論海綿城市在市政工程設計中的應用

王巖

（上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030）

論海綿城市在市政工程設計中的應用

王巖

（上海市政交通設計研究院有限公司，上海市 200030）

近年來，隨著水資源短缺、城市內澇頻發和初雨污染等問題日益突出，雨水利用和排放技術工程得到越來越多的關注和應用，特別是海綿城市、低影響開發技術得到了迅速的發展。我國的室外排水設計規范也越來越多地關注雨水的排放和低影響開發技術的應用。在市政排水設計中應用的LID技術融合了海綿城市與國內外最新雨洪管理理念，實現了防治內澇、水資源利用、減少城市面源污染、景觀美化的多重效益。

海綿城市；低影響開發；市政排水；雨洪管理；面源污染

0　引言

隨著社會經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，城市發展過程中面臨的雨水徑流污染、洪澇災害、水資源匱乏等突出共性問題日益嚴重。城市內澇防治以及雨洪控制利用已成為目前城市市政建設的熱點問題，當點源污染被有效控制后，面源污染就成為影響城市水體水質的主要原因之一。屋面、路面和綠地是城市主要的下墊面類型，當暴雨產生時，下墊面（主要是屋面和路面）上大量污染物在雨水的沖刷下隨徑流一起進入受納水體，對城市生態環境構成嚴重威脅。另外隨著城市化進程加快，城市不透水下墊面面積逐漸增大，這就使得降雨時的徑流量大大增加。加之隨著近年來罕見暴雨發生的頻率越來越高，我國城鎮開始通過提高市政排水系統設施的設計標準來預防洪澇災害的發生。市政實施標準的提高，意味著需要加大市政實施的建設規模，這極大的增加了排水管道工程建設的造價及后期的運行維護費用，不僅效果有限且不能消除下墊面初期降雨對城市受納水體的污染。盡管近年來，我國加大了對雨水利用的研究和應用，但是現有的雨水利用設施多屬于末端控制，如調蓄池、人工濕地等等，這些也會加大市政排水設施的建設成本和后期維護成本，同時受場地等其他因素影響，實施的規模也有一定限制［1］。國內外許多城市開始進行新型雨洪管理理念的實踐，將雨洪蓄滲工程技術與城市綠地景觀相結合進行設計，構建以自然積存、自然滲透、自然凈化為目標的海綿城市，并取得了顯著地效果。但是我國的LID技術處于初步探索階段，并未受到充分的重視，沒有相應專門的設計標準、規范及法規［2］。因此，為從源頭解決城市內澇、削減城市徑流污染、保護和改善城市生態環境，國家提出了建設海綿城市的新構想，提倡構建低影響開發（Low Impact Development）雨水系統。

1　海綿城市概念

2014年11月，《海綿城市建設技術指南》（以下簡稱《指南》）發布試行，意在解決我國城鎮面臨的嚴峻雨水問題，保護和改善城鎮生態環境，促進生態文明建設。《指南》的發布引起了行業內的巨大反響。然而，現代雨洪管理不同于傳統給排水系統，且當前各級的執行壓力大、時間緊，如何全面理解海綿城市的真正內涵，并運用到實際工程建設中，是規劃設計人員、城市建設者、管理者等共同的困惑，這也直接影響了海綿城市的建設成果。

建設海綿城市，即構建低影響開發的雨洪管理系統，主要指通過“滲、滯、蓄、凈、排”等多種技術途徑實現城市良性水文循環，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放，恢復城市的“海綿”功能。低影響開發體系包含結構性措施和非結構性措施兩種策略，結構性措施主要包括：建設生物滯留池或雨水花園、植被過濾帶、植被淺溝、洼地、綠色屋頂、種植器、透水鋪裝、蓄水池、滲透溝、干井等；非結構性措施，包括建筑和道路的合理布局、增加植被面積和可透水路面的面積等。相對于傳統的雨洪管理措施（管道、塘濕地），低影響開發技術具有適用性強、造價與維護費用低、運行維護簡單、多功能景觀等優點，并且可以減少集中式設施的使用，已經被美國、加拿大、日本等一些國家應用于城市基礎設施的規劃、設計與建設領域［3］。

低影響開發技術在使用過程中需要環境、市政與園林綠化部門相互配合。景觀綠化工程建設中應充分考慮園林綠地對雨洪調蓄的作用，在滿足綠化和美觀要求的同時應盡量改善一定區域的水文和徑流狀況，市政設施的改建擴建項目也應首先考慮是否能通過低影響開發技術提高排水系統的設計標準和運行能力。低影響開發技術相比于終端處理技術是一種較新的理念與方法，它能削減地表徑流總量、洪峰量和提高水質，補充地下水，緩解城市管道和污水處理廠的壓力。它充分體現了綠色建筑的生態性、可持續性、低能耗和低投資等理念，合理利用低影響開發技術能實現經濟、社會及環境效益的整體優化［4］。

2　傳統市政道路面臨的問題

近年來，我國城市排水管網有了一定的基礎，但是當遇到超過排水設施設計標準的降雨時，城市排水問題便顯現出來。城市道路雨水徑流量大，水質差，是城市面源污染的主要來源之一。傳統城市建設模式主要依靠管渠、泵站等“灰色”設施來組織排放徑流雨水，以快速排除和末端集中控制為主要設計理念，這使得市政雨水管網及收納水體、排澇設施壓力劇增，初期降雨產生的大量污染物也隨徑流雨水流入受納水體影響水環境質量，而且大量外排雨水也是對水資源的一種嚴重浪費。

市政道路斷面形式主要有單幅路、雙幅路、三幅路和四幅路。本文以四幅路為例進行討論。四幅路是由三條綠化帶將車行道分隔成四個部分，中間為單向機動車道，機動車道兩側為單向非機動車道（見圖1）。

圖1　傳統市政道路橫斷面

中央綠化帶及兩側綠化帶高程均高于道路路面，綠化帶兩側設置高出路邊緣10～20 cm的路緣石，其作用是將機動車與非機動車及行人分隔開來，以保證道路具有較高的通行能力。同時也起到疏導雨水沿縱斷方向流入雨水口，防止雨水進入綠化帶而影響路面結構穩定的作用。傳統市政道路的綠化帶只能接收自身面積內的雨水徑流，路面雨水徑流需經過雨水口全部流入雨水管道進行排除。這種方式是以雨水的盡快排除為基本理念，導致路緣石處必然產生積水，易發生洪澇災害，且污染較重路面初期降雨排入河道后污染城市水體，同時，道路綠化帶需要經常性進行灌溉，對道路雨水資源沒有進行有效的利用，大量雨水白白流走。

3　低影響開發市政建設模式

低影響開發對不透水地面及源頭雨洪控制設施的要求來源于水文中性（hydrological neutrality）這個概念。所謂水文中性，是指同一地區開發前后其水文特性盡量保持不變。除峰值流量保持不變外，其徑流總量亦應保持不變。這就要求除采取調蓄措施來削減增加的峰值流量外，還要采用雨水回用或滯留系統來控制徑流總量的增加。只有同時控制峰值流量及徑流總量，才能盡量減少由于不透水地面的增加對環境的不利影響。

在滿足道路交通通行安全等基本功能的基礎上，應充分利用道路自身空間及周邊綠化空間推行下凹式綠地、透水路面、LID樹池等低影響開發措施，以削減徑流水量、改善徑流水質。低影響開發市政道路模式充分利用了道路綠化帶在收集、儲存、入滲、凈化雨水徑流方面的功能，將道路綠化帶設計成植生滯留槽形式，路面雨水徑流通過孔口道牙自流入綠化帶經過儲存、入滲、凈化后排放［5］。道路斷面形式見圖2。

圖2　低影響開發市政道路橫斷面

綠化帶高程低于道路路面高程約10～20 cm，雨水口置于綠化帶內，其高程高于綠化帶且低于路面（見圖3）。路面雨水流入綠化帶后，首先下凹式綠地對雨水進行儲存和入滲，同時又有一定的凈化作用，而超過設計標準的降水將通過溢流的方式直接進入雨水口，經雨水管渠進行排放。雨水管道可以采用穿孔管道設計，雨水在流行過程中可以繼續進行入滲（見圖4）。道路人行道采用透水鋪裝地面，盡可能多的減少雨水徑流。行道樹可采用LID樹池形式，見圖5。

圖3　孔口道牙及雨水口

圖5　LID樹池

傳統市政道路排水模式與低影響開發道路排水模式的對比見表1。

4　結語

低影響開發模式市政道路建設將以雨水盡快排除為目的的傳統市政設計，轉變為以“滲、滯、蓄、凈、排”為設計理念的新型市政設計，對減少城市洪澇災害、控制城市面源污染、改善城市水體等具有重要意義。

但是海綿城市建設是一項極其復雜的系統工程，低影響開發模式市政道路建設只是海綿城市建設的一部分，只有綜合考慮這些問題涉及的各個方面及相互影響和制約關系，特別是需要建立、完善相應的法律法規，基于一個城市的海綿城市戰略和規劃，全面推行低影響開發、綠色雨水基礎設施及必要、合理的灰色基礎設施，才能從根本上解決城市內澇、徑流污染、雨水資源利用、水環境生態等重大問題，保護和恢復城市的良性水文循環。

表1　傳統市政道路排水模式與低影響開發模式的

［1］車伍，馬震，王思思，等.中國城市規劃體系中的雨洪控制利用專項規劃［J］.中國給水排水，2013，29（2）:8-12.

［2］Ignacio F.Bunster-Ossa.Sponge City［M］.S.T.A.Pickett，M.L.Cadenasso，Brian McGrath.Resilience in Ecology and Urban Design:Linking Theory andPractice forSustainable Cities.NewYork:Springer，2013，301-306.

［3］Michelle E.Newcomer，Jason J.Gurdak，Leonard S.Sklar，etc.Urban recharge beneath low impact development and effects of climate variability and change［J］.Water Resources Research0043-1397，2014，50（2）:1716-1734.

［4］徐振強.我國海綿城市試點示范申報策略研究與能力建設建議［J］.建設科技術，2015（3）:58-63.

［5］胡愛兵，張書函，陳建剛.生物滯留池改善城市雨水徑流水質的研究進展［J］.環境污染與防治，2011，33（1）:74-77.

TU992

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1009-7716（2016）01-0100-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.028

2015-09-30

王巖（1987-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，從事給排水設計工作。