基于海綿城市理念下的城市道路設計

曲直 李宏亮 李曼 戰秋錦 薛祥山

（1.北京清控人居環境研究院有限公司，北京 100083；2.新疆交通建設集團股份有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

一、引言

近年來，隨著我國城鎮化水平的快速發展，市政基礎設施水平日趨完善，人民的生活水平不斷提高，但城鎮化過程中，天然綠地、庫塘、濕地等被硬化的不透水地面所替代，天然水文循環被破壞，影響了雨水的截留、滲透和凈化，大量污染物積累在不透水地面上，隨降雨徑流排入城市水體，進而污染水環境。

海綿城市理念提出了有效的城市徑流污染控制方案，城市道路作為徑流產生的重要節點之一，在設計過程中運用“海綿理念”發揮道路對雨水水量水質的控制，實現對雨水的吸附、滲透、凈化，控制道路徑流污染，保護城市水環境。

二、項目簡介

遷安位于河北省東北部，地處燕山南麓，灤河岸邊，屬北方半山區縣級市。2015年通過競爭性評審，成為全國首批14個海綿城市建設試點之一，海綿城市試點建設區域位于遷安市中心地帶，面積21.5km2，阜安大路作為試點區域重要的城市主干道路，紅線寬度40m，其中機動車道、非機動車道寬21m，兩側綠化帶寬10m，人行道寬9m，通過對阜安大路進行海綿改造，實現對道路雨水徑流的控制和面源污染的削減。

三、城市道路雨水徑流污染特征

城市徑流污染控制是海綿城市建設的關鍵指標，但受城市發展程度、區域環境特征等多因素影響，不同區域徑流污染物的排放特征有所不同。特別是城市道路，是面源污染產生量較大的區域，在自然降雨難以捕捉的情況下通過人工降雨實驗的方式，掌握遷安城市道路雨水徑流污染特征及污染物之間的關系，為道路的海綿設計提供依據。

（一）人工降雨試驗方案

通過人工降雨設備，對遷安市典型道路下墊面實施不同重現期（1年一遇、2年一遇、3年一遇）條件下的人工模擬降雨試驗，獲取徑流水量及水質數據，分析道路徑流污染物特征及徑流污染控制與年徑流總量控制關系。人工降雨試驗方案如圖1所示。

圖2 徑流SS污染物瞬時濃度變化圖

（二）試驗結果

通過人工降雨試驗，對遷安道路在降雨過程中的徑流污染物產生規律進行分析，在研究指標上，由于城市徑流污染物中，SS（固體懸浮物）往往與其他污染物指標具有一定的相關性，一般可采用SS作為徑流污染物控制指標。試驗在降雨量約5mm時，污染物濃度達到峰值。此后，隨著降雨過程持續，污染物濃度逐漸降低，并于降雨量達到10mm～15mm時達到平穩狀態。后續隨著降雨量持續增加，徑流中污染物濃度基本不產生較大變化。

徑流SS污染物瞬時濃度變化圖如圖2所示。試驗結果表明，降雨初期徑流污染物濃度較高，而后逐漸降低并最終趨于穩定。因此，有效控制污染物濃度較高的初期降雨有利于徑流污染控制目標的實現。對于遷安市來說，控制20mm的降雨量即可實現50%以上的SS削減率，對應的年徑流總量控制率為65%。

四、海綿城市理念下的城市道路設計

（一）設計目標

通過對阜安大路開展海綿設計，削減道路徑流污染（以SS計）50%。

（二）設計理念

通過阜安大路的海綿設計，改變傳統道路雨水快排路徑，雨水首先進入道路綠化帶內設置植草溝、下凹式綠地、生物滯留帶、小型回用水池內進行截留、下滲、凈化、回用，多余雨水通過設置的溢流口進入市政管網，通過海綿設計有效減輕市政管網的排水壓力，同時削減道路的徑流污染。

（三）海綿設計

圖3 阜安大路雨水徑流控制路徑圖

圖4 阜安大路海綿設計斷面示意圖

圖5 阜安大路海綿設計流程圖

阜安大路的海綿設計，主要包括透水鋪裝、植草溝、下沉式綠地、生物滯留設施。

透水鋪裝：主要用于人行道，增加路面的透水率，削減徑流產生。人行道透水鋪裝，如圖6所示。

植草溝：結合地形，設置在道路不透水路面的兩邊，與生物滯留帶、雨水花園等綠色設施相連接，疏導、凈化徑流。植草溝如圖7所示。

圖6 人行道透水鋪裝示意圖

圖7 植草溝示意圖

圖8 生物滯留設施示意圖

圖9 遷安市年徑流控制總量與設計雨量關系圖

生物滯留設施：設置在較大的綠地空間和植草溝出水口位置，設施內設有大量具有凈化功能的植物，利用其吸附能力凈化雨水徑流，削減道路的徑流污染。生物滯留設施如圖8所示。

（四）目標核算

參考人工降雨試驗結果，通過計算阜安大路經過海綿設計后的年徑流總量控制率的效果，核實道路徑流污染（以SS計）是否達標。阜安大路總面積為227160m2，車行道面積148944m2，透水鋪裝面積31903m2，步道面積8864m2，綠化帶面積37449m2（綠化帶中有14700m2改造為生物滯留設施）。

根據容積法計算阜安大路經過海綿設計后的年徑流總量控制率，由于透水鋪裝和植草溝只承擔雨水的削減和轉輸，因此阜安大路經海綿改造后的雨水調蓄容積以生物滯留設施為基礎按照下式進行計算：

V=S×h

式中：V-調蓄容積，S-生物滯留實施面積，h-生物滯留設施平均深度

經計算生物滯留設施可達到的雨水調蓄容積為3675m3。

按照下式計算，阜安大路經海綿改造后可控制的降雨量：

V=10HφF

式中：V-調蓄容積，H-降雨量，φ-綜合雨量徑流系數，F-匯水面積

遷安市年徑流控制總量與設計雨量關系如圖9所示。根據阜安大路車行道、透水鋪裝、步行道、綠化面積比例關系，綜合雨量徑流系數φ取值0.694，匯水面積F取值227160m2，經計算阜安大路經海綿改造后可控制的降雨量為23.3mm，根據遷安年徑流總量控制率和降雨量直接的關系，阜安大路經海綿改造后可達到69.4%的年徑流總量控制率，可以達到50%以上的道路面源污染物削減效果。

五、結語

徑流污染控制是海綿城市建設過程中的一項重要指標，而城市道路是徑流污染產生的主要區域之一，因此在進行道路設計的時候，應根據城市所在區域的道路雨水徑流污染特征，開展相應的海綿設計，以期達到海綿城市的建設要求。