“海綿城市”理念在市政道路設計中的應用

文／翟雪、謝得璞 沈陽市市政工程設計研究院有限公司 遼寧沈陽 110000

引言：

在城市化不斷發展背景下，我國對于水資源的管理提出的要求也越來越高，但就目前現狀看來在受到氣候變化、洪澇災害、水質污染等影響，就會在一定的程度上給城市的發展造成阻礙。在這種背景下加強市政道路設計，充分的“海綿城市”理念應用到實際當中，能夠給優化這些問題提出更好的設計策略。因此對“海綿城市”理念在市政道路設計的方式進行探討，明確相關的設計策略有助于提高城市發展水平。

1.“海綿城市”理念

在市政道路設計過程中，“海綿城市”理念它屬于一種城市規劃以及設計理念，目的在于對城市的水資源進行有效管理，從而避免洪澇災害等問題的出現，同時還能夠改善水質條件，提高城市的生態可持續性。“海綿城市”理念主要核心思想是把城市打造成一個類似于海綿體的整體結構，從而具備吸水儲水凈化水釋放水的功能，應變氣候變化以及城市變化產生水資源的影響。“海綿城市”理念的主要特征包括集雨和儲水設施，通過城市規劃師和設計師將城市中的建筑、道路和其他基礎設施納入水資源管理體系中，包括雨水收集系統、蓄水池和地下儲水設施，以便在降雨時儲存和管理水資源。同樣重要的是水質凈化，通過人工濕地、植物過濾和生物濾池等方式，改善城市水體的質量，減少污染物排放，提高水資源的可持續性。這一理念也將可持續發展與城市的增長和發展相結合，以確保不對環境造成負面影響，同時提高城市居民的生活質量。最后，“海綿城市”還注重氣候變化適應性，使城市更能應對氣候變化帶來的極端降雨和干旱事件，減輕洪澇風險，保護城市的基礎設施和居民的安全[1]。

2.“海綿城市”在市政道路設計中的應用

2.1 綠化帶設計應用

市政道路工程項目中綠化帶是非常重要的組成部分，在整個項目中占比比較大，同時也是道路通行中的重要結構，對于儲存雨水有著重要的意義，所以要科學合理的進行綠化帶設計，其高度應該超過道路本身的高度，總高度執行國家標準要求。在具體綠化設計的環節，對綠化帶的功能展開深入的分析，掌握市政道路工程運行的實際情況，執行規范技術要求，并進行資源優化分配。在具體設計環節全面貫徹落實責任管理制度，加強整個設計階段的監督管理，確保設計方案達到工程的標準，不會對整個市政道路工程運行造成負面的影響。在綠化帶設計階段，考慮到建成綠色城區，并且實現水資源的過濾和滲透，促進水資源利用率的全面提升，也要解決當前管道運行環節存在的問題和偏差，實現城市環境的改善，給人們提供良好的生存環境。在具體設計階段，考慮到實際情況，選擇最佳的設計方法，使得自然水排放速度逐步減慢，促進水體儲存能力的全面提升。綠化帶設計階段可以在雨水口進行明溝設計，然后再進行引流，這種方式即使在降雨量比較大的城市，依然能夠快速進行排水處理，防止雨水在道路淤積而造成城市內澇的現象，也能夠保證水資源充分的利用。綠化帶設計過程中，可以加入一些滲透水的裝置，使得雨水進行滲透過濾處理，然后再進入到城市內部的重要渠道，促進運行效果的提升。在設計環節通過使用立體三維模型的方式，分析綠化帶設計要點以及周邊區域的特點，使得設計方案具備科學性、合理性的要求，進而保證綠化帶設計達到工程運行的標準。綠化帶設計應保證綠化帶具備一定的環保性功能，也能夠調節雨水，保證城市內部正常的通行，不會造成嚴重的交通事故問題，保障人民生命安全。城市綠化帶設計中，道路樹木主要采取灌木和地面植被組合的方式，對行道樹設計環節要考慮到城市建設的需求，并且要設置相應的生態樹池，在區域內進行透水鋪裝使用，快速排出雨水，改善城市的土壤環境，不僅能夠達到雨水凈化的效果，還能為我國海綿城市建設提供支持[2]。

2.2 生態樹池應用

城市道路環境的雨水系統，生態樹池的原理主要是通過透水材料或者是植被覆蓋，對土壤環境進行全面的改造，把生態樹池中的土壤高設定，在鋪裝地面標高的下層能夠實現雨水的滲透以及過濾，達到雨水的處理功能效果。在市政道路設計的階段中，針對城市內部的道路小區以及等各種場所生態樹脂的應用范圍已經廣泛，能夠實現雨水管理環境改善等目標。因此在市政道路設計的階段中，需要結合實際情況，將生態樹脂的方位確定，同時要按照市政道路設計的標準，做好相關結構規格的確定，避免結構過大引起的城市道路交通通行。需要注意的是，在進行生態樹池設計的階段中還要考慮植物種類的搭配，例如采用綠植花卉將相應的色彩元素應用到實際當中，在提高功能的基礎上能夠實現城市道路景觀美觀度的優化，構建出一個宜人的休閑空間，從而提升整體形象。

2.3 車行道設計應用

對市政道路項目進行車行道設計的環節，如果路面采取不透水的設計方式，城市內熱島效應會更加的明顯，所以設計階段應充分發揮出海綿城市的設計原則，具體設計環節不僅要考慮到相關道路的通行功能，還要分析道路結構的本身，掌握其特點，選擇合適的建設材料，從而使得雨水快速完成滲透，避免出現路面嚴重積水的問題。根據市政道路通行的實際情況，選擇符合要求的透水材料，還要加強施工技術的應用分析，進而實現道路通行質量的全面提升，預防出現嚴重的交通事故。在具體設計階段，對整個市政道路進行合理的單元劃分，根據不同區域的要求展開個性化的設計，全面落實海綿城市的設計理念，促進設計效果的全面提升。此外，在市政道路設計階段，要注重排水道路的高度以及深度控制方面，根據現場的具體情況合理設置排水通道，使得周邊的雨水能夠快速進入到排水通道中，避免出現嚴重的城市內澇現象，促進道路通行穩定性的全面提升。

2.4 人行道設計應用

在開展人行道設計環節，需要考慮實際情況，采用透水磚或者是透水混凝土材料作為基礎設施材料，這種材料能夠將雨水快速的滲透到地底下，減少積水的累積。另外，在人行道下部設計的過程中，可以使用雨水收集以及凈化裝置，通過這些裝置能夠捕獲儲存雨水，之后通過系統性的處理，能夠將這些水用于灌溉或者是沖洗道路等用途，這種資源再利用的方式能夠減少自來水的使用降低了水資源浪費的情況。在人行道設計的階段中，針對人行道底部的礫石層結構要做好相應的設計，確保雨水能夠更快的滲透到地底下。一般而言，礫石層制作可以用于雨水的緩沖區減少積水問題的出現，同時還可以結合雨水收集系統把雨水儲入儲存設備當中，能夠減少排水系統的負荷，降低洪水風險，需要注意的是在進行人行道周邊設計時，將明溝區設計在高中可以設置雨水收集裝置，確保雨水出現倒流或者是積水的情況[3]。

2.5 溢流式雨水口應用

溢流式雨水口主要是應用在下沉式綠化帶結構中，該結構的設計高度通常要高于綠化帶種植土5cm 左右。在下沉式綠化帶本身水資源不足的情況之下，需要使用比較多的地表徑流，經過溢流式雨水口進行收集處理，確保雨水口和雨水管道能夠穩定的連接，達到水資源充分利用的效果。溢流式雨水口應用水井蓋的設計方式，使用鑄鐵材質結構，預制混凝土裝配形成。為能夠滿足極端條件之下雨水收集的標準，預留式雨水口應設置在綠化帶高程最低的位置上，井蓋周邊需要設置卵石層結構，厚度為10cm左右，加強覆蓋處理。溢流式雨水口是城市排水系統中極為重要的組成部分，關系到地表徑流的處理效果，所以在雨水口的位置上設置攔污籃，能夠有效的隔絕污染物，防止出現擁堵的現象。在進行設計的環節，結構尺寸要根據現場通行的實際情況進行確定，防止污染物進入到管道之內給整個通行的效果造成不利影響，也能夠優化環保性能，促進整個系統通行效果的提升[4]。

3.“海綿城市”在城市道路設計中的實例分析

3.1 工程概況

3.1.1 建設標準

某城市市政主干道項目的采用“海綿城市”設計理念代表一項創新而可持續的城市規劃和基礎設施設計。這個項目的全長達5.6km，呈雙向四車道的形式，路基斷面寬度達到46m，包括中間分隔帶、機動車道、非機動車道、人行道、綠化帶等多個結構組成。值得注意的是，項目中的一部分瀝青路面采用相當厚度的69cm，以確保路面的堅固和耐用。盡管所在區域地勢變化并不明顯，但城市的氣候特點在項目設計中必須得到充分考慮。這個城市位于亞熱帶季風性氣候帶，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨，年降雨量在988 到1082mm 之間，主要分布在6 月到9 月。這種極端氣溫和季節性的降雨模式增加城市洪澇風險。因此，項目的設計必須考慮到這些氣候因素，以確保城市在極端氣象條件下的水資源管理能力。為滿足國家節能要求，該項目采用一系列“海綿城市”設計特點，包括透水鋪裝、植草溝、生態樹池等結構。這些設計元素的整合旨在實現雨水的收集、儲存、凈化和分流，以減少洪水風險和改善水質。透水鋪裝使雨水滲透到地下，減少表面徑流，同時為城市增加綠化面積。植草溝和生態樹池有助于吸收和凈化雨水，從而提高城市生活環境和降低水資源管理的成本。

3.1.2 設計目標

本文對項目所處地區近20 年的降水量數據進行詳細統計和分析，這些數據為項目的海綿城市設計提供堅實的依據。在這個過程中，首先對這一區域的降雨數據進行排序，從大到小，以便更好地理解降雨分布的特點。這個排序數據呈現在表1 中，它反映不同年份的日降雨量情況。

表1 道路參數控制

3.2 匯水分區面積劃分

本次城市道路項目選擇應用＂雨污分流制＂的設計理念，這是一項創新的水資源管理方法，旨在通過排水系統及時排出雨水，確保道路的可持續性和水質保護。同時，與低影響開發（LID）設施的應用相結合，該系統能夠有效地收集道路表面和兩側的雨水徑流，為城市環境和水資源管理做出貢獻。為確保設計的精確性，首先需要確定匯水面積，這要考慮到道路的平縱線位和地表形式。通過對本項目的分析，發現道路上存在4 個相對高點和2 個相對低點。根據標準原則，將道路劃分為8 個匯水區，每個區域具有不同的面積。這些匯水區的面積分別為8856m2、7656 m2、9328 m2、8155 m2、7863 m2、7782 m2、9016 m2和8522 m2。這個精確的匯水面積的確定對于道路排水系統的設計至關重要，以確保雨水得以及時有效地排出，不會導致洪水問題或水質污染。此外，暴雨強度的計算也是項目設計中的重要環節。通常，暴雨強度的計算需要基于最近10 年的降雨記錄進行分析。不同城市的設計暴雨強度可能存在很大差異，這些差異可能受到降雨歷時和降雨重現期等因素的影響。需要注意的是，在進行方案設計的階段中，需要結合實際情況對這些數據進行全面性的分級審核，保證雨水料的數據具有精確性，一般而言只有將強雨量的量計算出來，才能夠對道路排水系統的范圍以及功能進行劃分，從而確保在極端天氣之下系統能夠有效運行，減少洪水風險以及積水問題的出現，提高道路的功能性[5]。

3.3 海綿城市道路

LID（低影響開發）設施的設計方案在本次城市道路項目中發揮著至關重要的作用，這些方案旨在提高水資源管理效率、改善城市生態系統，同時確保城市的可持續性。（1）透水鋪裝設計：在人行道的結構設計中，采用縫隙透水鋪裝的方法，透水磚制作采用普通硅酸鹽水泥材料，通過預制形成，間隙設置在10mm 左右。透水磚的厚度為10mm，底基層采用20cm 厚度的級配碎石制作，而墊層則采用厚度為5cm 的天然砂礫制作。對于行車道，采用透水瀝青混凝土制作，而不采用傳統的瀝青混凝土，同時，綠色色彩的材料配置增強景觀效果。透水鋪裝的設計有助于雨水的滲透，減少表面徑流，從而有效地減輕洪水風險，同時美化城市環境。（2）開口路緣石設計：根據道路設計要求，設定間隔100m 的開口路緣石，這些開口的標高不超過機動車道的標高3cm，以確保雨水迅速排放到綠化帶內，從而提高排水效果。路緣石的安裝高度要適中，采用干硬砂漿鋪砌施工，并在路緣石背部進行填充和夯實處理，以防止穩定性不足的問題出現。（3）植草溝設計：與以往不同，本項目中的植草溝采用側向傾斜的設計，將植草溝放置在綠化帶臨近車行道一側1/5 的位置，從而避免連續降雨引起植物浸泡和死亡的問題。這一設計有助于提高植物的存活率，同時提供有效的雨水管理。（4）生態樹池設計：在生態樹池的內部，鋪設一層厚度為50cm 的種植土，底部設置大約10cm 的碎石過濾層，同時添加一層陶粒。這種設計有助于提高樹木的生長環境，確保樹木健康生長，并充分發揮樹池的生態功能，包括雨水收集和凈化。

3.4 海綿城市道路徑流削減效果評價

雨洪管理模型是一款源自美國并廣泛應用的動態降雨—徑流模擬軟件，其功能非常強大，主要用于模擬分析城市降雨徑流條件。本文旨在通過使用雨洪管理模型，深入分析并評估在城市道路中引入低影響開發（LID）后的徑流控制效果。下面是具體的分析步驟：針對不同的道路類型進行模型計算分析。在詳細計算的基礎上，確定各個排水管道的尺寸和位置，并明確與LID 設置組合方案，以便準確捕捉各個構件的屬性信息。將降雨量數據輸入到系統中，進行計算以確定徑流數據信息。在此過程中，還需要分析各個子匯水分區的地表徑流控制效果，這些效果將在圖1 中得以展示。

圖1 海綿城市道路徑流控制率計算結果

通過圖1 的數據分析情況，可以發現在設定8 個會區系統中，每一個分區系統的徑流控制速度都超過了目標設計的標準，他們的分區流進控制率分別為3.6%、4.3%、3.7%、7.6%、8.7%、1.7%、4.8%和7.5%。從觀察這些數據可以明確的發現，在道路設計的階段中，LED設施的布設已經符合城市道路設計的要求，在一定的程度上達到徑流控制的需要，這對海綿城市里面的滲透目標而言，符合設計要求。

結語：

綜合以上分析，在市政道路設計階段中采用“海綿城市”理念，能夠在一定的程度上改善城市水資源管理系統，并且還能夠全面提高城市生態可持續發展水平。“海綿城市”理念它主要是通過給予以及儲水設施綠色基礎設施水凈化等方式實現系統功能的提升，在本文分析中對海綿城市理念在市政道路設計的要點進行了探討，同時結合某工程項目案例論述“海綿城市”理念應用方式。往后還要加“海綿城市”理念的研究，不斷的優化市政道路設計方案，積極的滲透“海綿城市”理念，從而確保市政道路設計的質量，滿足實際需求，推動我國城市的發展。