海绵城市技术在池州市齐山大道工程建设中的应用

颜伟康，朱曙光，2，李 云，杜海涛，江 云，欧阳匡中

（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，合肥 230601；2.安徽省绿色建筑先进技术研究院，合肥 230601）

海绵城市技术在池州市齐山大道工程建设中的应用

颜伟康1，朱曙光1，2，李 云1，杜海涛1，江 云1，欧阳匡中1

（1.安徽建筑大学环境与能源工程学院，合肥 230601；2.安徽省绿色建筑先进技术研究院，合肥 230601）

针对国内城市洪涝灾害频发而城市水资源又相对缺乏的现状，城市排水系统建设逐渐融合了海绵城市理念，提出了自然积存、自然渗透、自然净化的要求。本文以安徽省池州市齐山大道南段海绵城市建设项目为例，研究在道路建设领域海绵城市建设的技术方案，通过实施雨水源头、客水、末端和大排水综合控制方案，选择适宜的海绵城市工程技术手段，实现水资源保护、城市内涝、水污染控制的综合目标。

海绵城市；池州；齐山大道；低影响开发；雨水管理

0　引　言

我国城市化进程不断加速，一方面使城市的基础设施得到有效完善，另一方面也造成了城市过度硬化，导致自然积存、自然渗透、自然净化能力不足的现象。城市暴雨易导致地表径流急剧增大，形成城市内涝，造成严重的经济损失。与雨洪形成反差的是城市地下生态补水能力严重不足，加剧了水资源短缺。现有的城市排水系统制约了城市的可持续发展，因此海绵城市发展模式成为了优选模式。

海绵城市（Sponge city），就是让城市排水系统像海绵一样，对环境变化具有极强的适应能力同时对自然灾害有较强的应对能力。生态优先是建设海绵城市的基本原则，通过自然和人工途径相辅助，实现雨水的渗透、存储、净化，达到保护生态环境的效果，同时又能保证城市的防洪排涝设施正常运行［1］。

国外城市雨洪管理与实践较早，并已形成较为成熟的体系，如最佳管理措施（Best Management Practices,BMPs）、低影响开发（Low-Impact Development,LID）、绿色基础设施（Green Stormwater Infrastructure, GSI）等，可持续城市排水系统（Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS）、水敏感性城市设计（Water Sensitive Urban Design, WSUD）等［2］。

在国内雨洪管理实践中，国务院连续出台了《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》、《关于加强城市基础设施建设的意见》、《城镇排水与污水处理条例》等重要法规政策［3］。2013 年12月，中央城镇化工作会议着重强调了“海绵城市”的理念。2014年11月，住建部发布了《海绵城市技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》。2015年4月和2016年4月住建部公布了国家第一批和第二批试点海绵城市入选名单，并在政策和资金上分别予以支持。

本文通过安徽省池州市齐山大道海绵城市建设项目，研究探索适用于安徽南部道路项目的海绵城市建设方案，为我国海绵城市建设提供案例参考。

1　项目基本概况

1.1项目概况

安徽省池州市是国家第一批试点海绵城市，是国家第一个生态经济示范区，位于安徽省南部，地处东经116°38′-108°5′，北纬29°33′-30°51′，是长江南岸重要的滨江港口城市，境内有三大水系十条河流，年平均气温16.5 ℃，年降水量1400-2200 mm，降雨集中在7-10月。

齐山大道为池州市出入口门户大道，也是城市交通主干道。齐山大道海绵城市综合改造项目北起凌阳大道，南至高速转盘，全场2.3 km，道路红线60 m，如图1所示。道路西北部临近齐山湖，东北部为住宅空地，中部为新建商业住宅，南部为铁路、建材市场。齐山大道两侧生态本底条件良好，而道路路面排水状况不佳，易形成内涝积水，影响交通组织安全。因此，运用海绵城市建设理念对齐山大道进行改造有良好的示范意义。

图1　齐山大道项目平面示意图

1.2建设条件分析

池州市是皖南城市，地表水资源较丰富，地表水是城市用水水源，城市周边水体水质良好，局部有轻度污染。池州属于典型皖南丘陵地形，存在水土流失、滑坡山洪、生态敏感度高等情况。通过海绵城市技术应用，需要着重结合区域特点。

1.2.1项目建设优势

齐山大道两侧自然本底的条件良好，整体来看，道路具有绿化带、机非隔离带，两侧有大面积的集中绿地以及天然水塘、湖泊等。这有利于生态绿地雨水基础设施对径流水量及污染进行控制，并使道路横向坡度具有较好的道路排水条件。

1.2.2项目建设劣势

同样，齐山大道在自然本底、雨水系统方面也存在着劣势。在自然本底条件上，齐山大道两侧绿地多为高绿地，增加了低影响开发设施改造难度；现有隔离带景观植物丰富，改造成本高；土壤为偏酸性粘土，很难满足传统生物滞留设施调蓄深度不宜超过15 cm的要求，为后期设施及工艺选择带来难度。在雨水系统上，道路坡度起伏较大，部分道路纵坡大于横坡，雨水收集困难，部分路段内涝积水严重。此外，路面雨水均通过雨水管线直接就近排入周边水体，初期雨水对收纳水体造成污染。

2　建设途径研究

2.1建设研究目标

基于池州皖南城市特点，海绵城市建设应强调洪水滞蓄、减小地块开发对水文循环的破坏，即侧重于“滞”、“渗”和“排”几个环节。

齐山大道海绵城市化改造，其年径流总量控制率要求达到80%～85%；雨水系统重现期、径流系数等设计参数参照《室外排水设计规范》执行，着重考虑对雨洪峰值的削减，使道路达到30年一遇的目标［1］；环境保护目标中，年SS总量去除率要达到40%～60%。

2.2项目建设思路

结合皖南城市特色和齐山大道建设总体目标，齐山大道海绵化建设的整体思路如下：

（1）方案采用源头加末端综合控制技术，最大化解决道路自身及汇入路面的汇水区雨水的径流控制问题，使其满足海绵城市考核目标。

（2）遵循自然本底条件，设施位置选择人行道周边绿化带3～5 m无灌木、乔木区域，尽量减少对自然本底条件的破坏。

（3）不仅考虑海绵城市雨水系统与道路工程的改善状况，同时结合景观、人文设施，让市民更亲近生态雨水设施。

（4）技术应选择经济实用型，成本低控制效果好的技术，综合考虑项目建设、维护费用，提出经济适用的技术方案。

2.3项目建设途径

齐山大道路线南北走向，北部临近齐山湖、自然水塘，道路周边具有较好的绿地空间。道路西侧为低势绿地，道路东侧为高绿地。机非隔离带为高绿地密布灌木、乔木，改造难度大，树池为单个树池，均为耐水性强的香樟。

2.3.1平面设计研究

方案设计降雨量为37.1 mm；根据道路竖向以及雨水管网汇水范围，采取源头加末端综合控制技术，充分利用绿地空间，不破坏现有较好植被，保留具有较好景观价值的中间隔离带，只对树池进行改造，将单个树池构建树池带；人行道周边绿地采用下沉式绿地、植草沟与雨水花园搭配技术，重点提升道路景观；对于源头无法控制的雨水，使之溢流至管网后进入末端进行集中控制。

2.3.2断面建设研究

道路南北段的断面方案特点鲜明：北部采取下沉式绿地、卵石植草沟、护坡植草沟、雨水花园、树池带相结合技术；南部采用卵石植草沟、护坡植草沟、雨水花园、树池带相结合技术。北边断面与南段的主要区别在于北段西侧具有大面积的自然低势绿地，故主要采取下沉式绿地技术，下沉式绿地调蓄深度为10 cm，设置溢流口，保证下沉式绿地不被长时间水淹。

方案总体保留原有机动车道、非机动车道道路排水的竖直走向，雨水控制采用“机非隔离带-明沟-树池带-植草沟-雨水花园”的方案，如图2所示。一方面重点对机非隔离带改造，将机非隔离带切割成明沟。流入明沟的雨水穿越非机动车道，汇流进入路边树池。树池带通过盖板沟上的溢流口进入植草沟。另一方面，对人行道进行坡度改造，使雨水流向植草沟，植草沟再与雨水花园连通。植草沟布置在人行道外侧3 m处，雨水花园则布置在人行道周边0～8 m无灌木、乔木区域，避免对绿化带的乔木、灌木开挖，减少对现有自然本底条件的破坏。

图2　道路典型断面方案示意图

2.3.3适宜技术研究

齐山大道项目在筛选适宜技术时，主要采用了下沉式绿地、雨水花园、植草沟等海绵城市技术。

下沉式绿地具有增加下渗、削减洪峰流量、减轻地表径流污染的效用。研究表明下沉式绿地对雨水径流的污染物具有削减效应：对COD、NH4-N 和TP的平均削减率范围分别为52.2%～41.3%，49.0%～44.1% 和47.4%～39.0%［4-6］。

雨水花园的组成部分是蓄水层、覆盖层、种植土壤层、砂层、溢流管等。一方面，雨水花园具有雨水渗透的功能，雨水花园的蓄水层、覆盖层吸收并汇聚路面雨水，经种植土壤层、砂层的综合作用来净化雨水，最后经溢流层渗入土壤中，涵养地下水。另一方面，雨水花园的环境功能更加显著，雨水花园经过合理经济的植物配置，可为众多的动植物如昆虫、鸟类提供优良的栖息环境。同时，植物的蒸腾作用通过适量调节空气的温度和湿度，可改善局部的小气候环境。雨水花园对雨水径流污染物的削减效应研究表明：TSS、TP、TN、重金属、病原体平均削减率分别为80%、60%、50%、45%～95%、70%～100%［7］。与普通草坪相比，雨水花园的建造成本较低，其维修更方便快捷，管理更系统简单。此外，雨水花园具有人工挖掘的浅凹绿地的特征，能以一种更舒适、更清新的景观感受呈现在市民面前。

植草沟不仅能输送雨水，还能通过植物滞留、土壤过滤可以降低雨水径流流速，减小雨水径流流量，从而起到调峰、错峰的作用。研究发现植草沟对降雨径流污染物中TSS的去除率可达68%～93%，TP、TN的去除率分别达到28%～83%和40%～92%，污染物平均去除率达到79%～98%［8-13］。

2.3.4客水控制研究

齐山大道的客水主要来源于凌阳大道，由凌阳大道南北两侧的两股客水构成。道路自身汇水面积20.3 hm²，本方案不仅考虑自身汇水区域，还考虑凌阳大道的客水91.6 hm²以及周边汇入的客水108.4 hm²，总的汇入齐山大道的汇水面积为220.3 hm²，是道路自身汇水面积的10倍。凌阳大道北侧的客水被引入临近水塘的阶梯湿地中进行控制；并在阶梯湿地前设置格栅、旋流沉砂等预处理设备，防止泥沙对湿地形成淤积。凌阳大道南侧客水主要通过末端集中雨水花园进行控制，再溢流至前置塘。

3　雨水工程设施研究

齐山大道项目建设依据《安徽省海绵城市规划设计导则》、《安徽省海绵城市建设设计标准图集》等进行。项目采用的雨水工程设施主要有雨水花园和植草沟，具体计算分析如下。

3.1雨水花园计算分析

雨水花园的计算分析方法有四种：（1）基于达西定律的渗滤法；（2）蓄水层有效容积法；（3）基于汇水面积的比例估算法；（4）水量平衡分析法。方法（1）缺少植物对蓄水层的影响分析；方法（2）缺少雨水花园的渗透能力考察；方法（3）计算研究精度不够，适于方案的估算；方法（4）则能兼顾滞留和净化的作用分析［14］。鉴于皖南地区的水环境、地质条件和黏质土壤组成，项目采用水量平衡分析法来计算雨水花园的面积，如式（1）所示：

式中：H—设计降雨量，取37.1 mm

ψ—径流系数，雨水径流系数和综合雨水径流系数参照表1和表2［15］

Ad—汇流面积；

hm—蓄水层最大蓄水高度；

fv—植物面积占有率，取决于选取植物个数和种类；

n—填料层的空隙率，比例取0.3左右；df—雨水花园深度，不包括砂层和砾石层。

表1　雨水设计径流系数

表2　综合雨水径流系数

通过计算，齐山大道海绵城市化改造中，雨水花园建设面积应满足6800 m²。项目建设中，雨水花园的布设应考虑当地植被、景观设施的保护，原有市政设施的保留等因素。为满足雨水花园的面积和效果达标，故雨水花园的规模和位置需结合现场情况确定。

3.2植草沟的计算研究

本文采用梯形植草沟，植草沟的径流量计算可以根据曼宁公式来计算。如式（2）、（3）所示，梯形植草沟断面图如图3所示：

式中：Q—计算径流量；

图3　梯形植草沟断面图

n—曼宁系数，取n=0.058；

A—横断面面积；

R—水力半径；

J—水力坡度，一般取0.01～0.05。

D—湿周。

注：深度h不宜大于600 mm，在这里取h=600 mm，宽度取h2=1500 mm，坡度i取0.30。

池州市暴雨强度计算，如式（4）所示：

q—设计暴雨强度；

P—设计重现期，取P=30；

t—降雨历时，取t=120 min。

设计降雨径流量计算，如式（5）所示：

式中：Q—设计降雨径流量；

ψ—径流系数，参照表（1）和表（2）；

F—设计汇水面积。

通过计算理论上植草沟的径流量为1.998 m³/s。按照设计30年一遇的暴雨目标，雨水径流量为1.615m³/s，因此，经过理论计算得设计植草沟能抵御30年一遇的暴雨。

4　结论

池州市齐山大道海绵城市建设基于自身良好的环境本底，通过对雨水源头、客水、末端和大排水综合控制，选择适宜的海绵城市工程技术手段，实现了水资源保护、城市内涝、水污染控制的综合目标。

池州市是典型皖南城市，海绵城市建设重点考虑雨洪滞蓄，减小狭长区域建设对水文循环的破坏，从“滞”、“渗”和“排”环节进行工程化建设，为我国长江中下游地区的海绵城市建设提供了有益的实践案例，并提供相关建设的技术借鉴。

［1］住房与城乡建设部.海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2014.

［2］尚丽民. 城市雨水径流复合介质多级过滤技术研究［D］. 北京：北京建筑大学, 2013.

［3］车伍,闫攀,赵杨,等. 国际现代雨洪管理体系的发展及剖析［J］.中国给水排水, 2014, 30（18）： 45-51.

［4］程江,杨凯,黄民生,等.下凹式绿地对城市降雨径流污染的削减效应［J］. 中国环境科学, 2009, 29（6）： 611-616.

［5］杨栩,尤学一,季民. 城市绿地对雨水径流污染物的削减作用［J］. 土木建筑与环境工程, 2012, 34（6）： 1-6.

［6］杨清海,吕淑华,李秀艳,等. 城市绿地对雨水径流污染物的削减作用［J］. 华东师范大学学报（自然科学版）, 2008,2（3）： 41-47.

［7］罗红梅,车伍,李俊奇,等. 雨水花园在雨洪控制与利用中的应用［J］. 中国给水排水, 2008, 24（6）： 48-52.

［8］Bäckström M. Grassed swales for stormwater pollution control during rain and snowmelt ［C］. Water Science & Technology A Journal of the International Association on Water Pollution Research. 2003, 48（9）： 123-132.

［9］Pitt R, Nara Y, Kirby J. Particulate Transport in Grass Swales［C］. National Low Impact Development Conference .2014, （331）： 191-204.

［10］Deletic A. Modelling of water and sediment transport over grassed areas［J］. Journal of Hydrology, 2001, 248（1）： 168-182.

［11］NEE Jamil. AP Davis. Field Evaluation of Hydrologic and Water Quality Benefits of Grass Swales with Check Dams for Managing Highway Runoff ［C］.International Low Impact Development Conference, 2014：1-8.

［12］AP Davis,JH Stagge,E Jamil,et al. Hydraulic performance of grass swales for managing highway runoff［J］. Water Research, 2012, 46（20）： 6775- 6786.

［13］王健,尹炜,叶闽,等. 植草沟技术在面源污染控制中的研究进展［J］.环境科学与技术, 2011, 34（5）： 90-94.

［14］向璐璐,李俊奇,邝诺,等.雨水花园设计方法探析［J］.给水排水,2008,34（6）：47-51.

［15］GB 50014-2006 室外排水设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社,2006.

Application of Sponge City Technology in the Construction of Qishan Road， Chizhou City

YAN Weikang1, ZHU Shuguang1,2,LI Yun1, DU Haitao1, JIANG Yun1, OUYANG Kuangzhong1
（1. College of Environment and Energy Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China；
2. Anhui Advanced Technology Research Institute of Green Building, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China.）

Aiming at the current status that urban fooding disasters occur frequently while urban water resources are relatively defcient, the recent drainage system construction of city is basing on the concept of sponge city, which puts forward the requirements of natural accumulation, natural infltration and natural purifcation. Taking the sponge city construction of the south of Qishan road, in the Chizhou, Anhui Province, the paper studies the technical schemes of sponge city development in the feld of road construction for achieving the comprehensive and overall goals of water resources protection and urban waterlogging, water pollution control, which is executed by the holistic control of the water source, foreign water, terminal and big drainageand big drainage and choosing the appropriate techinical ways of engineer.

Sponge city； Chizhou City； Qishan Road； low-impact-development； stormwater management

X52

A

2095-8382（2016）04-069-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160415

2016-05-09

天津市水质科学与技术重点实验室开放基金（TJKLAST-ZD-2014-03）。

颜伟康（1992-），男，硕士研究生，研究方向为水环境模拟与海绵城市。