海綿城市概念在城市排水設計中的應用微探

鄧 婷

(華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京210000)

海綿城市是一個全新的概念，它的提出為城市內澇問題的解決及雨水回收再利用提供了理論支撐。在城市道路排水設計中，可對海綿城市的理念和方法加以合理運用，通過透水性路面、綠化帶的設置，對自然降雨進行收集和存蓄，從而避免積水影響交通通行，大大提升了城市交通的通行能力。

1 海綿城市的基本要素

海綿城市是一種理念較為先進的水資源管理方法，歸屬于新一代城市雨洪管理概念的范疇。具體是指通過各種技術措施的合理運用，使城市具有海綿的特性，在降雨時，對雨水進行吸、蓄，借助凈化處理的方法，在需要時加以利用，解決城市內澇問題，提高水資源利用效率。海綿城市的基本要素包括滲水、蓄水、滯水、凈水、用水。

1.1 滲水

早期修建的城市道路，基本上采用的都是硬質路面結構，這種路面不具備滲水能力，需要通過排水設施排除自然降雨引起的路面積水。當排水設施出現問題，或是遇到強降雨時，路面便會嚴重積水。而海綿城市能夠使降雨直接滲入到路面以下，可達到補充地下水的效果。利用綠色屋面，能夠起到凈化雨水的效果，同時，雨水經路面下滲的過程中，會得到過濾，通過回收可以再利用，實現節約用水的目標。具有典型性和代表性的技術措施有透水瀝青、透水鋪裝層等。

1.2 蓄水

蓄水是海綿城市的重要功能，即對自然降雨進行存蓄。雨水作為主要的水資源，通過蓄水模塊的設置，如蓄水池等，可以存儲大量的雨水，并在需要時加以利用，在節水的基礎上，提高水資源的利用效率。

1.3 滯水

自然降雨時，會產生一定的徑流量，海綿城市的滯水，可以使雨水有效滯留，由此可達到減少徑流量的目的。如，采用改變地形地貌的方法，使雨水從相應設施流過時，流速變慢、流量變小。常見的滯水設施有雨水花園、雨水塘、植草溝等。

1.4 凈水

雨水落到地面上會受到一定程度的污染，無法直接利用，必須經過凈化處理后，才能對雨水進行再利用。海綿城市中的雨水凈化系統由以下幾個部分組成：土壤滲透凈化、人工濕地凈化等。

1.5 用水

海綿城市收集、存蓄雨水的最終目的是為了再利用，充分發揮出水資源的再次利用的價值，對于常年缺水地區意義重大。收集的雨水可用于以下場合：綠地灌溉、抽水馬桶、洗車、消防、景觀用水等等。

2 海綿城市概念在城市排水設計中的應用

2.1 海綿城市關鍵技術

2.1.1 透水鋪裝技術

(1)技術特點。透水鋪裝最為突出的特點是適用范圍廣、便于鋪設，能夠對高峰時的水流量起到一定的緩解作用，可補充地下水資源。

(2)設計要求。在透水鋪裝層進行設計時，必須滿足結構穩定性的要求，當建設區域內的路面強度不足時，應當采用半透水鋪裝層；設計透水鋪裝層時，要求土壤具有一定的滲透性，否則要加裝排水板；建設區域內存在地下工程時，需要增加排水層，且覆土厚度應當超過60cm。

2.1.2 蓄水池

蓄水池的主要用途是收集雨水，并存儲起來，經過凈化處理后，加以利用，是城市供水系統的輔助設施。

(1)技術特點。蓄水池具有結構多樣性的特點，能夠與城市排水系統進行有效銜接，可避免蚊蠅滋生，有利于改善生態環境，對水資源，尤其是地下水，具有保護作用。

(2)設計要求。要將蓄水池建設在高程適當的地方，修建蓄水池的場地必須地勢平坦，地層要具有良好的致密性，不漏水；不可將蓄水池建在節理裂隙發育的部位。

2.1.3 生物滯留技術

生物滯留就是利用各種生物，如植物、微生物等對水資源進行保留，依托道路邊坡、綠化帶等設施，對雨水進行回收再利用。生物滯留設施的構造情況如圖1所示。

圖1 生物滯留設施結構示意圖

(1)技術特點。生物滯留能夠保護自然生態環境，通過技術與景觀的融合，以不同的形態呈現；滯留設施易于控制。

(2)設計要求。在城市當中，雨水匯聚區承載的水量較多，污染相對比較嚴重，對其中的雨水回收時，必須先初步過濾，去除其中的雜質；利用相關植被，對雨水進行沉淀。具體設計時，要采取有效的措施對路基加以保護。

2.1.4 植草溝

(1)技術特點。植草溝一般都是設置在道路不透水區域旁，常被作為生物滯留儲水措施，能夠與雨水管線配合，植物覆蓋溝槽，更容易與周圍環境形成整體，前期投資少，后期維護費用低，不會受到場地的限制。

(2)設計要求。設計植草溝時，邊坡的坡度應當控制在1：3以內，且縱坡不得超過4%；最大流速要控制在80cm/s以內。

2.2 設計實例

為便于研究，以某城市XX區內的道路工程實例為依托，對海綿城市概念在城市排水設計中的應用進行論述。

2.2.1 工程概況

XX城區內共有78條道路，總長度約為109.25km。道路由機動車道、人行道等組成，其中機動車道的路面結構形式為瀝青混凝土面層、水穩碎石基層；部分支路的路面為水泥混凝土材質；人行道全部采用普通混凝土磚。本次利用海綿城市理念和技術，對該區內的道路進行改造升級，共分兩個階段進行，第一階段改造31條道路，第二階段改造47條。下面重點對道路排水設計中海綿技術的運用進行分析。

2.2.2 道路現有問題

本次研究區域內的道路工程全部都是以交通量為設計依據，可滿足車輛的通行要求。道路設計中，未對生態環境保護加以充分考慮，導致該方面存在問題?，F有道路的路面結構以瀝青砼、水泥砼為主，混凝土本身并不具備透水能力，自然降雨時，雨水會積聚在路面上，需要利用設置在道路上的排水設施排除雨水。當地7-8月常常會出現強降雨天氣，導致路面大量積水，引起區域內澇，車輛在積水的路面上行駛，安全事故發生幾率增大。該城區在規劃時，要求市政道路采用統一的鋪裝層，鋪裝材料為混凝土磚，不具備透水性，道路整體設計較為簡單，并未融入生態理念，綠化帶與機動車道分體，橫縱坡設計不到位，容易引起積水現象。

2.2.3 排水方案設計

本次城區道路改造工程中，引入海綿城市理念，本著工程造價最低、環境影響程度最小的原則，以橫縱坡度控制為前提，以改善道路滲透水能力為立足點，以消除路面積水現象為目標，實現道路全方位升級。設計時將機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶形成有機的整體，共同處理路面積水。人行道原有的混凝土磚全部更換為透水性鋪裝層，機動車和非機動車道，改用透水瀝青砼和透水水泥砼路面，將綠化帶設置在道路中央位置，借助綠化帶中的植物，降低雨水流量。將生態滯留帶設置在機動車與非機動車道之間，雨水經過綠化帶進入排水溝。具體的設計方法及要點如下：

(1)機動車道的設計方法。機動車道是道路的重要組成部分，它的寬度超過非機動車道和人行道的總和，本次對機動車道進行改造升級設計時，為減少后續工程量，使原機動車道的寬度保持不變，將綠化帶設置在機動車道兩側。設計過程中，需要對土壤的入滲狀況加以分析，據此為設計提供參考。采用霍爾頓模型，以當地的自然降雨情況為基礎，對入滲率變化加以分析。當自然降雨的滲入速率在10.2-76.2的區間范圍內變化時，衰減常數取4.14，經計算排干雨水的時間大約為72h。以雨水的入滲分析結果作為參考依據，對地面徑流情況加以計算，在道路適宜的位置處設置路緣石開口，設計立式雨水篦子。在降雨的初期階段，雨水落入路面后，會經雨水篦子進入到綠化帶內，當土壤達到飽和狀態時，溢出的雨水會流入雨水管，并排出路面，避免積水。對機動車道的結構采用三層設計，上層設計為透水瀝青砼，中層和下層均為不透水層，降雨后，雨水透過瀝青砼下滲后，從設置在中下層中的排水盲溝流入分隔帶內積蓄。

(2)人行道的設計方法。本次對人行道的設計引入海綿城市理念，選用透水性材料，替代原有的混凝土磚。在地下設置排水管道和蓄水池，使雨水通過人行道能夠下滲，實現調節路面積水量的目標。為使人行道更加美觀，選用全透明的透水性鋪裝層，依據道寬加裝儲水模塊，具體如圖2所示。

圖2 人行道排水設計示意圖

(3)綠化帶的設計方法。經改造升級后的道路路面，全部鋪設透水性材料，由此能夠確保路面積水順利從雨水口排至綠化帶內。為發揮出綠化帶積蓄和過濾雨水的作用，可在設計時，鋪設一層厚度適宜的栽培土，與透水管配合可達到過濾雨水的效果。導流系統可結合實際設計，強降雨引起路面大量積水時，通過導流系統能夠蓄積雨水。設計綠化帶內的植物景觀時，要充分考慮水循環問題，可將降雨量和蒸發量作為主要參考依據，設計與之相應的具有滲透性功能的綠化帶，并保證寬度適宜。為增強綠化帶的滲水和蓄水效果，可以選用透水性能較好的材料，如新型透水磚等，并在道路兩側種植耐旱植物，在輔助排水的前提下，美化道路。

(4)路緣石與邊溝的設計方法。在設計道路路緣石時，可將道路面積作為主要依據，選擇比地面略高的路緣石，并采用打孔的方式，解決水流緩慢的問題。雨水口位置處的路緣石，必須加裝攔污篦子，防止雜物過多造成排水口堵塞，影響雨水排出。設計邊溝時，可以采用上文中的植草溝，在確保道路美觀性的基礎上，凈化雨水。按照道路所在地的地勢條件，對植草溝的長度和寬度進行合理設定，當植草溝設置在低洼區域時，可適當增大邊高。

3 結束語

綜上所述，海綿城市在解決路面積水問題方面具有顯著的效果。為此，可在城市道路排水設計中，引入海綿城市的理念和方法，結合實際情況，對機動車道、人行道以及綠化帶進行合理設計。未來一段時期，要加大相關技術的研究力度，通過優化和改進，使技術更加完善，更好地為城市排水工程服務。