关键词:城市道路、海绵设施、径流总量控制率、径流污染
1.概述
随着城市化进程的不断加快，城市不透水下垫面面积逐渐增大，城市发展过程中面临的雨水径流污染、洪涝灾害和水资源匮乏等问题日益严重。为从源头解决城市内涝、消减径流污染、改善城市水环境、涵养城市水资源，提出了建设海绵城市新构想，提倡构建低影响开发雨水系统。城市道路作为城市重要交通枢纽，占城市建设用地的比例达到15~24%，城市道路以不透硬化路面为主，径流系数大，雨量控制能力弱，科学合理的设计城市道路海绵设施，控制道路径流总量，消减径流污染，对构建低影响开发雨水系统具有重要意义。本文结合实际工程案例论述了城市道路海绵城市设计、海绵城市效果评价要点。
2.海绵城市—低影响开发雨水系统
海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市的建设途径主要有以下几方面：一是对城市原有生态系统的保护；二是生态恢复和修复；三是低影响开发。低影响开发（Low Impact Development，LID）指在场地开发过程中采用源头、分散式措施维持场地开发前的水文特征，也称为低影响设计（Low Impact Design，LID）或低影响城市设计和开发（Low Impact Urban Design and Development，LIUDD）。其核心是维持场地开发前后水文特征不变，包括径流总量、峰值流量、峰现时间等。低影响开发理念的提出，最初是强调从源头控制径流，在我国，低影响开发的含义已延伸至源头、中途和末端不同尺度的控制措施。广义来讲，低影响开发指在城市开发建设过程中采用源头削减、中途转输、末端调蓄等多种手段，通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术，实现城市良性水文循环，提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放能力，维持或恢复城市的“海绵”功能。
3.清川川立交海绵建设效果分析
3.1立交概况
清川立交桥位于南宁市城市主干道（大学路）与快速环线（清川大道）交叉处，是南宁市快速环道上的一座重要的三层苜蓿叶立交，其中第三层为大学路方向跨线桥，第二层为清川大道跨线桥。立交占地面积21.2hm2，其中道路面积9.5hm2，包含机动车及非机动车停车场、市政用地和人行铺砖等的硬铺面积4.03hm2，绿化面积6.04hm2，其他面积1.65。
3.2海绵建设目标
《根据海绵城市建设技术指南》构建低影响开发雨水系统，规划控制目标一般包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等。各地应结合水环境现状、水文地质条件等特点，合理选择其中一项或多项目标作为规划控制目标。项目对照《南宁市海绵城市规划设计导则》要求，以年径流总量控制率、年径流污染削减率为主要目标。按照要求“双向4车道以上或者道路红线宽度大于30m的城市道路，新建不低于70%，改建道路不低于60％”。确定年径流总量控制率不低于70%，对应降雨量为22.7mm；年径流污染削减率：不低于50％。
3.3低影响开发雨水控制及利用技术措施
低影响开发技术、设施及其组合系统的选择应注重资源节约，保护生态环境，因地制宜，经济适用，并与其它专业密切配合，结合城市景观进行规划设计，以自然为主，人工设施为辅。设施布局应根据排水分区，结合项目周边用地性质、绿地率、水域面积率等条件，综合确定低影响开发设施的类型与布局；应注重公共开发空间的多功能使用，高效利用现有设施和场地，并将雨水控制与景观相结合。项目结合现有设计条件，以生态优先为原则，以分隔带下凹绿地、雨水花园及人行道透水铺砖为依托，力求最大限度的实现雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。采用的低影响开发雨水控制及利用的技术措施如下：
1、人行道采用透水铺装，靠近辅道一侧设置连续绿带接收道路汇水，路缘石开口以便雨水进入绿带；绿带内设置溢流式雨水口，以便多余的雨水排入雨水系统，完成种植后，种植土面层比相邻道路面低约25cm。
2、道路两侧设置下沉式绿地接收人行道及周边绿地汇水；绿带内设置溢流式雨水口以便多余的雨水排入雨水系统。完成种植后，种植土面层比相邻道路面低约25cm。
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图1：道路低影响开发设计横断面图
3、立交绿化岛内雨水花园接收绿化岛及周边部分道路汇水；绿带内设置溢流式雨水口以便多余的雨水排入雨水系统。完成种植后，种植土面层比相邻道路面低为40cm。
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图2：生物滞留设施剖面图
3.4海绵建设效果分析
3.4.1生物滞留设施雨量控制效果分析
项目以分隔带下凹绿地、雨水花园及人行道透水铺砖为依托，根据地形竖向标高布置及雨水花园、分隔带下凹绿地分布情况，将项目范围划分为8个区域分析雨量控制效果。生物滞留设施雨量控制按下式计算：
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式中各参数详《南宁市海绵城市规划设计导则》，本项目主要计算参数：η=0.8，n=0.43，fc=0.17，t=24，a=1.3，k=0.216，dz=1.35，分隔带下凹绿地Ψzc=0.9，雨水花园Ψzc=0.2。
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图3：海绵城市汇水面积图
表1：海绵设施控制雨量计算表
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注：1.表中a区为人行道下凹绿地，b区为侧分带下凹绿地，c区为中分带下凹绿地，d区为桥下下凹绿地，e区为雨水花园。
3.4.2透水铺装雨量控制效果分析
透水铺砖面积为20554m2，主要收集、渗透、贮蓄自身范围内雨水，不接纳转输雨水，透水铺砖做法为6cm透水砖+3cm中砂+透水土工布+15cm透水混凝土+15cm级配碎石+土基，则透水铺砖控制雨量为：
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根据南宁市海绵城市设计导则表5-1，透水铺砖雨量控制率可达到95%以上。
3.4.3雨水径流总量控制
根据以上计算透水铺砖面积为20554m2，雨量控制率可达到95%以上，生物滞留设施总汇水面积16.27hm2，雨量控制率为74.95%，加权后项目雨水径流总量控制率为77.19%。
3.4.4雨水径流污染控制
项目雨水花园面积4180m2，污染物去除率80%，下凹绿地面积11004m2，污染物去除率60%，透水铺砖面积11004m2，污染物去除率80%，根据《南宁市海绵城市规划设计导则》中不同低影响开发措施的污染物去除率，结合本项目中所涉及的低影响开发措施占比，进行加权平均计算后，三项措施污染物平均去除率73.84%，项目污染物去除率达到57%，满足污染控制率50%目标要求。
4.城市道路海绵设计要点与效果评价方法
清川立交项目A~D区具有标准道路横断面特点，E~H立交核心区中部为雨水控制效果较低的桥面硬化区，东南西北四个象限既有雨水控制效果较好的绿岛又有硬化、绿地相对均匀分布雨水控制效果一般的公交场站（因建设主体和时序问题，F和Ｈ区公交场站未纳入本项目范围）具有建筑小区和广场海绵设计特点。以年径流总量控制率、年径流污染削减率为主要目标，对分析其他工程项目海绵效果也具一定代表性。
4.1城市道路的海绵设施应结合道路功能、道路竖向和景观要求，合理组合
可接纳车行道雨水的侧分带、人行道绿化带和后排绿地等生物滞留措施对控制径流总量具有重要作用，不接纳客水的人行道透水铺砖和中分带生物滞留措施（车道横坡坡向中分带的双幅路除外）径流总量控制效果不明显。以A区计算结果为例，尽管透水铺砖和中分带下凹绿地自身雨量控制能达到95%以上，但因不接纳客水而自身汇水面积不大所占权重小，径流总量控制效果较小；一般单幅和双幅路海绵城市设计时均会设置接纳车行道雨水的下凹绿化带，四幅路也会设置接纳机动车道的侧分带，设置接纳辅道雨水的人行道绿化带或后排绿地等生物滞留设施极具意义，仍以A区计算结果为例，若取消人行道下凹绿地后，辅道雨水通过雨水管道系统直接排走，无法流入海绵设施，雨量控制率几乎为零，加权后A区雨量控制率仅为37%，远达不到目标要求，表明根据道路竖向合理布置海绵设施，在人行道旁设置人行道下凹绿地或后排绿地接纳易被忽略的辅道雨水对控制尽量总量具有重要的作用。
4.2不同措施雨量控制效果有差异应根据项目条件合理设计海绵设施
根据生物滞留设施雨量控制计算公式，生物滞留设施控制雨量为蓄水层控制雨量与渗透层（即种植土表面至砾石层底部的总深度）控制雨量之和。经计算分析，本项目蓄水层控制雨量仅占生物滞留设施雨量控制的20%，渗透层对雨量控制具有重要作用；另以60m宽双向六车道道路横断面（4m人行道+9.75m辅道+2.5m侧分带+12.25m车道+3m中分带+12.25m车道+2.5m侧分带+9.75m辅道+4m人行道）为例，各参数取值n=0.43，η=0.8，fc=0.17，t=24，a=1.3，k=0.216，Ψzc=0.9，A=1，dp=0.1，dz=0.9时，辅道和车行道控制雨量分别为26.2mm和24.4mm，A、dp和dz分别提高50%，辅道和车行道控制雨量见下表：
表2：A、dp和dz参数变化雨量控制表
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以上计算结果表明，因各分项均包含参数A，生物滞留设施面积A对雨量控制贡献最大，汇水面积一定渗透层渗透性能较好（dz＜tak）条件下，渗透层深度dz影响较大，蓄水层深度dp次之。
4.3海绵建设效果需要科学合理的评价
从项目海绵设施雨量控制计算表可看出，立交桥面区域硬化面积大，周边可设置有效的海绵设施面积较小，桥面雨量控制率仅为40%左右小于70%控制目标，经雨水花园和人行道下凹绿地加权调节后也能达到70%以上雨量控制率，如E区和G区；而F区和H区缺少雨水花园的补充调节，雨量控制率为50%左右仍小于70%控制目标，但统筹分析整个项目雨量控制率可达到77.19%，表明不同功能区域雨量控制效果存在差异，项目雨量控制效果评价时可以存在不满足控制目标的区域，可通过其他区域协调弥补。拓展至建筑小区、城市广场等项目，海绵城市建设时也不宜过分追求单个建设项目控制目标，应根据各项目特点统筹分析评价小区、地块、区域乃至城市海绵建设整体效果。
从计算表也可看出，评价项目径流总量控制率时，可计算各分区控制降雨量，分别对表查询雨量控制率后，加权计算径流总量控制率；也可计算各分区控制降雨量后，加权计算项目控制降雨量，最后再查表获得径流总量控制率，以H区为例前后两种方法计算得到雨量控制率分别为50.46%和62.88%。作者认为前一种方法更科学合理，举一个极端的例子，假若H区立交桥面下不设置任何海绵设施，桥面雨水直接外排即控制降雨量为零，立交桥下设置1hm2同面积的雨水花园，经计算雨水花园控制的降雨量达到441mm，按后种方法加权计算后H区控制降雨量为220mm，查表雨量控制率也可达到95%以上，这显然与事实不符。同理以项目作为一个整体，简单的统计计算项目范围设置的海绵设施调蓄容积，反算项目控制降雨量并获得项目径流总量控制率，忽略了设置的海绵设施的有效性，此种方法也是有缺陷不合理的。
5.总结
1.侧分带、人行道绿化带和后排绿地等生物滞留措施对控制道路径流总量具有重要作用，人行道透水铺砖和中分带生物滞留措施（车道横坡坡向中分带的双幅路除外）道路径流总量控制效果权重小。
2.对雨量控制影响较大的参数依次为：生物滞留设施面积，渗透层深度，蓄水层深度。
3.根据项目竖向计算各分区控制降雨量，采用分别对表查询雨量控制率后，加权计算径流总量控制率的方法评价项目径流总量控制率更加科学合理。
参考文献：
1.王岩.论海绵城市在市政工程设计中的应用,[城市道桥与防洪],01,2016;
2.汤雨琴.城市道路的海绵技术措施,[中国科技期刊],24,2015;
3.杜晓丽,韩强,于振亚,李俊奇.海绵城市建设中生物滞留设施应用的若干问题分析,[给水排水]，01,2017；
4.《南宁市海绵城市规划设计导则》；
5.《根据海绵城市建设技术指南》.
论文作者:周先敏 蒙语桦
论文发表刊物:《城镇建设》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/14
标签：径流论文; 雨量论文; 海绵论文; 雨水论文; 设施论文; 绿地论文; 透水论文; 《城镇建设》2020年1月第2期论文;