市政道路海綿城市設計方案探索

摘要 海綿城市理念是將生態環境保護與城市建設緊密結合的綠色發展理念。市政道路是海綿城市建設的重要載體，該文以長治市威遠門路新建工程為例，對海綿城市道路技術路線、LID設施設計方案進行了詳細闡述，旨在為市政道路海綿城市規劃和設計提供參考，提升市政道路海綿城市設計質量。

關鍵詞 市政道路；海綿城市；設計方案

中圖分類號 U417.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0033-03

0 引言

海綿城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在適應環境變化和應對雨水帶來的自然災害等方面具有良好的“彈性”，也可稱之為“水彈性城市”。海綿城市的建設優先利用植草溝、滲水磚、雨水花園、下沉式綠地等“綠色”措施來組織排水，以“慢排緩釋”和“源頭分散”控制為主要規劃設計理念，既避免了洪澇，又有效地收集了雨水[1]。

威遠門路海綿城市道路建設項目位于長治市，是市域海綿城市重點建設示范項目，其將海綿城市結合市政道路設計，有助于推廣海綿城市建設理念和工程實踐，并可將實踐經驗在其他項目應用，引領全市逐步開展海綿城市建設。項目建設內容包括雨水花園、生態樹池、透水鋪裝、行泄通道等低影響開發設施和雨水調蓄設施，通過“滲滯為主、蓄排結合、凈用相輔”的雨水綜合利用技術，將海綿設施與道路景觀、公園綠地等相結合，對改善道路景觀品質，提升整個道路區域的生態環境有重要意義，且使威遠門路成為一條綠色、生態、環保的示范性道路。

1 項目海綿城市建設目標及技術路線

海綿城市設計需緊密結合道路、綠化工程和排水工程方案，通過透水鋪裝、雨水花園、生態樹池、雨水行泄通道等海綿城市技術措施實現其建設目標。綜合考慮行人舒適性及道路斷面要求，人行道采用透水鋪裝，可減少地表徑流產生。道路路面雨水通過橫坡進入道路兩側綠化帶內的雨水花園，經過蓄存、下滲后排放，從而實現減排、緩排、截污等作用。

根據《長治市系統化全域推進海綿城市示范城市建設2021—2023年行動計劃》規定，威遠門路為海綿城市示范項目，其海綿城市建設控制目標為年徑流總量控制率達到80%；年徑流污染削減率大于45%；雨水資源利用率大于2%；2年一遇不積水，30年一遇不內澇，雨污分流率100%。針對項目特色制定了海綿城市建設技術路線，如圖1所示，初步確定通過道路機動車道、非機動車道和人行道雨水的傳輸、下滲等措施實現海綿城市建設目標[2]。

2 項目海綿城市設施設計方案

2.1 海綿城市總體方案

威遠門路道路寬度50 m，綠化帶寬度3 m，且周邊無退界綠化，人行道兩側有建設海綿設施的條件，設計方案擬布置雨水花園、透水鋪裝和生態樹池等海綿設施。項目海綿化設計將道路兩側的下凹式綠化帶作為消納與滯留雨水的調蓄設施，人行道鋪裝及機動車道排水均排向綠化帶，結合道路雨水管網分布現狀與降雨情況，進行合理布局。

道路兩側機非分隔帶為下凹式設計，通過道路橫坡及路緣石開孔引流雨水，將機動車道路面徑流雨水引至兩側綠化帶中，人行道及非機動車道雨水可通過橫坡匯至下凹式綠地中。綠化帶內每隔一定距離設置溢流式雨水口，雨水口高度低于車行道，隨著收納雨量增加，綠化帶達到蓄水容積上限后，多余的雨水通過溢流式雨水口排至市政雨水管道。下凹式綠地種植土下設有300 mm厚礫石濾水層，滯留區濾水層底部敷設de160 mm盲管，盲管與市政雨水管道聯通，用以將綠帶內蓄積雨水緩慢排出，防止根系長時間浸泡在水中導致植物死亡[3]。

2.2 雨水花園設計方案

利用道路兩側的機非分隔帶，將其設計為雨水花園（轉輸區+滯留區）形式，通過雨水花園收集、減緩、凈化并滲透路面的雨水徑流。

通過45 m雨水口試算，方案采用轉輸與滯留相互結合的雨水花園，每段雨水花園總長度為45 m。其中，轉輸區長度為15 m，滯留區長度為30 m，開孔路緣石（6個一組）位于轉輸區起段，開孔路緣石（3個一組）位于滯留區末端，溢流雨水口（2個一組）位于滯留區末端，穿孔盲管敷設于滯留區與溢流雨水口相接。同時，雨水花園內設有1 m寬的S型生態濾溝，便于雨水的轉輸和滯留。開孔路緣石后設有攔渣消能槽，便于雨水中過大雜物的攔除和雨水入口處的消能。每個雨水花園之間采用不高于路緣石的微地形土埂進行分割，既便于雨水的滯留和充分的下滲，又避免了雨量和縱坡較大時雨水全部匯流到下游綠化帶形成積水。

雨水花園內的S形生態濾溝內可種植低被，生態濾溝兩側的高地可種植高被和胸徑較小的樹木。雨水經調蓄下滲后，徑流污染在下滲過程中經過濾去除；超過調蓄容積的雨水通過溢流井溢流至雨水管，溢流井內設置篩網攔截污染物。雨水花園表面調蓄深度0.2 m，下部結構層深度0.6 m，結構層由上至下分別為改良種植土、填料層、透水土工布、級配碎石層、防滲土工膜、素土夯實[4] 、

雨水花園轉輸區、雨水花園滯留區結構。

2.3 生態樹池設計方案

將兩側人行道上的樹池設計為下凹式生態樹池，使其作為消納與滯留部分人行道雨水的調蓄設施，人行道透水鋪裝部分未下滲雨水順坡向流至生態樹池，通過樹池對部分雨水進行下滲和調蓄，達到源頭削減、滯留和調蓄雨水的目的，多余的雨水通過盲管進入市政雨水管道。生態樹池開口尺寸為1.5 m×1.5 m，池深1 m，樹池蓋板下凹15 cm用于蓄水，四周培行道樹配方專用土，底部設有排水溝和排水盲管。

2.4 透水鋪裝設計方案

威遠門路人行道全部采用透水混凝土，透水混凝土材料按《透水水泥混凝土路面技術規程》（CJJ/T 135—2009）的相關要求執行，人行道透水鋪裝結構具體設計為6 cm厚砂基海綿透水磚、3 cm厚中粗砂、15 cm厚5～12 mm粒徑C25普通透水混凝土、20 cm厚集配碎石、素土夯實。人行道結構底部設有防滲土工布和收水盲管，通過收水盲管將過量下滲雨水轉輸至雨水管網。

2.5 行泄通道設計方案

設計中充分利用道路坡向和毗鄰黑水河的地理位置，當降雨持續一定時間且降雨量超過管網排水能力時，將道路最低點人行道路面設計為雨水行泄通道，用于排放超出管網承載能力的雨水，避免雨水進入主城區。雨水行泄通道處人行道與道路標高齊平，超量雨水通過漫流方式進入消能凈化設施，經過三級消能凈化的雨水部分下滲儲蓄在微型雨水花園中，其余雨水將排放至相鄰河道黑水河，具體設計方案如圖2所示。

3 項目海綿城市設計設施參數計算分析

3.1 雨量徑流系數計算

項目海綿城市設計匯水面積只考慮道路紅線范圍，不考慮紅線外外圍客水匯入。威遠門路道路紅線寬50 m，長度1 363 m。根據建設控制目標，工程年徑流總量控制率80%，對應設計降雨量H=19.4 mm。

采用容積法進行計算：

V=10·H·ψ·F" " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：V——設計調容積，m3；

H——設計降雨量，mm，降雨徑流控制率為80%時，取19.4 mm；

ψ——綜合雨量徑流系數；

F——匯水面積，hm2。

結合海綿化設施的布置方案，采用加權平均法計算場地的綜合雨量徑流系數，經過計算道路紅線范圍內徑流系數如表1所示：

根據表1計算結果，項目綜合雨量徑流系數約為0.72，雨水徑流總量約935.63 m3。

3.2 年徑流總量控制率

該項目雨水花園及生態樹池的調蓄控制量蓄水深度按照0.15 m考慮，即調蓄控制量W1=生態設施總面積×蓄水深度，再結合海綿城市設施雨水滲透量計算，計算結果見表2：

W2=β·K·J·AS·tS" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "（2）

式中：W2——滲透設施滲透量，m3； β——安全系數，取1；K——土壤入滲率，種植土取80～100 mm/h，原土取0.002 mm/s；J——水力坡降，取1.0；AS——有效滲透面積〔雨水花園（滯留區）〕，m2；ts——滲透時間（h），取2 h。

根據計算，項目徑流控制總量為970.08 m3（＞935.63 m3），能滿足80%雨水徑流控制率的指標。

3.3 年徑流污染控制率

通過雨水花園控制的雨水徑流，下滲后排入雨水管道，其中雨水徑流中攜帶的SS等污染物可通過過濾去除，雨水徑流污染可得到有效控制；超過海綿設施調蓄能力的雨水在溢流至雨水管道前，可通過雨水花園中溢流井中的截污掛籃去除部分SS等污染物。海綿設施加權平均污染物去除率公式如下：

其中：μ平——LID設施加權平均污染去除率（以TSS計）；μLID設施i——第i種LID設施污染物去除率（以TSS計）；VLID設施——區域內第i種LID設施調蓄容積，m3；V總調蓄——區域內各LID設施調蓄容積總和，m3；n——區域內LID設施種類總數。

年雨水徑流污染消減率計算公式如下：

其中：μ總——年雨水徑流污染消減率（以TSS計）；μ平——LID設施污染物加權平均去除率（以TSS計）；ω——年徑流總量控制率。

年徑流污染控制率計算結果如表3所示。

經計算，該工程年徑流污染消減控制率為56%，大于45%控制目標，滿足目標要求。

3.4 雨水資源利用率

通過雨水花園和生態樹池對雨水的調蓄控制，使得部分雨水用于綠化帶和生態樹池內的植物補水。同時多余的雨水通過雨水管道進入黑水河和南護城河河道，會用于河道補水，使其雨水資源得到充分利用。

3.5 不積水不內澇標準

雨水管道管徑均按照2年一遇暴雨強度公式進行計算確定。當發生2年一遇暴雨時，路面雨水會通過開孔路緣石迅速流入雨水花園和雨水溢流口，進入設計雨水管道，從而實現2年一遇不積水的標準。

通過計算分析，該項目海綿城市設施設計方案能滿足年徑流總量控制率達到80%，年徑流污染削減率大于45%，雨水資源利用率大于2%，2年一遇不積水，30年一遇不內澇，雨污分流率100%的海綿城市建設目標[5]。

4 結語

該文以威遠門路海綿城市設計為例，通過“滲滯為主、蓄排結合、凈用相輔”的雨水綜合利用技術，在一定程度上削減雨季的雨水徑流量、徑流峰值，增加城市地下水的補給，大幅降低城市發生內澇的風險，提高雨水控制能力。采用雨水花園、生態樹池、透水鋪裝、植草溝和城市水系建設等一系列設計方案，改善了城市道路建設硬化地面比例高、生態服務功能低的現狀。通過海綿和景觀設計相融合，無論是城市道路的景觀性還是實用性均得到了深層次的提升。

參考文獻

[1] 王旭陽.海綿城市理念下市政道路排水設計及關鍵問題探討[J].給水排水，2022（S1）： 569-573.

[2] 胡亞萍，許晨陽.基于海綿城市理念的市政道路排水設計研究[J].工程建設與設計，2023（7）：103-105.

[3] 胡雨晨.海綿城市建設理念下的市政道路設計要點分析：以北京楊坨四街為例[J].工程技術研究，2022（6）：168-170+186.

[4] 張赟，孫勝杰.海綿城市理念在市政給排水設計中的應用研究[J].中華建設，2022（11）：7-89.

[5] 住房和城鄉建設部.海綿城市建設評價標準：GB/T51345—2018[S].北京：中國建筑工業出版社，2019.

收稿日期：2024-02-02

作者簡介：田鵬江（1990—），男，碩士，工程師，主要從事市政道路交通設計工作。