城市道路建設中“海綿城市”理念應用研究：以慶陽市安化東路建設項目為例

閆玉慧

（北京市市政工程設計研究總院有限公司蘭州分院，甘肅 蘭州 730070）

慶陽市屬黃土高原丘陵溝壑區，植被稀少、降雨集中，致使水土流失嚴重，平均土壤侵蝕模數每年為6 898 t/km2。西峰城區現狀供水廠僅有1座，出廠水經過三級加壓泵站送至城區供水管網。目前，供水系統采用單管輸水，供水安全保障性差，由此而引發的慶陽市“海綿城市”建設，是以解決城市水資源短缺、固溝保塬為出發點，采用海綿化措施綜合統籌建設“海綿城市”。慶陽市安化東路進行建設的過程中，充分利用了“海綿城市”理論，并將其付諸實踐。本文將以安化東路建設項目為例，對城市道路建設中“海綿城市”理念的應用進行分析與研究，以供參考與借鑒。

1 研究意義和內容

“海綿城市”建設是一項復雜的系統工程，對城市道路建設中“海綿城市”理念的應用進行分析與研究，總結對于城市道路橫斷面側綠化帶大于2 m及濕陷性黃土地區城市道路海綿化建設的理論、實踐和問題。

2 工程概況

2.1 工程基本情況

慶陽市安化東路為東西走向的城市主干道路，東側連接北京大道，西至傅玄路，道路為50 m寬的雙向六車道，道路限速40 km/h，全里程0.84 km，道路兩側為行道樹及分車綠化帶，綠地面積為8 266 m2，其中中央綠化帶6.0 m寬，路側綠化帶3.0 m寬，具有較好的海綿設施布設條件。

2.2 工程建設條件

慶陽市屬于典型的大陸性氣候，其冬季盛行風為西北風，夏季盛行風為東南風；冬冷且天氣晴朗，夏熱且潮濕多雨；降水量南多北少，降雨主要集中在7—9月，雨水資源時間分布不均；洪峰流量大，對黃土侵蝕嚴重。其場地區域構造地處陜甘寧盆地南側，是“山”字形構造體系。慶陽市第四系地層結構主要由填土層、馬蘭黃土層、離石黃土層等土層構成。

3 道路海綿措施總體思路

道路海綿化建設著力于對傳統雨水快排方式的改變，通過源頭消減和系統處理的方式，將硬質下墊面產生的徑流雨水，利用道路兩側的帶狀綠地及機非隔離帶進行匯流消納，超標雨水溢流至市政管網，通過海綿設施對雨水進行控制，完成雨水“自然積存、自然滲透與自然凈化”的過程[1]。

3.1 道路建設目標

《慶陽市海綿城市建設專項規劃》對不同的建設項目提出了各自相應要求。安化東路海綿建設總體控制目標為：年徑流總量控制率大于等于80.6%，污染物控制SS削減大于等于60%，雨水回用率大于等于5%。

3.2 道路建設原則

道路建設原則具體如下：①低影響開發原則。新建城市道路，不能因為布設海綿設施而降低設計重現期。②安全為重原則。綜合采用工程及非工程措施，來提高生物滯留設施等的建設質量和后期維護管理水平，消除安全隱患，保障城市水安全。③適宜性原則。根據道路工程要求、濕陷性黃土地質特性、“海綿城市”措施，有針對性地合理利用下沉式綠地、透水鋪裝、調蓄池等。④可實施性原則。道路海綿化設施要滿足城市經濟發展、地質氣候、道路建設需求和海綿化設施需求。

3.3 設計流程

道路海綿設計，應遵循以下流程：①工程場地現狀及項目設計條件分析?？辈旖ㄔO區域現場，分析道路交通需求、紅線外用地條件、土壤蓄滲特征、周邊水體等相關因素，確定道路徑流的總體流向、匯水區面積以及可能存在的積水點等。②與上位規劃進行對接，確定目標及指標要求。③技術選擇與規模確定。根據道路紅線內外的地形情況、綠地面積，選擇適宜本項目的“海綿城市”建設技術路線和措施，確定建設內容和規模。④方案設計。根據確定好的技術路線及措施，進行道路的平面與豎向設計，提出項目的總體設計方案。⑤海綿指標復核。對照規劃規定的本項目海綿指標，分別測算提出的不同設計方案所對應的年徑流總量控制率等指標是否滿足要求，直至指標達標。⑥設計實施。按照前面確定的最終建設設施內容和規模，進行總體的設計和實施。

4 總體建設方案

4.1 雨水徑流流程

車行道/非機動車道降雨通過開口路緣石排入下沉式側綠化帶，經下沉式綠帶內緩沖區，消減雨水對生物設施的沖擊，去除雨水中的大顆粒物質，在下沉式綠地內設置溢流井，保障雨水峰值排放要求和保護生物設施減少沖擊；雨水經生物滯留設施對植物的徑葉的攔截、土壤過濾、植物根系的吸收去除雨水中的污染物質，凈化后的雨水經埋設在礫石導排層中的雨水收集穿孔管、雨水管網構建的雨水收集系統排向集蓄利用設施，超標雨水通過設置在綠化帶中的溢流井排入雨水管網[2]。

4.2 海綿措施

鑒于慶陽市西北地區濕陷性黃土的自然條件特點，從整體措施方案來講，構建“蓄排為主、凈用為輔、適度滲透”的海綿技術措施體系。

4.2.1 滲透技術

滲透技術是雨水源頭污染控制的重要環節和地表徑流控制的關鍵環節，結合道路條帶平面布置、慶陽市濕陷性黃土地質，本設施對凈化雨水功能、徑流總量控制、污染物去除率、經濟性這4個指標進行分析。道路主要由硬質地面和綠化設施2大類組成，本工程對這2類設施進行對比分析選擇。

硬質地面選擇：市政道路積雨主要集中在車行道和人行道，由于場地地質為濕陷性黃土，同時考慮到道路行車的安全，因此，車行道采用非透水結構，人行道采用透水磚鋪裝。

綠化設施選擇：本工程選擇復雜性生物滯留設施，凈化、收集雨水。

4.2.2 存儲技術

存儲技術是對雨水利用率及徑流量排放進行控制的主要技術手段之一，在安化東路的設計過程中，對雨水集蓄功能、經濟適用性及徑流量控制等指標進行分析，安化東路使用徑流量控制強、建造維護費用低的雨水回用蓄水池。

4.2.3 截污凈化技術

對雨水進行截污凈化，是將雨水進行資源化的重要基礎，其截污凈化設施在建設過程中需要與雨水收集系統及道路綠化系統進行結合。因此，在安化東路海綿道路建設中，選擇可以對大型雜物進行攔截的開口路緣石，甄選能使初期污染雨水棄流的截污提籃，選擇可對中期及后期雨水進行滲透的生物滯留設施。

4.3 設計方案

4.3.1 常規雨水排放設計方案

安化東路為東西走向城市主干道，結合慶陽市“海綿城市”總體規劃及《室外排水設計標準》要求，本區域常規雨水管道標準為2～3年，本次設計雨水管道標準為3年。本次設計年徑流總量控制率為90%，對應降雨量為17.88 mm；在降雨量小于等于17.88 mm的降雨場次，雨水經過開口路緣石進入下沉式側綠化帶，最終下滲被植物根系吸收或進入雨水儲蓄設施，雨水不外排。安化東路雨水管雙側布置，管徑為DN500～DN1 400，埋深1.8～3 m，雨水管道最終匯入規劃下塬排放口。

4.3.2 超標雨水排放設計方案

如前文所述，當降雨量小于17.88 mm時，雨水不外排；當降雨量大于17.88 mm時，道路兩側下沉式綠化帶出現積水。為了排放超過綠化帶下滲吸收能力部分的雨水，本設計考慮在側綠化帶局部低處設置溢流井，約每40 m設置一座。溢流井低于道路地面標高0.05 m，避免超標雨水進入道路。

根據要求，本次道路雨水系統設計應達到30年一遇暴雨不內澇，由于本道路管道系統為雨水主干管，因此需統籌考慮整個排水分區雨水管線的布置。通過水力模型模擬計算分析，在下游管道排水順暢不發生雍水的情況下，本次設計的雨水管道處于滿流狀態，地面不存在積水現象，滿足30年一遇暴雨不內澇的需求。

4.4 海綿指標復核計算

4.4.1 海綿設施蓄水容積計算

本設計范圍內雨水徑流總量控制容積，根據《海綿城市建設技術指南》推薦采用容積法計算，即：

式（1）中：V為設計調蓄容積，m3；H為設計降雨量，mm，本工程取17.88 mm；φ為綜合雨量徑流系數；F為匯水面積，hm2。

本工程主要海綿設施為：生物滯留設施、人行道透水鋪裝和調蓄池。綜合雨量徑流系數計算如表1所示。

表1 徑流系數計算表

經計算，綜合徑流系數為0.6，則設計徑流目標控制量為478.36 m3。

4.4.2 海綿設施布設后年徑流總量控制率計算

海綿設施布設后，對海綿設施蓄水容積及年徑流總量控制率進行計算。具體計算如表2所示。

表2 海綿設施蓄水容積及年徑流總量控制率計算

海綿設施控制的降雨量=海綿設施蓄水容積/10/徑流系數/工程面積。經計算，海綿設施布設后，年徑流總量控制率可達到94%

4.4.3 徑流污染削減率復核

本工程雨水設施對SS去除率參照《海綿城市建設技術指南》取值范圍。其中生物滯留設施和透水鋪裝對SS去除率分別以80%、85%計。

布設的海綿設施污染削減率和面積加權平均后，計算可得海綿設施平均徑流污染削減率為81.60%，則年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×海綿設施平均徑流污染削減率，即為76.7%。

4.4.4 雨水資源回用率計算

慶陽作為西北地區缺水型城市，水資源是極其寶貴的。為加強雨水回用，本工程通過一系列措施對雨水進行了有效收集、過濾、儲存及回用[3]。

雨水回用主要用于景觀補水、道路澆灑及綠化澆灑。

雨水資源回用率計算如表3所示。

表3 雨水資源回用率計算

經計算，雨水資源回用率為5.6%，滿足系統化方案中5%的指標要求。

4.4.5 海綿設施中植物配置要點

綠地是“海綿城市”建設中收集、凈化雨水的重要組成部分，因此對綠地中植物的配置提出了更高的要求。首先，滿足耐澇屬性，使景觀植物在雨洪期間匯集雨水的生態滯留區能夠正常生長；其次，滿足耐旱屬性，使景觀植物在干旱期有頑強生命力；最后，滿足根系發達，凈化能力強的屬性，能夠對雨水徑流沖刷帶來的面源污染物進行凈化。

5 結論

綜上所述，市政道路通過海綿設施布設后，能實現“徑流雨水源頭減排”的設計理念；同時，針對濕陷性黃土地質特征，提出了適宜的海綿設施和技術路線；其次，對低影響開發設施（微排水系統）、排水管渠設施（小排水系統）及超標雨水排放設施（大排水系統）3大排水系統分別進行了論述，3大系統相互補充、相互依存，是海綿城市建設的重要基礎元素；最后，對道路海綿化設計的程序和內容做了總結展示。相信隨著系統化全域推進“海綿城市”的建設，有關“海綿城市”的建設在理論和實踐上都會積累和收獲大量的經驗。