高速公路海綿服務(wù)區(qū)LID設(shè)施研究

韋 瑋 楊 青

高速公路海綿服務(wù)區(qū)LID設(shè)施研究

韋 瑋 楊 青

（廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530022）

文章以海綿城市建設(shè)理論為依據(jù)，采取低影響開(kāi)發(fā)理念，選取滲透路面、滲透式植草排水溝、綠色屋頂、集雨綠色生態(tài)系統(tǒng)、土壤入滲改良劑、滲排一體化系統(tǒng)等作為海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)的應(yīng)用設(shè)施，進(jìn)行了建設(shè)要點(diǎn)研究分析，為高速公路海綿服務(wù)區(qū)LID設(shè)施的選取提供借鑒。

高速公路；服務(wù)區(qū)；海綿；雨水利用；LID設(shè)施

引言

近年來(lái)我國(guó)高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，與此同時(shí)服務(wù)區(qū)的數(shù)量也隨之不斷增加。在當(dāng)前“綠色交通”已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略決策這一背景下，服務(wù)區(qū)建設(shè)需要堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的理念，積極開(kāi)展低碳節(jié)能設(shè)計(jì)[1]。廣西是全國(guó)降水量比較多的地區(qū)之一，大部分地區(qū)年平均降雨量處于1 200 mm～2 200 mm范圍，雨水資源豐富，在高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中，結(jié)合實(shí)際情況，可借鑒海綿城市技術(shù)體系，建設(shè)海綿服務(wù)區(qū)，針對(duì)服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)綠地、廣場(chǎng)、道路、屋頂?shù)炔煌恢盟a(chǎn)生的徑流，進(jìn)行收集、下滲和儲(chǔ)存利用，可以達(dá)到充分利用水資源、涵養(yǎng)地下水，控制雨水徑流污染、減輕地方防洪壓力的目的。

1 傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)雨水管理現(xiàn)狀

傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)建設(shè)對(duì)自然環(huán)境的破壞比較大，且忽略雨水的生態(tài)作用和利用價(jià)值，雨水利用程度較低，歸納起來(lái)在雨水管理模式上表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：（1）服務(wù)區(qū)路面硬化鋪裝、建筑屋面的建設(shè)等都極大地降低了服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)的植被覆蓋率、不透水面積比重較大，導(dǎo)致地表原有的吸水儲(chǔ)水能力遭到破壞，綜合徑流系數(shù)約為0.9，雨水匯集速度快、徑流峰值流量高，給排水管網(wǎng)設(shè)施帶來(lái)較大壓力[1]；（2）傳統(tǒng)服務(wù)區(qū)排水系統(tǒng)建設(shè)理念以“快排”為主，雨水處理大多通過(guò)管道迅速排放到服務(wù)區(qū)以外的農(nóng)田或河流中，雨水資源利用率低，而與此同時(shí)，服務(wù)區(qū)由于遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，取用水成本大，區(qū)域內(nèi)綠化維護(hù)成本較高；（3）服務(wù)區(qū)排水設(shè)施和雨水管網(wǎng)規(guī)模偏小，在夏季等雨量較大的季節(jié)，很難對(duì)雨水進(jìn)行快速排放，容易導(dǎo)致服務(wù)區(qū)排水不通暢及路面積水等問(wèn)題。

2 海綿服務(wù)區(qū)LID設(shè)計(jì)方案

圖1 LID設(shè)施應(yīng)用設(shè)計(jì)方案

一般而言，高速公路服務(wù)區(qū)可利用范圍較大，適宜以低影響開(kāi)發(fā)（LID）為建設(shè)理念進(jìn)行海綿化設(shè)計(jì)。根據(jù)區(qū)域一般特征及徑流流向，服務(wù)區(qū)可以大致分為：行車及停車區(qū)域、房屋建筑區(qū)域、休閑及人行道區(qū)域、傳統(tǒng)綠地區(qū)域等，可用的LID設(shè)施為滲透型、調(diào)節(jié)型、轉(zhuǎn)輸型、儲(chǔ)蓄型以及截污凈化型。結(jié)合高速公路服務(wù)區(qū)自身特點(diǎn)，進(jìn)行雨水利用系統(tǒng)LID設(shè)計(jì)可以參考圖1。

3 海綿服務(wù)區(qū)LID設(shè)施應(yīng)用

3.1 滲透路面

傳統(tǒng)高速公路服務(wù)區(qū)建設(shè)中，為了施工便捷往往將路面結(jié)構(gòu)保持與主線相同，路面透水性能不佳，這是服務(wù)區(qū)排水不暢的主要原因之一，而采用路面各層具有較大孔隙率的滲透地面，可以促進(jìn)雨水的快速下滲。高速公路服務(wù)區(qū)路面承載力要求比較高，因此透水路面可以應(yīng)用在休閑及人行道區(qū)域。根據(jù)面層鋪裝的不同，透水路面可以分為透水性路面和透水磚路面，其中透水性路面主要包括透水瀝青路面和透水水泥路面。透水瀝青路面面層采用孔隙率較大（15%～20%）的材料進(jìn)行鋪筑，使降雨可以通過(guò)孔隙快速下滲到結(jié)構(gòu)層，有效減少區(qū)域地表徑流總量，并能對(duì)地表徑流進(jìn)行初步凈化。按照不同的使用場(chǎng)合和功能，透水瀝青路面可以分為三種類型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型[2]，三種類型的透水瀝青路面對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 不同類型透水瀝青路面對(duì)比

透水水泥路面是以孔隙數(shù)量較多且連續(xù)的透水水泥混凝土修建。在建設(shè)過(guò)程中，要注意橫縫鋪設(shè)的距離間隔宜為4 m～6 m，縱縫的鋪設(shè)間距應(yīng)根據(jù)路面寬度在3.0 m～4.5 m之間取值；當(dāng)與雨水口、排水邊溝等連接時(shí)，還需要在連接處設(shè)置漲縫[2]。按照透水程度，透水水泥路面可以分為半透水結(jié)構(gòu)、全透水結(jié)構(gòu)，兩種類型路面對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 不同類型透水水泥路面對(duì)比

另外，透水磚路面是指應(yīng)用透水磚作為道路面層材料，且具有一定孔隙及厚度的路面，該路面結(jié)構(gòu)施工較簡(jiǎn)單，具有減少地表徑流、增加雨水滲透能力以及調(diào)節(jié)局部地區(qū)小氣候等優(yōu)點(diǎn)[3]，可以應(yīng)用于服務(wù)區(qū)的人行道或休閑區(qū)域等。透水磚的應(yīng)用一般要求土基的水力傳導(dǎo)系數(shù)大于0.001 mm/s，并且道路透水底基層距離地下水面距離應(yīng)大于1 m，以減小地下水位對(duì)滲透能力的影響[2]。

3.2 滲透式植草排水溝

滲透式植草排水溝簡(jiǎn)稱植草溝，是指利用地表溝渠進(jìn)行植被的種植，雨水通過(guò)重力流收集后，在溝渠中經(jīng)滲透、過(guò)濾、沉淀、吸收和生物降解等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)削減徑流和水質(zhì)初步凈化的目的。植草溝通常由過(guò)濾層和排水管道兩個(gè)部分組成，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，適合地下水位相對(duì)較低的地區(qū)選用，一般可用于服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)、行車道和廣場(chǎng)等區(qū)域。植草溝修建和維護(hù)成本較低，截留及凈化效果良好，但它對(duì)地形有一定的要求，縱坡不宜過(guò)大否則會(huì)導(dǎo)致水流過(guò)快，減弱截留和凈化效果；另外在夏季容易出現(xiàn)蚊蠅或者異味問(wèn)題，需增加一些衛(wèi)生防護(hù)措施。

3.3 綠色屋頂

綠色屋頂是指在建筑物或構(gòu)筑物的屋頂、天臺(tái)等種植綠色植物，不僅可以削減徑流、凈化雨水，同時(shí)還可以改善生態(tài)環(huán)境以及屋頂溫度及性能等。根據(jù)種植模式，綠色屋頂可以分為粗放型、半密集型和密集型三種形式，它們之間的主要區(qū)別見(jiàn)表3。

表3 綠色屋頂類型及特征

不管是平屋頂還是坡屋頂都可以進(jìn)行綠化屋頂設(shè)計(jì)。但需要注意的是，坡度較小時(shí)調(diào)蓄效果較好，坡度較大時(shí)有利于排水，一般選用的坡度多小于15°[6]。在植物的選用中，應(yīng)優(yōu)先選擇適應(yīng)性強(qiáng)的本土植物，盡量選取植株較小和低矮的種類，以減輕屋頂荷載負(fù)荷。除了建設(shè)綠色屋頂，針對(duì)規(guī)模較小的服務(wù)區(qū)，還可以采用雨水桶作為收集屋頂雨水的裝置[4]。

3.4 集雨綠色生態(tài)系統(tǒng)

集雨綠色生態(tài)系統(tǒng)主要包括下凹式綠地和雨水花園。下凹式綠地，是指綠地高程低于周邊地面高程，這樣可以利用高差匯集地面徑流，通過(guò)綠地良好的入滲性能實(shí)現(xiàn)減少排水、涵養(yǎng)水分，其典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。下凹式綠地建設(shè)的關(guān)鍵是高程，要確保綠化區(qū)域高程必須低于道路高程，以便地表徑流能夠順利進(jìn)入綠地，而溢流口高程應(yīng)高于綠化區(qū)域且低于道路[2]，當(dāng)遇到雨量較大的情況，溢流口能將過(guò)量的雨水排入排水管網(wǎng)，防止綠植長(zhǎng)期浸泡于水中。地表徑流在經(jīng)過(guò)綠地的過(guò)程中，不僅水量被削減，同時(shí)由于綠地滲透、沉淀、截留的作用，水中部分污染物也得以去除。

圖2 下凹式綠地典型結(jié)構(gòu)

雨水花園是指天然或人工建造的凹形綠地，被用來(lái)匯集來(lái)自屋面和地面的雨水，利用植物和種植土壤層的綜合作用消納雨水并起到一定的凈化作用，其典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。其中蓄水區(qū)是消納雨水的主要空間，其深度推薦值為20 cm～30 cm[2]。雨水花園主要應(yīng)用于建筑、停車區(qū)等不透水下墊面周邊綠地，可以結(jié)合服務(wù)區(qū)所在地區(qū)特色進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有良好的景觀價(jià)值。

圖3 雨水花園典型結(jié)構(gòu)

3.5 土壤入滲改良劑

針對(duì)土壤滲透系數(shù)偏小的服務(wù)區(qū)，為了強(qiáng)化雨水入滲效率，還可以采用化學(xué)措施來(lái)調(diào)控降雨徑流，提高雨水利用率。其中應(yīng)用得較廣泛的是利用高分子聚合物改良劑，如聚丙烯酸、聚乙烯醇等。它們可以在一定程度上提高天然團(tuán)粒的穩(wěn)定性，并使得分散性礦物質(zhì)顆粒形成人工團(tuán)粒，增加土壤團(tuán)粒的含量，改善土壤孔隙度、通氣性及透水性等條件[5]，在提高雨水滲透率的同時(shí)增加了土壤的最大持水量及土壤容重。據(jù)研究[6]，京港澳高速公路駐信段信陽(yáng)服務(wù)區(qū)土壤以亞粘土為主，土壤滲透系數(shù)偏小，在改擴(kuò)建工程中采用聚丙烯酸按4.8%～6.0%的濃度進(jìn)行強(qiáng)化入滲，土壤滲透率由原來(lái)的5.5×10-6m/s增加到8.53×10-6m/s，有效地減少了雨水的徑流量。

3.6 滲排一體化系統(tǒng)

滲排一體化系統(tǒng)是指雨水通過(guò)埋設(shè)于地下的滲透管渠、多孔管材或多孔雨水檢查井向四周土壤滲透，兼具雨水的儲(chǔ)存、收集、排放等多重功效的綜合性雨水利用設(shè)施，可以用于服務(wù)區(qū)機(jī)動(dòng)車及停車范圍外的區(qū)域。圖4為滲排一體化系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)剖面圖，在該系統(tǒng)中，雨水通過(guò)滲透管道和滲透井滲入，一部分可以存儲(chǔ)在周圍砂石層、滲透管或者滲透井內(nèi)，當(dāng)遇到雨量較大的時(shí)候，溢出的雨水可以從系統(tǒng)中排放至雨水處置或者回用系統(tǒng)。

圖4 滲排一體化系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)剖面圖

4 結(jié)論

綜上所述，海綿服務(wù)區(qū)的建設(shè)可以有效地提高雨水利用率，實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約與開(kāi)發(fā)。基于高速公路服務(wù)區(qū)特點(diǎn)，可以采用滲透型、調(diào)節(jié)型、轉(zhuǎn)輸型、儲(chǔ)蓄型以及截污凈化型等LID設(shè)施，能夠推進(jìn)服務(wù)區(qū)再生能源利用，協(xié)調(diào)高速公路服務(wù)區(qū)水資源循環(huán)系統(tǒng)的平衡，助力綠色交通建設(shè)。

[1]王峰，顏正惠，黃偉樂(lè)，等. 城市雨水內(nèi)澇成因及對(duì)策[J]. 中國(guó)給水排水，2017，28(12): 22-24，27.

[2] 李壯. 高速公路海綿服務(wù)區(qū)建設(shè)方案研究[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué)，2021.

[3] 張書函，陳建剛，趙飛，等. 透水磚鋪裝地面的技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)方法分析[J]. 中國(guó)給水排水，2011，27(22): 15-17.

[4] 陸昕. 海綿城市理念下高速公路服務(wù)區(qū)低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)研究[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué)，2019.

[5] 吳普特，馮皓. 中國(guó)雨水利用[M]. 鄭州: 黃河水利出版社，2009.

[6] 李鵬飛. 高速公路服務(wù)區(qū)雨水利用技術(shù)研究—以信陽(yáng)高速公路服務(wù)區(qū)為研究實(shí)例[D]. 西安: 長(zhǎng)安大學(xué)，2011.

Study on LID Facilities in Expressway Sponge Service Area

Based on the theory of sponge city construction, the paper adopts the concept of low impact development, selects permeable pavement, permeable grass planting drainage ditch, green roof, rain collection green ecosystem, soil infiltration improver and infiltration and drainage integrated system as the application facilities for the construction of sponge service area, carries out research and analysis on the key points of construction, and provides reference for the selection of LID facilities in expressway sponge service area.

expressway; service area; sponge; rainwater utilization; LID facilities

U417

A

1008-1151(2022)12-0058-03

2022-09-27

2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“綠色交通背景下高速公路開(kāi)放式服務(wù)區(qū)環(huán)保綜合設(shè)計(jì)研究”（2021KY1134）。

韋瑋（1981－），廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，碩士，從事土木交通類教學(xué)和研究工作。