減緩雨水峰值出現(xiàn)等作用，包括下沉式綠地、雨水濕地、調(diào)節(jié)塘等。蓄：具有雨水儲存功能的集蓄利用設施，同時也具有削減峰值流量的作用，包括自然水體、蓄水池等。凈：凈化水體、減少污染，包括人工濕地、雨水濕地等。用：主要針對水資源缺乏地區(qū)，有效利用、節(jié)水減排，包括中水回收池、雨水罐等[6-7]。

3 案例分析

3.1 服務區(qū)總體情況

3.1.1 氣候條件

以云南省臨滄市鎮(zhèn)康縣某服務區(qū)為例。鎮(zhèn)康縣屬低緯山地南亞熱帶季風氣候[8]，主要氣候特點為大部分地區(qū)氣候較熱、日照充足、霜期短、四季不明顯、雨量充沛、干濕季分明、立體氣候顯著。年平均氣溫18.8℃，年平均降雨量1585.8mm，年平均相對濕度81%，冬無嚴寒，夏無酷暑，四季如春。境內(nèi)最高海拔2978m，最低海拔510m。

3.1.2 建設面積概況

該服務區(qū)距離鎮(zhèn)康縣南傘鎮(zhèn)約9.76km，建設地點位于互通立交兩側(cè)。 兩側(cè)規(guī)劃建設面積約133324.12m2，其中總建筑面積共9412.84m2，建筑占地面積共4716.28m2，包括綜合服務樓、停車位、加油站、維修間等。左側(cè)服務區(qū)用地面積約為66662.06m2，綠地率約39.62%，綠地面積約26410.77m2；右側(cè)服務區(qū)用地面積約為66662.06m2，綠地率約37.31%，綠地面積約24873.77m2?？傮w綠地面積約為51284.54m2，綠地率為38.46%。

3.1.3 服務區(qū)地形地貌分析

該服務區(qū)整體高程趨勢為由北向南逐漸增高，最高點位于服務區(qū)出口處，高程為1123.80m；最低點位于服務區(qū)進口處，高程為1116.30m。地表平均坡降為1.81%。坡度較陡，路面徑流走向與地形特征如圖1所示。

圖1 服務區(qū)地形

3.2 服務區(qū)降雨特征分析

3.2.1 年平均降雨量分析

由于服務區(qū)地處臨滄市鎮(zhèn)康縣，氣候類型為低緯山地南亞熱帶季風氣候。根據(jù)氣象資料顯示，鎮(zhèn)康縣2000—2021 年年平均降雨量約為1294.07mm，其分布如圖2 所示。

圖2 年平均降雨量分布曲線

由圖2 可知，該地區(qū)雨水充沛，年降雨量低于1000mm 的年份僅2003、2005、2021 年。最大降雨量為2016 年1855.47mm，最小降雨量為2021 年938.78mm。但是，地區(qū)年平均降雨量波動較大，分布不均勻。

3.2.2 旱雨兩季雨量分析

旱季一般為12 月—次年5 月，雨季一般為6—11月。該地區(qū)2000—2021 年旱雨兩季月均降雨量如圖3所示?？梢钥闯?，地區(qū)降雨大部分在雨季產(chǎn)生，雨季降雨規(guī)模約是旱季的2～9 倍，因此雨季產(chǎn)生的地表徑流是迅速的，且雨水峰值出現(xiàn)的速度較快、峰值較高。如果服務區(qū)排水設計僅采用“快排”模式，則極易發(fā)生路面積水及管道一部分涌水現(xiàn)象。

圖3 旱雨兩季降雨分布

3.3 服務區(qū)方案設計

3.3.1 方案設計選取

方案以降低成本為目的，選取下沉綠地、瀝青透水路面、雨水花園、透水路面四種設施進行服務區(qū)設計，設計效果如圖4 所示。

圖4 海綿服務區(qū)建設方案

3.3.2 降雨徑流量及調(diào)蓄容積計算

按照海綿城市建設技術(shù)指南提供的容積法計算方式，低影響開發(fā)設施以徑流總量和徑流污染為控制目標進行設計時，設施具有的調(diào)蓄容積一般應滿足“單位面積控制容積”的指標要求。設計調(diào)蓄容積一般采用容積法進行計算，如式（1）所示：

式（1）中：V——設計調(diào)蓄容積，m3；

H—— 設計降雨量，mm，參照降水要求為20.01mm；

?——綜合雨量徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2。

按照公路排水設計規(guī)范計算設計徑流量，如式（2）所示：

式（2）中：Q——設計徑流量，m3/s；

q——平均降雨強度，mm/min；

φ——徑流系數(shù)；

F——匯水面積，hm2。

其中平均降雨強度由式（3）確定：

式（3）中：q——平均降雨強度，mm/min；

P——降雨重現(xiàn)期；

t——匯流歷時。

按式（1）～式（3）的計算公式，采用重現(xiàn)期P=1，H=40mm；P=0.1，H=70mm；P=0.05，H=90mm 的日降雨量進行初始設計時的地表徑流量及海綿化設計后徑流量計算，具體數(shù)值如表1-3 所示。

由表1-3 可知，在鋪設透水路面后，地表粗糙系數(shù)增大，徑流系數(shù)減小。地表排水由“快排”模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈陀绊懩Ｊ?。地表徑流量可由原來?.62m3/min 銳減到3.92m3/min，降雨徑流量縮減比例平均可達50%以上，根據(jù)式（1）計算得到的實際調(diào)蓄容積為1395.89m3，改造后設施調(diào)蓄容積為1115.86m3，符合年徑流總量控制率80%的要求。雨水徑流減少不僅可以減輕路面排水壓力，還能減弱或消除管道涌水現(xiàn)象。

表1 初始凈流計算

4 結(jié)語

海綿化服務區(qū)設計以海綿城市建設為藍本，區(qū)別于傳統(tǒng)服務區(qū)剛性設計，加大區(qū)域內(nèi)面對氣候變化的韌性和彈性。優(yōu)先利用其自身天然的排水系統(tǒng)，充分發(fā)揮廣場綠地、透水路面、綠化屋頂?shù)仍O施對雨水的滲透、吸納、緩釋作用。將徑流總量作為海綿服務區(qū)設計的總體控制目標，通過對改造前后徑流總量的對比可得到：進行海綿化設計后，區(qū)域降雨徑流量減少比例為50%，調(diào)蓄容積減少比例為20%，減排效果顯著。根據(jù)地區(qū)地形地貌、環(huán)境特性，具有針對性地對服務區(qū)進行海綿化設計是可行的，且在減緩雨水外排壓力的同時，積極利用雨水資源，形成服務區(qū)綠色循環(huán)模式，實現(xiàn)建設與自然相協(xié)調(diào)。

表2 改造后凈流計算

表3 改造前后徑流量對比