论海绵城市在市政工程设计中的应用

王岩

（上海市政交通设计研究院有限公司，上海市 200030）

论海绵城市在市政工程设计中的应用

王岩

（上海市政交通设计研究院有限公司，上海市 200030）

近年来，随着水资源短缺、城市内涝频发和初雨污染等问题日益突出，雨水利用和排放技术工程得到越来越多的关注和应用，特别是海绵城市、低影响开发技术得到了迅速的发展。我国的室外排水设计规范也越来越多地关注雨水的排放和低影响开发技术的应用。在市政排水设计中应用的LID技术融合了海绵城市与国内外最新雨洪管理理念，实现了防治内涝、水资源利用、减少城市面源污染、景观美化的多重效益。

海绵城市；低影响开发；市政排水；雨洪管理；面源污染

0　引言

随着社会经济的快速发展，城市化进程不断加快，城市发展过程中面临的雨水径流污染、洪涝灾害、水资源匮乏等突出共性问题日益严重。城市内涝防治以及雨洪控制利用已成为目前城市市政建设的热点问题，当点源污染被有效控制后，面源污染就成为影响城市水体水质的主要原因之一。屋面、路面和绿地是城市主要的下垫面类型，当暴雨产生时，下垫面（主要是屋面和路面）上大量污染物在雨水的冲刷下随径流一起进入受纳水体，对城市生态环境构成严重威胁。另外随着城市化进程加快，城市不透水下垫面面积逐渐增大，这就使得降雨时的径流量大大增加。加之随着近年来罕见暴雨发生的频率越来越高，我国城镇开始通过提高市政排水系统设施的设计标准来预防洪涝灾害的发生。市政实施标准的提高，意味着需要加大市政实施的建设规模，这极大的增加了排水管道工程建设的造价及后期的运行维护费用，不仅效果有限且不能消除下垫面初期降雨对城市受纳水体的污染。尽管近年来，我国加大了对雨水利用的研究和应用，但是现有的雨水利用设施多属于末端控制，如调蓄池、人工湿地等等，这些也会加大市政排水设施的建设成本和后期维护成本，同时受场地等其他因素影响，实施的规模也有一定限制［1］。国内外许多城市开始进行新型雨洪管理理念的实践，将雨洪蓄渗工程技术与城市绿地景观相结合进行设计，构建以自然积存、自然渗透、自然净化为目标的海绵城市，并取得了显著地效果。但是我国的LID技术处于初步探索阶段，并未受到充分的重视，没有相应专门的设计标准、规范及法规［2］。因此，为从源头解决城市内涝、削减城市径流污染、保护和改善城市生态环境，国家提出了建设海绵城市的新构想，提倡构建低影响开发（Low Impact Development）雨水系统。

1　海绵城市概念

2014年11月，《海绵城市建设技术指南》（以下简称《指南》）发布试行，意在解决我国城镇面临的严峻雨水问题，保护和改善城镇生态环境，促进生态文明建设。《指南》的发布引起了行业内的巨大反响。然而，现代雨洪管理不同于传统给排水系统，且当前各级的执行压力大、时间紧，如何全面理解海绵城市的真正内涵，并运用到实际工程建设中，是规划设计人员、城市建设者、管理者等共同的困惑，这也直接影响了海绵城市的建设成果。

建设海绵城市，即构建低影响开发的雨洪管理系统，主要指通过“渗、滞、蓄、净、排”等多种技术途径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，恢复城市的“海绵”功能。低影响开发体系包含结构性措施和非结构性措施两种策略，结构性措施主要包括：建设生物滞留池或雨水花园、植被过滤带、植被浅沟、洼地、绿色屋顶、种植器、透水铺装、蓄水池、渗透沟、干井等；非结构性措施，包括建筑和道路的合理布局、增加植被面积和可透水路面的面积等。相对于传统的雨洪管理措施（管道、塘湿地），低影响开发技术具有适用性强、造价与维护费用低、运行维护简单、多功能景观等优点，并且可以减少集中式设施的使用，已经被美国、加拿大、日本等一些国家应用于城市基础设施的规划、设计与建设领域［3］。

低影响开发技术在使用过程中需要环境、市政与园林绿化部门相互配合。景观绿化工程建设中应充分考虑园林绿地对雨洪调蓄的作用，在满足绿化和美观要求的同时应尽量改善一定区域的水文和径流状况，市政设施的改建扩建项目也应首先考虑是否能通过低影响开发技术提高排水系统的设计标准和运行能力。低影响开发技术相比于终端处理技术是一种较新的理念与方法，它能削减地表径流总量、洪峰量和提高水质，补充地下水，缓解城市管道和污水处理厂的压力。它充分体现了绿色建筑的生态性、可持续性、低能耗和低投资等理念，合理利用低影响开发技术能实现经济、社会及环境效益的整体优化［4］。

2　传统市政道路面临的问题

近年来，我国城市排水管网有了一定的基础，但是当遇到超过排水设施设计标准的降雨时，城市排水问题便显现出来。城市道路雨水径流量大，水质差，是城市面源污染的主要来源之一。传统城市建设模式主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来组织排放径流雨水，以快速排除和末端集中控制为主要设计理念，这使得市政雨水管网及收纳水体、排涝设施压力剧增，初期降雨产生的大量污染物也随径流雨水流入受纳水体影响水环境质量，而且大量外排雨水也是对水资源的一种严重浪费。

市政道路断面形式主要有单幅路、双幅路、三幅路和四幅路。本文以四幅路为例进行讨论。四幅路是由三条绿化带将车行道分隔成四个部分，中间为单向机动车道，机动车道两侧为单向非机动车道（见图1）。

图1　传统市政道路横断面

中央绿化带及两侧绿化带高程均高于道路路面，绿化带两侧设置高出路边缘10～20 cm的路缘石，其作用是将机动车与非机动车及行人分隔开来，以保证道路具有较高的通行能力。同时也起到疏导雨水沿纵断方向流入雨水口，防止雨水进入绿化带而影响路面结构稳定的作用。传统市政道路的绿化带只能接收自身面积内的雨水径流，路面雨水径流需经过雨水口全部流入雨水管道进行排除。这种方式是以雨水的尽快排除为基本理念，导致路缘石处必然产生积水，易发生洪涝灾害，且污染较重路面初期降雨排入河道后污染城市水体，同时，道路绿化带需要经常性进行灌溉，对道路雨水资源没有进行有效的利用，大量雨水白白流走。

3　低影响开发市政建设模式

低影响开发对不透水地面及源头雨洪控制设施的要求来源于水文中性（hydrological neutrality）这个概念。所谓水文中性，是指同一地区开发前后其水文特性尽量保持不变。除峰值流量保持不变外，其径流总量亦应保持不变。这就要求除采取调蓄措施来削减增加的峰值流量外，还要采用雨水回用或滞留系统来控制径流总量的增加。只有同时控制峰值流量及径流总量，才能尽量减少由于不透水地面的增加对环境的不利影响。

在满足道路交通通行安全等基本功能的基础上，应充分利用道路自身空间及周边绿化空间推行下凹式绿地、透水路面、LID树池等低影响开发措施，以削减径流水量、改善径流水质。低影响开发市政道路模式充分利用了道路绿化带在收集、储存、入渗、净化雨水径流方面的功能，将道路绿化带设计成植生滞留槽形式，路面雨水径流通过孔口道牙自流入绿化带经过储存、入渗、净化后排放［5］。道路断面形式见图2。

图2　低影响开发市政道路横断面

绿化带高程低于道路路面高程约10～20 cm，雨水口置于绿化带内，其高程高于绿化带且低于路面（见图3）。路面雨水流入绿化带后，首先下凹式绿地对雨水进行储存和入渗，同时又有一定的净化作用，而超过设计标准的降水将通过溢流的方式直接进入雨水口，经雨水管渠进行排放。雨水管道可以采用穿孔管道设计，雨水在流行过程中可以继续进行入渗（见图4）。道路人行道采用透水铺装地面，尽可能多的减少雨水径流。行道树可采用LID树池形式，见图5。

图3　孔口道牙及雨水口

图5　LID树池

传统市政道路排水模式与低影响开发道路排水模式的对比见表1。

4　结语

低影响开发模式市政道路建设将以雨水尽快排除为目的的传统市政设计，转变为以“渗、滞、蓄、净、排”为设计理念的新型市政设计，对减少城市洪涝灾害、控制城市面源污染、改善城市水体等具有重要意义。

但是海绵城市建设是一项极其复杂的系统工程，低影响开发模式市政道路建设只是海绵城市建设的一部分，只有综合考虑这些问题涉及的各个方面及相互影响和制约关系，特别是需要建立、完善相应的法律法规，基于一个城市的海绵城市战略和规划，全面推行低影响开发、绿色雨水基础设施及必要、合理的灰色基础设施，才能从根本上解决城市内涝、径流污染、雨水资源利用、水环境生态等重大问题，保护和恢复城市的良性水文循环。

表1　传统市政道路排水模式与低影响开发模式的

［1］车伍，马震，王思思，等.中国城市规划体系中的雨洪控制利用专项规划［J］.中国给水排水，2013，29（2）:8-12.

［2］Ignacio F.Bunster-Ossa.Sponge City［M］.S.T.A.Pickett，M.L.Cadenasso，Brian McGrath.Resilience in Ecology and Urban Design:Linking Theory andPractice forSustainable Cities.NewYork:Springer，2013，301-306.

［3］Michelle E.Newcomer，Jason J.Gurdak，Leonard S.Sklar，etc.Urban recharge beneath low impact development and effects of climate variability and change［J］.Water Resources Research0043-1397，2014，50（2）:1716-1734.

［4］徐振强.我国海绵城市试点示范申报策略研究与能力建设建议［J］.建设科技术，2015（3）:58-63.

［5］胡爱兵，张书函，陈建刚.生物滞留池改善城市雨水径流水质的研究进展［J］.环境污染与防治，2011，33（1）:74-77.

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1009-7716（2016）01-0100-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.028

2015-09-30

王岩（1987-），男，黑龙江哈尔滨人，工程师，从事给排水设计工作。