海綿城市概念在城市排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用微探

鄧 婷

(華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京210000)

海綿城市是一個全新的概念，它的提出為城市內(nèi)澇問題的解決及雨水回收再利用提供了理論支撐。在城市道路排水設(shè)計(jì)中，可對海綿城市的理念和方法加以合理運(yùn)用，通過透水性路面、綠化帶的設(shè)置，對自然降雨進(jìn)行收集和存蓄，從而避免積水影響交通通行，大大提升了城市交通的通行能力。

1 海綿城市的基本要素

海綿城市是一種理念較為先進(jìn)的水資源管理方法，歸屬于新一代城市雨洪管理概念的范疇。具體是指通過各種技術(shù)措施的合理運(yùn)用，使城市具有海綿的特性，在降雨時，對雨水進(jìn)行吸、蓄，借助凈化處理的方法，在需要時加以利用，解決城市內(nèi)澇問題，提高水資源利用效率。海綿城市的基本要素包括滲水、蓄水、滯水、凈水、用水。

1.1 滲水

早期修建的城市道路，基本上采用的都是硬質(zhì)路面結(jié)構(gòu)，這種路面不具備滲水能力，需要通過排水設(shè)施排除自然降雨引起的路面積水。當(dāng)排水設(shè)施出現(xiàn)問題，或是遇到強(qiáng)降雨時，路面便會嚴(yán)重積水。而海綿城市能夠使降雨直接滲入到路面以下，可達(dá)到補(bǔ)充地下水的效果。利用綠色屋面，能夠起到凈化雨水的效果，同時，雨水經(jīng)路面下滲的過程中，會得到過濾，通過回收可以再利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水的目標(biāo)。具有典型性和代表性的技術(shù)措施有透水瀝青、透水鋪裝層等。

1.2 蓄水

蓄水是海綿城市的重要功能，即對自然降雨進(jìn)行存蓄。雨水作為主要的水資源，通過蓄水模塊的設(shè)置，如蓄水池等，可以存儲大量的雨水，并在需要時加以利用，在節(jié)水的基礎(chǔ)上，提高水資源的利用效率。

1.3 滯水

自然降雨時，會產(chǎn)生一定的徑流量，海綿城市的滯水，可以使雨水有效滯留，由此可達(dá)到減少徑流量的目的。如，采用改變地形地貌的方法，使雨水從相應(yīng)設(shè)施流過時，流速變慢、流量變小。常見的滯水設(shè)施有雨水花園、雨水塘、植草溝等。

1.4 凈水

雨水落到地面上會受到一定程度的污染，無法直接利用，必須經(jīng)過凈化處理后，才能對雨水進(jìn)行再利用。海綿城市中的雨水凈化系統(tǒng)由以下幾個部分組成：土壤滲透凈化、人工濕地凈化等。

1.5 用水

海綿城市收集、存蓄雨水的最終目的是為了再利用，充分發(fā)揮出水資源的再次利用的價值，對于常年缺水地區(qū)意義重大。收集的雨水可用于以下場合：綠地灌溉、抽水馬桶、洗車、消防、景觀用水等等。

2 海綿城市概念在城市排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 海綿城市關(guān)鍵技術(shù)

2.1.1 透水鋪裝技術(shù)

(1)技術(shù)特點(diǎn)。透水鋪裝最為突出的特點(diǎn)是適用范圍廣、便于鋪設(shè)，能夠?qū)Ω叻鍟r的水流量起到一定的緩解作用，可補(bǔ)充地下水資源。

(2)設(shè)計(jì)要求。在透水鋪裝層進(jìn)行設(shè)計(jì)時，必須滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求，當(dāng)建設(shè)區(qū)域內(nèi)的路面強(qiáng)度不足時，應(yīng)當(dāng)采用半透水鋪裝層；設(shè)計(jì)透水鋪裝層時，要求土壤具有一定的滲透性，否則要加裝排水板；建設(shè)區(qū)域內(nèi)存在地下工程時，需要增加排水層，且覆土厚度應(yīng)當(dāng)超過60cm。

2.1.2 蓄水池

蓄水池的主要用途是收集雨水，并存儲起來，經(jīng)過凈化處理后，加以利用，是城市供水系統(tǒng)的輔助設(shè)施。

(1)技術(shù)特點(diǎn)。蓄水池具有結(jié)構(gòu)多樣性的特點(diǎn)，能夠與城市排水系統(tǒng)進(jìn)行有效銜接，可避免蚊蠅滋生，有利于改善生態(tài)環(huán)境，對水資源，尤其是地下水，具有保護(hù)作用。

(2)設(shè)計(jì)要求。要將蓄水池建設(shè)在高程適當(dāng)?shù)牡胤剑藿ㄐ钏氐膱龅乇仨毜貏萜教?，地層要具有良好的致密性，不漏水；不可將蓄水池建在?jié)理裂隙發(fā)育的部位。

2.1.3 生物滯留技術(shù)

生物滯留就是利用各種生物，如植物、微生物等對水資源進(jìn)行保留，依托道路邊坡、綠化帶等設(shè)施，對雨水進(jìn)行回收再利用。生物滯留設(shè)施的構(gòu)造情況如圖1所示。

圖1 生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)示意圖

(1)技術(shù)特點(diǎn)。生物滯留能夠保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，通過技術(shù)與景觀的融合，以不同的形態(tài)呈現(xiàn)；滯留設(shè)施易于控制。

(2)設(shè)計(jì)要求。在城市當(dāng)中，雨水匯聚區(qū)承載的水量較多，污染相對比較嚴(yán)重，對其中的雨水回收時，必須先初步過濾，去除其中的雜質(zhì)；利用相關(guān)植被，對雨水進(jìn)行沉淀。具體設(shè)計(jì)時，要采取有效的措施對路基加以保護(hù)。

2.1.4 植草溝

(1)技術(shù)特點(diǎn)。植草溝一般都是設(shè)置在道路不透水區(qū)域旁，常被作為生物滯留儲水措施，能夠與雨水管線配合，植物覆蓋溝槽，更容易與周圍環(huán)境形成整體，前期投資少，后期維護(hù)費(fèi)用低，不會受到場地的限制。

(2)設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)植草溝時，邊坡的坡度應(yīng)當(dāng)控制在1：3以內(nèi)，且縱坡不得超過4%；最大流速要控制在80cm/s以內(nèi)。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)例

為便于研究，以某城市XX區(qū)內(nèi)的道路工程實(shí)例為依托，對海綿城市概念在城市排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

2.2.1 工程概況

XX城區(qū)內(nèi)共有78條道路，總長度約為109.25km。道路由機(jī)動車道、人行道等組成，其中機(jī)動車道的路面結(jié)構(gòu)形式為瀝青混凝土面層、水穩(wěn)碎石基層；部分支路的路面為水泥混凝土材質(zhì)；人行道全部采用普通混凝土磚。本次利用海綿城市理念和技術(shù)，對該區(qū)內(nèi)的道路進(jìn)行改造升級，共分兩個階段進(jìn)行，第一階段改造31條道路，第二階段改造47條。下面重點(diǎn)對道路排水設(shè)計(jì)中海綿技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行分析。

2.2.2 道路現(xiàn)有問題

本次研究區(qū)域內(nèi)的道路工程全部都是以交通量為設(shè)計(jì)依據(jù)，可滿足車輛的通行要求。道路設(shè)計(jì)中，未對生態(tài)環(huán)境保護(hù)加以充分考慮，導(dǎo)致該方面存在問題?，F(xiàn)有道路的路面結(jié)構(gòu)以瀝青砼、水泥砼為主，混凝土本身并不具備透水能力，自然降雨時，雨水會積聚在路面上，需要利用設(shè)置在道路上的排水設(shè)施排除雨水。當(dāng)?shù)?-8月常常會出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，導(dǎo)致路面大量積水，引起區(qū)域內(nèi)澇，車輛在積水的路面上行駛，安全事故發(fā)生幾率增大。該城區(qū)在規(guī)劃時，要求市政道路采用統(tǒng)一的鋪裝層，鋪裝材料為混凝土磚，不具備透水性，道路整體設(shè)計(jì)較為簡單，并未融入生態(tài)理念，綠化帶與機(jī)動車道分體，橫縱坡設(shè)計(jì)不到位，容易引起積水現(xiàn)象。

2.2.3 排水方案設(shè)計(jì)

本次城區(qū)道路改造工程中，引入海綿城市理念，本著工程造價最低、環(huán)境影響程度最小的原則，以橫縱坡度控制為前提，以改善道路滲透水能力為立足點(diǎn)，以消除路面積水現(xiàn)象為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)道路全方位升級。設(shè)計(jì)時將機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行道、綠化帶形成有機(jī)的整體，共同處理路面積水。人行道原有的混凝土磚全部更換為透水性鋪裝層，機(jī)動車和非機(jī)動車道，改用透水瀝青砼和透水水泥砼路面，將綠化帶設(shè)置在道路中央位置，借助綠化帶中的植物，降低雨水流量。將生態(tài)滯留帶設(shè)置在機(jī)動車與非機(jī)動車道之間，雨水經(jīng)過綠化帶進(jìn)入排水溝。具體的設(shè)計(jì)方法及要點(diǎn)如下：

(1)機(jī)動車道的設(shè)計(jì)方法。機(jī)動車道是道路的重要組成部分，它的寬度超過非機(jī)動車道和人行道的總和，本次對機(jī)動車道進(jìn)行改造升級設(shè)計(jì)時，為減少后續(xù)工程量，使原機(jī)動車道的寬度保持不變，將綠化帶設(shè)置在機(jī)動車道兩側(cè)。設(shè)計(jì)過程中，需要對土壤的入滲狀況加以分析，據(jù)此為設(shè)計(jì)提供參考。采用霍爾頓模型，以當(dāng)?shù)氐淖匀唤涤昵闆r為基礎(chǔ)，對入滲率變化加以分析。當(dāng)自然降雨的滲入速率在10.2-76.2的區(qū)間范圍內(nèi)變化時，衰減常數(shù)取4.14，經(jīng)計(jì)算排干雨水的時間大約為72h。以雨水的入滲分析結(jié)果作為參考依據(jù)，對地面徑流情況加以計(jì)算，在道路適宜的位置處設(shè)置路緣石開口，設(shè)計(jì)立式雨水篦子。在降雨的初期階段，雨水落入路面后，會經(jīng)雨水篦子進(jìn)入到綠化帶內(nèi)，當(dāng)土壤達(dá)到飽和狀態(tài)時，溢出的雨水會流入雨水管，并排出路面，避免積水。對機(jī)動車道的結(jié)構(gòu)采用三層設(shè)計(jì)，上層設(shè)計(jì)為透水瀝青砼，中層和下層均為不透水層，降雨后，雨水透過瀝青砼下滲后，從設(shè)置在中下層中的排水盲溝流入分隔帶內(nèi)積蓄。

(2)人行道的設(shè)計(jì)方法。本次對人行道的設(shè)計(jì)引入海綿城市理念，選用透水性材料，替代原有的混凝土磚。在地下設(shè)置排水管道和蓄水池，使雨水通過人行道能夠下滲，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)路面積水量的目標(biāo)。為使人行道更加美觀，選用全透明的透水性鋪裝層，依據(jù)道寬加裝儲水模塊，具體如圖2所示。

圖2 人行道排水設(shè)計(jì)示意圖

(3)綠化帶的設(shè)計(jì)方法。經(jīng)改造升級后的道路路面，全部鋪設(shè)透水性材料，由此能夠確保路面積水順利從雨水口排至綠化帶內(nèi)。為發(fā)揮出綠化帶積蓄和過濾雨水的作用，可在設(shè)計(jì)時，鋪設(shè)一層厚度適宜的栽培土，與透水管配合可達(dá)到過濾雨水的效果。導(dǎo)流系統(tǒng)可結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)，強(qiáng)降雨引起路面大量積水時，通過導(dǎo)流系統(tǒng)能夠蓄積雨水。設(shè)計(jì)綠化帶內(nèi)的植物景觀時，要充分考慮水循環(huán)問題，可將降雨量和蒸發(fā)量作為主要參考依據(jù)，設(shè)計(jì)與之相應(yīng)的具有滲透性功能的綠化帶，并保證寬度適宜。為增強(qiáng)綠化帶的滲水和蓄水效果，可以選用透水性能較好的材料，如新型透水磚等，并在道路兩側(cè)種植耐旱植物，在輔助排水的前提下，美化道路。

(4)路緣石與邊溝的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)道路路緣石時，可將道路面積作為主要依據(jù)，選擇比地面略高的路緣石，并采用打孔的方式，解決水流緩慢的問題。雨水口位置處的路緣石，必須加裝攔污篦子，防止雜物過多造成排水口堵塞，影響雨水排出。設(shè)計(jì)邊溝時，可以采用上文中的植草溝，在確保道路美觀性的基礎(chǔ)上，凈化雨水。按照道路所在地的地勢條件，對植草溝的長度和寬度進(jìn)行合理設(shè)定，當(dāng)植草溝設(shè)置在低洼區(qū)域時，可適當(dāng)增大邊高。

3 結(jié)束語

綜上所述，海綿城市在解決路面積水問題方面具有顯著的效果。為此，可在城市道路排水設(shè)計(jì)中，引入海綿城市的理念和方法，結(jié)合實(shí)際情況，對機(jī)動車道、人行道以及綠化帶進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。未來一段時期，要加大相關(guān)技術(shù)的研究力度，通過優(yōu)化和改進(jìn)，使技術(shù)更加完善，更好地為城市排水工程服務(wù)。