海綿城市建設下的城市道路排水優化設計研究

唐方園 方毅

寧波市鎮海規劃勘測設計研究院 浙江 寧波 315202

近年來，隨著城市化進程的加快，城市雨水內澇時有發生，內澇頻率呈明顯上升趨勢，且積水、內澇點（區）技術改造難度大，積水、內澇復現頻率高。導致內澇災害頻發的原因眾多，如地勢低洼、極端暴雨、規劃開發導致雨水徑流總量驟增、排水設施布局不合理等[1]。為了應對城市化進程帶來的積水內澇災害頻發、水環境污染等一系列問題，發達國家首先提出了一系列雨洪管理的理論及技術措施，如低影響開發、可持續城市排水系統等。2014年住建部發布了《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）》，提出建設海綿城市是今后我國城市建設的重大任務，要求推廣和應用低影響開發建設模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束。海綿措施可有效增大城市地表入滲量，削減地表徑流量，一定程度上緩解城市道路積水、區域內澇[2]，本文主要分析了海綿城市建設對城市道路排水的意義，并從海綿城市建設角度出發提出城市道路排水系統的優化設計建議。

圖1 城市積水內澇

1 海綿城市建設對道路排水的意義

“海綿城市”不僅是城市雨洪管理的概念，更是一種新的城市發展理念，在該理念下，城市的開發建設模式由傳統粗放的建設模式轉變為文明、生態的建設模式。隨著海綿建設理念的推廣，海綿城市理念已融入城市建設的各個方面，對城市道路的規劃設計具有重要意義，海綿相關設施的布置能有效減少雨水污染、減少道路積水、城市內澇災害、有效補充地下水資源[3]。具體而言：（1）在道路排水設計中融入“生態、環保、可持續”等海綿城市理念，增加了排水系統的“彈性”，使城市變得像海綿一樣，能更好滿足城市發展、城市管理和居民生活的多元化需求，能更好的適應環境變化、應對雨水等自然災害[4]。（2）在綜合考慮城市規劃的基礎上，堅持海綿城市建設理念對城市道路排水工程進行優化，使城市道路排水工程具備雨水收集、處理、存儲、滲透、凈化、循環利用等多重功能，增強城市的排水、防洪、防澇能力，解決城市道路積水、城市內澇、雨水徑流污染等問題，減少其對城市交通和出行造成的不良影響，減少水污染問題[5]。（3）海綿城市建設下的城市道路排水優化設計，減少了道路積水、雨水下滲等對道路結構安全穩定性、承載力等造成的影響，減少瀝青路面松散、剝落，路肩和邊坡遭受雨水的沖刷和破壞等問題的出現，延長道路的使用壽命[6]。（4）在海綿城市理念建設下，利用雨水回收等裝置，實現雨水的簡單過濾、凈化和存儲，為城市水資源利用提供補給，提高水資源利用效率[7]。

2 城市道路排水工程規劃設計的現狀和問題

傳統的道路雨水收集模式為“地表徑流→雨水口→市政管網→河道”，該模式存在以下問題：（1）內澇風險：暴雨時，道路上快速形成大流量徑流，峰值疊加導致市政雨水管網負擔加重，存在積水、內澇風險；（2）河道污染問題：道路雨水徑流中夾雜垃圾、灰塵等污染物，污染物隨市政雨水管網直接入河，易造成河道污染，影響水環境；（3）水生態問題：隨著城市發展，地面硬化面積快速增加，雨水下滲量減少，且在傳統道路雨水排放模式中，雨水快速排河，影響地下水資源的綜合供給，對水生態環境、水資源利用均有不利影響[8]。

根據不同道路的排水需求，需對人行道、車行道、綠化帶、道路附屬設施等進行規劃設計，以滿足實際需求。但是，在實際部分城市道路排水系統設計中也存在多種問題，進而導致城市道路排水能力不足、水資源利用率低，不符合海綿城市建設的目標要求等，如：（1）缺乏對城市規劃情況的綜合考慮，對城市道路分布、地形地勢和環境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環利用等的考慮不充分，影響了排水系統設計的科學合理性，進而影響城市道路排水系統功能作用的發揮；（2）城市道路排水管網包括污水管道系統、雨水管道系統、合流制管渠系統等，由于前期的調查勘察不細致、資料分析不全面，對排水管網規劃圖、布置圖、排水量、排水點、地面排水坡度、管溝挖設深度等缺乏準確的把握，管道長度和位置、管道敷設、管材等級等不符合實際要求，影響城市道路排水功能，導致排水能力不足、效率不高的情況出現，這是城市內澇和道路積水的主要誘因之一；（3）部分城市道路排水往往只考慮如何提高排水能力的問題，缺乏對海綿城市建設和水資源循環利用的綜合考慮，導致設計的道路排水系統水資源儲備和應用水平不高[9]。

城市化進程的加快導致地面雨水徑流增加、雨水峰值時間集中，進而使得城市排水系統壓力日漸增大，城市道路排水系統作為城市排水系統的一個重要組成部分，其面臨的壓力也日漸增大。城市道路排水系統是一項重要且復雜的基礎設施工程，針對此系統的優化已做了大量研究并提出了一系列的優化措施，但面對不同區域環境的多樣性，不同建設理念下的城市道路排水系統仍有優化的需要[3]。

3 海綿城市建設下的城市道路排水優化設計對策和建議

3.1 優化設計理念

海綿城市建設下的城市道路排水優化設計，既要考慮解決城市道路積水、城市內澇、雨水徑流污染等問題，也需要對海綿城市建設和水資源循環利用進行綜合考慮，將水資源循環利用和海綿城市理念融入排水設計全過程，以促進城市道路排水功能的持續優化。

第一，在規劃設計中，充分認識到海綿城市建設的重要性，并做好相關的宣傳工作，同時向規劃設計部門展示海綿城市建設的成果、分享海綿城市建設的經驗，以確保規劃設計部門對此有更深入的認識，確保在城市道路排水優化設計工作中能夠科學的融入海綿城市相關理念、技術、方法、政策和法規等，使城市道路排水設計符合海綿城市的多元化要求[10]。

第二，城市道路排水設計需要考慮和分析的因素眾多，為確保設計的科學合理性，需促進各種現代化技術和工具的應用，如促進BIM技術和計算機技術、大數據庫等的利用，構建立體化的工程模型，將城市道路排水設計以更直觀的方式展現出來，方便找準設計中的不足，對設計持續優化，當需要對設計進行調整的時，只需在模型中修改相應參數即可，同時，城市道路排水的優化設計也需實現對相關數據信息的高效化整合和利用，實現市政、承建、交通等單位和部門數據信息的有效整合，為城市道路排水設計提供更全面的數據信息參考，建立完善信息數據庫，實現對城市交通布局、區域降水、排水系統和管線設計情況、排水系統效果等相關數據信息的有效收集、存儲和分析利用，為城市道路排水設計提供更全面的數據信息參考。

第三，海綿城市建設下的城市道路排水優化設計，需要持續完善的設計體系，對城市道路分布、地形地勢和環境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環利用等充分考慮，對城市道路排水施工條件、降水特征、雨洪管理需求、設計環境和常見影響因素等準確把握，在基礎方案上不斷細化設計方案，體現“海綿城市”理論，保證雨水排放、凈化系統設計合理，減少對原有的河流、濕地、渠等“海綿體”的影響，保證水循環系統設計合理，并與排水系統、溢流排放系統等科學連接等[11]。

3.2 優化排水管線設計

城市道路排水設計需結合城市規劃與建設情況進行。

第一，設計前要對城市檔案進行深入分析，并對現狀做好勘察勘探工作，綜合考慮和分析城市道路分布、地形地勢和環境條件、雨水和污水排放需求、排水峰值大小、水資源循環利用等，確保對此有準確把握，在此基礎上對城市道路排水系統及管線持續優化設計，以確保滿足實際需求。例如，城市道路排水管線設計時，要確保其具備一定的“彈性”，同時需對城市強降水、長時間降雨的排水需求、排水峰值大小等充分考慮，確保管網的尺寸、材料、主干管道數量等符合排水需求，擁有良好排水效率。

第二，排水設計需要準確把握排水管網規劃圖、布置圖、排水量、排水點、地面排水坡度、管溝挖設深度等，以確保管敷設和施工規范。

第三，海綿城市建設理念下，利用下凹綠地、生物滯留溝等海綿設施對雨水進行收集、過濾、凈化，可用于綠化澆灌、補充地下水等，進而實現雨水的循環利用。需要注意的是，城市道路排水管網設計最重要的一個目標是滿足排水需求，有效解決城市道路積水、城市內澇問題。因此，雨水利用管線設計應以良好排水為前提，在此基礎上考慮雨水回收利用[12]。

3.3 優化道路綠化排水設計

道路綠化景觀是城市道路的一個重要組成部分，需要對道路綠化景觀進行科學設計，使其具備多重功能，在分隔城市交通、緩解駕駛疲勞、美化城市環境、凈化空氣等多方面發揮好作用，使其價值得以最大化的體現。在道路綠化景觀規劃設計時，要對道路的實際情況和功能、基本要求等有全面的認識，因地制宜，確保道路綠化帶、植被選擇、綠化布局等更合理和科學。

第一，海綿城市建設下的城市道路排水優化設計，對道路綠化設計提出了更高要求，在滿足道路綠化基本功能需求的同時，也需擁有一定的排水、儲水等效果，實現對城市排水過濾系統的持續優化。例如，對城市道路分布、地形地勢和環境條件、降水情況和峰值大小等充分考慮，并考慮在強降水、長時間降雨時，如何快速排水，減少其對綠化植被造成的不良影響。

第二，通過在綠化中設置雨水花園、下凹綠地等海綿設施，實現對徑流雨水的過濾凈化，以免造成管道堵塞，影響排水能力，同時過濾掉雜物后的雨水回收起來，用作城市綠化灌溉等；在地面鋪設時，多采用一些透水性能好的材料，并規范的在道路綠化帶下設置碎石溝，以有效提升道路的下滲能力，實現多余積水的收集。第三，需要結合綠化帶設計情況，以及周圍的地形、地勢、走向等，對綠化帶周圍的排水管道優化設計，確保擁有良好的排水能力，降低綠化帶儲水負擔，減少雨水淹沒綠化帶之類情況的發生[13]。

3.4 優化車行道排水設計

優化車行道排水設計，確保其能快速排水，避免出現道路積水等問題，以免影響城市道路的使用壽命。例如，在道路施工的時候，路面施工采用透水瀝青混凝土，使城市道路擁有良好的滲水性、透水性，減少地表徑流、地面積水對路面造成的影響和破壞，一定程度上有助于降低瀝青路面松散、剝落等病害問題的該發生幾率。在車行道排水規劃的時候，需要綜合考慮道路的走向和坡度等，既不能影響行車的安全舒適性，也要提高道路的排水能力，同時避免道路結構出現嚴重滲漏問題[14]。

3.5 優化人行道排水設計

對人行道排水設計的優化有助于提高海綿城市建設的整體效果。人行道的排水優化設計需在保障行人出行的便利性和安全性的基礎上進行。人行道要選擇透水性好的材料，如透水性地磚，使其擁有良好的雨水下滲能力，以免在陰雨天的時候，出現道路積水、打滑的情況，保證行人安全。

3.6 優化附屬設施設計

海綿城市建設，要求城市具備良好的雨洪管理能力，有效解決城市道路積水、城市內澇、雨水徑流污染等多方面的問題，這一過程也需要對城市道路附屬設施的排水進行優化設計。如，對城市道路側石開孔，以便車行道雨水排入下凹綠地。此外，在附屬設施規劃設計時，要做好綠化、車行道等的標高銜接，以便雨水排放。

4 結束語

加強海綿城市建設是新時期城市規劃和設計的一個重要方向，符合綠色發展和可持續發展的要求，有助于優化城市功能，滿足城市多元化需求。城市道路排水作為城市排水工程的一個重要組成部分，在規劃設計時，需將“海綿城市”理念融入每一環節，堅持對城市道路管線、道路綠化排水、車行道和人行道排水、附屬設施排水等進行優化設計，確保排水工程建設符合海綿城市建設的要求，既滿足雨水排放需求，也能實現雨水資源循環利用。