下凹式綠化帶優化市政道路排水探究

繆勤榮

（中新南京生態科技島投資發展有限公司，江蘇南京 210019）

市政道路是城市的命脈，也是城市重要的排水通道，市政道路的排水對于城市整體的排水有著非常重要的影響。傳統市政道路排水方式主要利用布設在路面上的雨水口直接收集路面以及周邊地塊匯集的雨水然后接入市政雨水管道進行排放。由于市政道路多為硬化路面，徑流系數較大，匯流速度也較快，與綠地相比其形成的暴雨洪峰流量要增加數倍，因此對于雨水管道和河渠排泄能力的需求也非常高，造成直接后果是排水管網建設標準不斷增加仍無法滿足城市排水需求。

發達國家，綠地對于雨水徑流的調蓄效應已得到非常高的重視程度，例如德國的MR系統（Mulden Rigolen system，洼地滲渠系統）、下凹式綠地以及日本的多功能調蓄設施等都通過強化雨水的下滲作用改善城市排水的方式，較好地發揮了綠地在城市水文生態循環中的作用[1-2]。而綠化帶是市政道路的重要組成部分也是城市綠地的一種，本文嘗試探究通過應用下凹式道路綠化帶排水系統優化道路的排水功效，期望通過道路綠化帶的雨水徑流調蓄效應削減雨水徑流、緩減排水系統建設運行壓力。

1 市政道路下凹式綠化帶建設形式

常規市政道路的兩側綠化帶和中央分隔帶均高于道路斷面，此種形式可以有效地防止車輛意外駛離道路，但是綠化帶無法匯集道路雨水，雨水只能通過雨水口直接匯入雨水管道中，加大了雨水管道的排水負擔，并未實現雨水的充分利用[3]。下凹式綠化帶即將橫斷面方向的綠化帶設計為可以存積水的下凹式斷面，使雨水通過綠化帶過濾后以溢流的方式進入雨水利用系統，雨水口布設于下凹式綠化帶內，較綠化帶地面高出3～5cm，而綠化帶內綠地地面的高程較兩側路面低5～10cm，綠化帶兩側的路緣石應當每隔一段距離設置雨水的流入孔便于雨水流入綠化帶中。此外，為了減輕雨水的下滲對周邊道路結構層帶來的不利影響，可以在綠化帶的底層及其兩側鋪設防水土工材料。

下凹式綠化帶工作原理為：降雨后路面雨水通過道路橫坡向綠化帶匯集，從綠化帶兩側路緣石中的流入孔流入綠化帶內，匯集進入綠化帶內的雨水一部分在綠化帶的表層土壤內得到下滲，無法下滲的部分則匯入綠化帶內的雨水口中，而匯入雨水口中的雨水一部分繼續通過井底的打孔滲透管向底層土壤中入滲，最后無法實現滲透的雨水從雨水連接管溢出排入城市排水管道中排入下游。具體結構圖見圖1。

圖1 下凹式綠化帶結構圖

市政道路根據道路橫斷面的形式可劃分為單幅路、雙幅路、三幅路、四幅路等，下凹式綠化帶的設計應當盡可能與現有常見的道路斷面形式相契合，一方面有利于應用于現有道路的改造，另一方面也滿足城市道路景觀的協調統一。此外，下凹式綠化帶的設計應當盡量不增加道路的設計寬度，主要利用原有的道路綠化用地進行設計。下凹式綠化帶根據其功能需求對于其中植物類型的選擇也有所要求。所選植物應具有較強的耐水性能；且植物種植后需要有較強的滲透性；考慮到初期雨水的污染，下凹式綠化帶內的植物還需有較強的凈化功能。此外，為防止雜草落葉堵塞雨水口帶來的不利影響，應盡可能選擇無落葉植物，并在道路低點采用雨水口加密設計，在日常道路養護中也要注意綠化帶內雜物的清理。根據不同道路橫斷面設計的下凹式綠化帶形式見圖2～圖5。

圖2 單幅路橫斷面圖

圖3 雙幅路橫斷面圖

圖4 三幅路橫斷面圖

圖5 四幅路橫斷面圖

2 下凹式綠化帶調蓄能力影響因素分析

同城市下凹式綠地類似，下凹式綠化帶面積比例f、綠化帶下凹深度△h、綠地土壤穩定入滲速率K和設計暴雨重現期P對于下凹式綠化帶調蓄能力有著非常重要的影響[4]。

2.1 下凹式綠化帶面積比例f

下凹式綠化帶的滲蓄能力與綠化帶的總面積成正比例關系，因此道路匯水區域內下凹式綠化帶面積比例f對道路下凹式綠化帶的應用功效有著至關重要的影響。綠化帶面積的比例越大，可通過土壤實現滲透的總水量就越大，匯集進入排水管網的雨水量就越少，因此下凹式綠化帶防洪減澇的功效也就越明顯。下凹式綠化帶的面積比例還需綜合考慮道路設計功能要求以及造價因素進行設計，面積比例的選擇應該以不影響道路設計功能不大幅增加造價為前提。

2.2 綠化帶下凹深度△h

下凹式綠化帶本質上是一種雨水蓄滲設施，而蓄滲的能力與綠化帶總的蓄水容量有著直接關系。而綠化帶下凹深度△h與綠化帶的總的蓄水容量呈正比例關系，綠化帶下凹深度△h越大，總的蓄水容量就越大，對于緩沖暴雨匯集、削減暴雨洪峰流量具有重要作用。但是下凹式綠化帶的深度也并非越深越好，過深的下凹式綠化帶一方面降低了景觀的協調性，另一方面增加了施工和養護的難度，因此選擇5～10cm為宜。

2.3 土壤穩定入滲速率K

下凹式綠化帶內土壤的穩定入滲速率是影響其應用效能的重要參數之一。而具體的土壤穩定入滲速率則是由土壤含水率、土壤性質、土壤剖面特征等因素決定的，實際情況中不同類型土壤的穩定入滲速率差異明顯，最大情況下可以達到10-3～10-2m/s，接近最小情況下的10萬倍。因此選擇合適的土壤類型及剖面結構對于下凹式綠化帶具體的應用效能至關重要。德國的MR系統中常用土壤的穩定入滲速率在10-6～10-3m/s之間[5]。此外，植物類型的選擇對于K值也有很大影響，在具體工程中應當結合當地氣候選擇合適的植物盡可能多地保證土壤的穩定入滲速率。

2.4 設計暴雨重現期P

設計暴雨重現期決定單位時間內的設計雨量多少。設計降雨量越大，地表徑流量也越大，達到一定雨水滲蓄率所需的下凹式綠化帶的滲蓄能力就越強。所以當設計暴雨重現期越大時，下凹式綠化帶的設計面積比例和設計下凹深度就會相應增加，相應的工程造價也會相應提高。實際情況下凹式綠化帶的設計應當依據相關設計規范并在綜合調查當地排水需求的基礎上進行確定。

下凹式綠化帶的各項影響因素相互關聯，P值決定了其它參數的設計需求，在固定設計需求下f值、△h、K值之間也呈現負相關性。因此，實際設計過程中，應該合理選擇P值，并盡可能增大綠化帶的K值，為綠化帶設計面積和下凹深度提供靈活的設計空間。

3 道路下凹式綠化帶建設意義

3.1 增加地下水資源

地下水資源持續減少是我國很多城市面臨的嚴峻問題。城市地表硬化減少地下水來源是地下水資源減少的重要因素。而下凹式綠化帶可以有效強化雨水的滲透作用，補充城市地下水資源。我們對各種條件下下凹式綠地雨水入滲量進行試驗，從試驗結果（表1）可以看出下凹式綠化帶對于補充地下水作用明顯，綠化帶面積比例為20%時，在暴雨重現期為2年的條件下，在下凹式綠化帶的滲蓄作用下70%以上的雨水可進行下滲。按常規城市規模進行計算，采用下凹式綠化帶每年可增加數億噸地下水資源，可以有效緩解城市地下水資源急劇減少的危機。

表1 各種條件下下凹式綠化帶雨水入滲量試驗結果

3.2 減少洪澇災害

自然狀態下降雨量的85%以上可由地表入滲和自然蒸發，而產生徑流的不足總降雨量的15%。而在城市中，由于硬化地面比例較高，降雨量僅有40%左右入滲和蒸發，徑流量達總降雨量的60%左右，是自然狀態下的4倍左右，因此隨著城市化的不斷進展城市內澇災害也日趨嚴重。

下凹式綠化帶減少城市洪澇災害的作用主要從兩個方面體現：一方面是通過下凹式綠化帶的滲蓄作用可以減少匯集進入管網的總量，減小下游排水壓力；另一方面作為下凹式綠化帶的蓄水功能對于洪峰的削減具有較大作用，通過攔蓄作用延緩部分雨水的匯流時間，使洪水過程更加平緩，減輕防洪壓力。下凹式綠化帶在城市防洪方面的作用對于減少城市防護設施建設投資、降低排水系統造價方面具有重要意義。

3.3 控制初期雨水污染

除了城市內澇災害，城市初期雨水的污染問題也是困擾城市居民生活、威脅城市生態環境的重要問題。下凹式綠化帶通過其滲蓄作用可有效截留初期雨水，切斷初期雨水污染下游城市水體的途徑。此外，城市下凹式綠化帶的滲蓄過程也是土壤對雨水進行過濾的過程，雨水在不斷下滲的過程中其中大量的污染物經過土壤及其上方植物的過濾被截留在土壤中，截留下來的污染物后期被綠化帶植物逐步降解，另一方面這些污染物也成為綠化帶內植物生長的肥料，促進了植物的生長。下凹式綠化帶一方面有效緩解了初期雨水污染問題，減少了初期雨水污染處理的資源消耗；另一方面截留下來的有機肥料對于綠化帶內植物的生長也有促進作用，減少了綠化帶的養護成本。

3.4 其他效果

下凹式綠化帶蓄留的雨水在晴天時通過蒸發作用以及植物的蒸騰作用可以在道路區域內產生較強的上升氣流，增加市政道路內空氣的流動性，調節區域氣候，強化區域內空氣污染物的擴散作用；通過下凹式綠化帶入滲的雨水可以增加區域內土壤中的含水量，節約道路綠化灌溉用水。

4 總結

市政道路下凹式綠化帶其實是城市下凹式綠地的一種形式，城市下凹式綠地作為一種生態的城市雨水利用技術在城市小區和廣場中已有較多應用，并且在減輕城市內澇災害、改善城市生態環境方面取得了良好的應用效果[6]。而道路綠化帶作為城市綠地的重要組成部分，下凹式綠化帶的應用在不增加市政道路建設用地的條件下，對于削減暴雨洪峰流量、減少洪澇災害發生的頻率、減輕城市初期雨水污染、增加城市地下水資源、調節城市區域氣候、節約綠化灌溉用水等也具有非常積極的作用，其在市政道路的建設中具有廣闊的應用前景。當然下凹式綠化帶的滲蓄作用對于道路長期的結構穩定性的影響也是需要考慮的重要因素，需要進行更深入的研究與探討，并據此對下凹式綠化帶進行不斷的優化改進。

[1]Sieker F.On-site storewater management as an alternative to conventional sewer systems:a new concept spreading in Germany[J].Water Science and Technology，1998，38（10）:65-71.

[2]車伍，張燕，李俊奇，等.城市雨洪多功能調蓄技術[J].給水排水，2005，31（9）:25-29.

[3]俞佳.一種新型城市道路雨水收集與利用系統的設計與研究[J].城市道橋與防洪，2011（9）:219-222.

[4]董巖，邢國平，劉洪海，等.下凹式綠地環境水文效應及運行可行性分析[J].水利水電技術，2013，44（7）:10-16.

[5]鄭興，周孝德，計冰昕.德國的雨水管理及其技術措施[J].中國給水排水，2005，21（2）:104-106

[6]俞紹武，丁年，任心欣，等.城市下凹式綠地雨水蓄滲利用技術的探討[J].給水排水，2010（36）:116-118.