LID理念在市政道路排水設計中的應用

王永華，張 明

(1.合肥志誠工程設計咨詢有限公司，安徽，合肥 230088；2.安徽工程大學 建筑工程學院，安徽 蕪湖 241000)

近年來，隨著氣候環(huán)境的變化，暴風雨等極端天氣頻發(fā)，強降雨導致城市內(nèi)澇，交通局部癱瘓，“城市看?！爆F(xiàn)象時有發(fā)生，破壞了城市水生態(tài)和水環(huán)境，甚至危及人民群眾生命財產(chǎn)安全。實踐證明，按照傳統(tǒng)模式建成的城市排水體系已無法滿足城市發(fā)展需要，引進低影響開發(fā)(Low Impact Development,LID)理念，優(yōu)化城市排水系統(tǒng)設計勢在必行。

1 國內(nèi)外城市雨水管理研究應用進展

1.1 國外城市雨水管理研究應用進展

西方國家早在20世紀初就開始研究城市雨水管理系統(tǒng)，經(jīng)歷了早期、點源治理和暴雨管理等階段。德國開發(fā)的“洼地-滲渠”雨水管理系統(tǒng)，是將雨水在低洼草地上儲存一段時間，或在滲渠中長期儲存，使得水分可以充分下滲；美國研制的“Leaky Areas”地下回灌系統(tǒng)主要是增加雨水天然入滲能力。城市下墊面的改變，導致雨水徑流量增大。國外相繼提出了一系列雨水管理模式，詳細如表1所示。由表1可知，20世紀90年代，美國提出“低影響開發(fā)(LID)”理念，在馬里蘭州成功實踐后，很快被世界各國廣泛應用。LID理念旨在尊重自然，盡可能恢復開發(fā)區(qū)域原有水文狀況，最大限度地減少城市開發(fā)建設對自然環(huán)境的破壞，尋求城市建設與環(huán)境保護的平衡。

表1 國外雨水管理模式對比分析

1.2 國內(nèi)城市雨水管理研究應用進展

在我國低影響開發(fā)理念被提出相對于發(fā)達國家較晚。近年來，我國城市化進程步伐加快，城市下墊面大幅硬化，導致雨水洪峰流量增加、徑流系數(shù)增大、面源污染負荷加重，內(nèi)澇頻發(fā)，環(huán)境短板問題凸顯。因此，2011年，國家將LID列為“十二五”水專項重大課題進行研究；2013年，國務院發(fā)布通知要求以低影響開發(fā)為基礎(chǔ)進行洪澇治理，強調(diào)LID建設的重要性、必要性和緊迫性；2014年，住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《海綿城市建設技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》，明確海綿城市建設標準和目標要求；2015年，遴選了16座城市作為全國首批海綿城市建設試點市。目前，我國海綿城市建設已有不少成功案例，建成后的海綿設施在暴雨管理、內(nèi)澇防治、面污染控制及生態(tài)環(huán)境修復等方面發(fā)揮了積極作用。然而，國內(nèi)應用研究還處在LID單一措施適建性模擬上，特別是在市政道路排水系統(tǒng)建設契合度上尚有較大改善和提高空間。

2 LID理念優(yōu)化道排設計技術(shù)路線

在市政道路排水工程設計中引進LID理念，降雨時既能有效削減地表徑流、控制面源污染、回補地下水，又能對部分雨水進行收集、凈化和利用。人行道上層鋪設透水步道磚，車行道上層鋪設新型透水性材料，機動車道兩側(cè)設置截污式環(huán)保型雨水口，機非、人非隔離帶設置下沉式綠地和生態(tài)樹池，超量雨水通過開孔路緣石排入下沉式綠地，技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 市政道路LID理念優(yōu)化設計應用技術(shù)路線圖

3 引進LID理念優(yōu)化宣城市凌陽路排水工程設計

市政道路通常包括機動車道、非機動車道、人行道和綠化帶等部分。傳統(tǒng)道路設計路面不透水，綠化帶高于路面，降雨路面容易積水，暴雨極易產(chǎn)生內(nèi)澇；初期雨水直排受納水體，還會造成面源污染。因此，市政道路設計時必須在滿足市政道路功能的前提下，將低影響開發(fā)理念嵌入道路設計中。

設計時在充分考慮宣城市所處地理位置、氣象氣候、凌陽路沿線及周邊地形、地貌、水文地質(zhì)、自然環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟多方案比選論證后確定：①機動車道兩側(cè)設計截污式環(huán)保型雨水口；②人行道路面設計透水鋪裝；③車行道上層采用透水瀝青等新型材料；④人行道與非機動車道之間設生態(tài)樹池，樹池間及機非車道間均設下沉式綠地，下沉式綠地內(nèi)設溢流井；⑤路緣石改成開孔立緣石；⑥路幅總寬按照60 m設計，沿中心線對稱布置12.5 m(機動車道)+6 m(下沉式綠地)+5 m(非機動車道)+3 m(生態(tài)樹池及下沉式綠地)+3.5 m(人行道)。道路橫斷面及LID設施布置如圖2所示。

3.1 人行道設計

傳統(tǒng)人行道設計采用不透水路面，無法實現(xiàn)地下水有效補給，下雨時容易產(chǎn)生濕滑和積水，影響人行道舒適性，還會引發(fā)熱島效應，加上雨水長期沖刷、腐蝕路面，導致道路結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性易遭破壞，威脅交通安全。按照LID理念設計能有效調(diào)節(jié)路面的濕度和溫度，涵養(yǎng)地下水源，保障通行安全，降低噪聲污染。因此，凌陽路設計時選用透水系數(shù)≥2.0×10cm/s、抗壓強度≥30 MPa、抗折強度≥3.5 Mpa、防滑性能(BPN)≥65、保水率≥0.6 g/cm、外觀質(zhì)量、力學與物理性能符合《透水路面磚和透水路面板》(GB/T25993-2010)及《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T188-2012)要求的節(jié)能環(huán)保型透水步道磚。人行道透水鋪裝效果圖以及人行道透水鋪裝結(jié)構(gòu)圖分別如圖3、圖4所示。下雨時雨水自然下滲，超量雨水沿人行道2%橫坡排入人非隔離帶(下沉式綠地)；為了便于排水，人行道縱坡設計控制在2.5%以下，路拱橫坡控制在1.0%～2.0%之間，若路基土壤透水性差，則在基層設計DN50-150排水管。

圖2 凌陽路道路橫斷面圖(單位：mm)

圖3 人行道透水鋪裝效果圖 圖4 人行道透水鋪裝結(jié)構(gòu)圖

3.2 車行道設計

車行道設計是保證行車安全的首要環(huán)節(jié)。凌陽路車行道豎向設計分為上層、中層和基層，上層采用的是40～60 mm粒式透水瀝青混凝土，中層采用密實型瀝青混凝土，基層和中層之間布設非透水性材料，防止雨水侵蝕路基；縱坡設計控制在0.3%～6%，路拱橫坡控制在1%～1.5%，便于雨水徑流快速排入雨水口和下沉式綠地；雨水口選用截污式環(huán)保型雨水口，間距布置在50 m以內(nèi)，起到快速收集初期雨水，攔截固體雜質(zhì)作用；雨量增大，雨水徑流穿過開孔路緣石排入下沉式綠地。

3.3 下沉式綠地設計

下沉式綠地既能緩解行車視覺疲勞，又能凈化空氣、美化環(huán)境，還能吸納地表徑流，過濾凈化雨水，涵養(yǎng)水源，回補地下水。按照LID理念，將綠化帶建成天然蓄水池，改善綠地土壤結(jié)構(gòu)成分，保障濾水效果和水資源高效利用。凌陽路機非車道間設置6 m寬下沉式綠地為隔離帶；人行道與非機動車道間設置行道樹和行道樹之間的下沉式綠地作為隔離帶。綠地下沉深度根據(jù)植物耐淹性能和土壤滲透性能確定，通常為5～20 cm。綠地上層鋪設適合植被生長、厚度為20～50 cm的種植土；中層采用40 cm碎石換填；下層可鋪設輸水管。

下沉式綠地設滲透溢流井(或溢流管)，溢流口高度位于路面與綠地之間，超標積水自流進入溢流井(或溢流管)，排入市政雨水管。滲透溢流井可下滲雨水，回補地下水。綠植應根據(jù)當?shù)厮?、氣候、土壤及周邊環(huán)境和景觀要求等條件，因地制宜，合理選擇。

3.4 附屬設施設計

(1)生態(tài)樹池。凌陽路將傳統(tǒng)行道樹樹池設計成生態(tài)樹池，有助于修復生態(tài)系統(tǒng)，改善生態(tài)環(huán)境。樹池平面設為方形，邊長不小于1.5m，樹池內(nèi)種植土下凹，便于雨水向樹池匯集、儲存和滲透。樹池之間設計下沉式綠地，如圖5所示。

圖5 生態(tài)樹池及下沉式綠地剖面圖(單位：mm)

(2)路緣石。路緣石通常是設在路面與其他構(gòu)造物之間的標石，在城市道路分隔帶與路面之間、分隔帶邊緣、行車道右側(cè)邊緣常需設路緣石。

凌陽路按新型開孔路緣石設計，外型尺寸為矩形，長、寬、厚分別為75 cm×35 cm×12.5 cm，上層為厚6.5 cm普通混凝土，下層為厚6 cm多孔混凝土復合澆筑而成，背面外側(cè)沿長度方向設5 cm×3 cm貫通內(nèi)凹缺口孔涵，作用是將地表徑流引入水池，澆灌花木，積蓄雨水，節(jié)約水資源。

(3)截污式環(huán)保型雨水口。凌陽路雨水口設計成截污式環(huán)保雨水口，該雨水口分為截污間和溢流間，其中，截污間主要是存儲初期雨水、攔截樹枝落葉等雜質(zhì)，減小雨水面源污染對受納水體影響，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

4 LID理念應用效果評價

4.1 徑流系數(shù)

根據(jù)《海綿城市建設技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》，結(jié)合當?shù)貧夂?、水文及凌陽路下墊面等實際，合理選取徑流系數(shù)。

按照傳統(tǒng)方式設計，人行道和車行道均不透水，樹池間不設綠化帶，機非分隔帶綠化帶高出路面10～20 cm，則人行道(包括行道樹)和車行道徑流系數(shù)取0.9，年徑流總量控制率為10%；綠化帶徑流系數(shù)取0.5，年徑流總量控制率為50%。

按照LID理念設計，人行道徑流系數(shù)取0.35，年徑流總量控制率為65%；下沉式綠地(包括生態(tài)樹池)徑流系數(shù)取0.25，年徑流總量控制率為75%；車行道徑流系數(shù)取0.8，年徑流總量控制率為20%。

圖6 截污式環(huán)保型雨水口(單位：mm)

4.2 雨水綜合控制率

(1)傳統(tǒng)方式設計。雨水綜合控制率為

(10%×3.5+10%×3+10%×5+50%×6+10%×12.5+10%×12.5+50%×6+10%×5+10%×3+10%×3.5)/60=18%。

(2)應用LID理念設計。雨水綜合控制率為

(65%×3.5+75%×3+20%×5+75%×6+20%×12.5+20%×12.5+75%×6+20%×5+75%×3+65%×3.5)/60=41.75%。

凌陽路排水系統(tǒng)設計采用透水鋪裝、生態(tài)樹池、下沉式綠地、滲透溢流井、截污式環(huán)保型雨水口等LID設施后，市政道路徑流控制率由傳統(tǒng)方式設計的18%提高到41.75%，減少了道路紅線范圍內(nèi)的外排徑流量，降低了初期雨水對受納水體的污染。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)雨水排水系統(tǒng)是“以排為主”，而LID理念則是建設生態(tài)排水系統(tǒng)，防控城市洪澇災害、控制面源污染、綜合利用雨水資源。凌陽路建成后分析表明，市政道路排水工程設計引進低影響開發(fā)理念，不僅有效降低外排徑流量，充分利用雨水資源，涵養(yǎng)地下水源，緩解熱島效應，而且實現(xiàn)了面源污染控制，改善了城市的生態(tài)環(huán)境。