海绵城市理念在姚江新城道路设计中的实践

陶俊

（宁波市城建设计研究院有限公司,浙江 宁波 315012）

海绵城市理念在姚江新城道路设计中的实践

陶俊

（宁波市城建设计研究院有限公司,浙江 宁波 315012）

针对宁波市姚江新城云飞路中海绵城市的营造,基于工程特点,开展技术选择和比选,提出适应性强的透水路面方案和生物滞留方案,并对技术路线以及设计复核进行了阐述。借此对城市道路的海绵城市设计提供参考。

海绵城市；城市道路；透水路面；生物滞留

0 引言

海绵城市建设的总体要求为:通过海绵城市建设,综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施,最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响。

城市道路是城市排水系统的重要组成部分,因此有针对性地对城市道路进行海绵化设计,对于海绵城市建设来说至关重要[1]。

而城镇化开发初期的新建区城市道路设计中实现海绵城市建设时需进行必要的前瞻性、示范性、适用性的实践和总结。

1 工程概况

姚江新城是“十三五”期间宁波重点打造一中心二副中心之一（东部新城、姚江新城、高桥）,以“水脉智城、生态宜居”为核心理念进行营造。2015年实施系统开发。云飞路是新建区中最早实施的城市主干路。

2016年4 月,宁波市成为海绵城市建设试点城市。云飞路即被确定为试点区域建设项目。

云飞路全长4 km,宽44 m,原规划标准断面形式见图1。红线外无规划绿化退让、并要求采用沥青混合料和块材铺装路面。

图1 原规划标准横断面（单位:m）

实践中结合地块在建和待开发的特点、针对姚江新城气象及工程地质条件、遵照《宁波市海绵城市规划设计导则》相关规定,确定海绵城市营造措施。通过综合运用透水铺装、复杂型生物滞留以及适度调整规划断面、探讨初期雨水弃流和远期实施排水路面等技术实现设计标准和目标。

2 设计标准

2.1 雨水年径流总量控制率

依据《海绵城市建设技术指南》中我国大陆地区年径流总量控制率分区图,工程所在区位为III区,控制值为75%～85%[2]。

依据《宁波市海绵城市规划设计导则》,新建道路控制值不小于75%[3]。

最终云飞路确定按80%控制年净流总量控制率,即满足24.6 mm雨水不外排的要求建设。姚江新城年径流总量控制率对应设计的降雨量见表1。

表1 年径流总量控制率对应设计的降雨量[3]

2.2 雨水年径流污染削减率

《海绵城市建设技术指南》中提出低影响开发雨水系统的年 SS总量去除率一般可达到 40%～60%[2]。

依据宁波市海绵城市规划设计导则,为达到II类、III类水系的水质目标,面源污染物削减率（一般以年SS总量去除率计）不低于60%[3]。

最终云飞路按60%控制年径流污染削减率。

2.3 暴雨强度

宁波市暴雨强度公式为:

道路按暴雨重现期P=3 a设计。t为集水时间,地面集水时间采用10 min。

3 适用性技术选择

3.1 道路可采用的技术及设施

渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术均可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。

道路上可采用的低影响开发措施见表2。

表2 低影响开发措施表

云飞路红线外无设置相关设施空间,且红线内需满足必要的交通通行断面。故本着应因地制宜、经济有效、方便易行的原则,道路主要选择“渗、净”技术——路面渗透技术和初期雨水污染处理技术。

3.2 路面渗透技术

渗透技术在云飞路工程的应用主要为车行道透水沥青路面和人行道透水铺装路面两大类。

（1）车行道透水沥青铺装

根据 《透水沥青路面技术规程》（CJJT 190-2012）和图集《城市道路—环保型道路路面》（15 MR205）,透水沥青路面可分为三类:I型（表层排水型）、II型（半透型）、III型（全透型）。

II型适用于轻型荷载道路[4],不宜采用。

云飞路下卧土基渗透系数小（10-6cm/s）,无法满足全透型不小于7×10-5cm/s的要求,姚江新城地下水位高,若采用全透型,会导致雨水积聚在道路透水结构和路基之间,使路基长期浸泡在雨水中,破坏路基强度,III型不可采用。

所以车行道沥青路面采用透水沥青路面I型。先期实施道路需作为地块开发施工车辆通道,无法避免车辆带来的泥浆、尘土污染,会堵塞、破坏透水沥青的结构,故近期表层采用SMA面层,远期改造成OGFC透水面层,下部构造统一,近远期结合,见图2。

图2 机动车道结构示意图（单位:cm）

（2）人行道透水铺装

本着便于维修养护,并具有一定景观构建能力的原则,人行道采用有效孔隙率不小于15%的透水砖路面。结构体系采用半透水,避免全透水体系的结构失稳。人行道采用具有防堵塞及过滤功能的硅砂基透水路面砖,同时采用透水混凝土基层,增加过滤储水功能,减小路面径流总量,见图3。

图3 人行道排水结构示意图（单位:cm）

3.3 初期雨水污染处理技术

车行道的雨水径流含有较高浓度的污染物质。可以说,城市初期雨水中所含的污染物质,大部分来自车行道的雨水径流。

云飞路初期雨水污染处理采用2套方案进行比选:渗透技术方案,即采用生物滞留设施；截污净化技术方案,即采用初期雨水弃流设施。

3.3.1 生物滞留设施方案

生物滞留设施指在地势较低的区域,通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。

云飞路采用在机非车道之间侧分带内设置复杂性生物滞留设施,见图4。

图4 复杂性生物滞留设施示意图

生物滞留设施的蓄水层深度一般为200～300 mm,并应设置100 mm的超高。设计中对生物滞留设施的规模进行了计算和必要调整。

（1）设计调蓄容积采用容积法进行计算,公式如下:

式中:V为设计调蓄容积,m3；H为设计降雨量,取24.6 mm；φ为综合雨量径流系数,加权平均计算,其中绿化取0.15,车行道取0.9,透水砖人行道取0.3；F为汇水面积,hm2。

（2）考虑生物滞留带的渗透,则计算公式为

式中:Vs为渗透设施的有效调蓄容积,m3；V为渗透设施进水量,m3；Ws为渗透量,m3。

（3）渗透量按式（4）计算:

式中:Ws为渗透量,m3；a为综合安全系数,取0.50；K为土壤渗透系数（m/s）,取1×10-6m/s；J为水力坡度,一般取1；As为有效渗透面积（m2）,本工程为防护路基,仅允许垂直渗透；ts为渗透时间（s）,取2 h。

（4）生物滞留设施规模核算

云飞路车行道面积F1为134 941 m2,透水砖人行道面积F2为17 757 m2,人非混行道绿化带净面积F3为9 997 m2,中央绿化带面积F4为14 023 m2。

V=10×24.6×（134 941×0.9+17 757×0.3+ 9 997×0.15+14 023×0.15）÷10 000=3 207 m3

设滞留带有效水深为h,As等于人非混行道绿化带净面积F3。

Ws=0.5×1×10-6×1×As×2×3 600=0.003 6 F3

故h=（V-Ws）÷F3=V÷F3-0.003 6=0.317 2 m

由于《海绵城市建设技术指南》中要求生物滞留设施的蓄水层深度应根据植物的耐淹性能和土壤渗透性能确定,一般为200～300 mm[2],且下凹深度过深对行人及车辆存在一定安全隐患,故必须对滞留带进行拓宽。

将机非车道之间侧分带宽度由原来的2 m调整为3 m,缩小中央绿化带,见图5。在总宽和车道宽度不变的情况下即满足蓄水深度的要求,也为施工提供便利空间。

图5 调整后规划标准横断面（单位:m）

调整后云飞路车行道面积F1为132 539 m2,透水砖人行道面积F2为17 743 m2,人非混行道绿化带净面积F3为16 167 m2,中央绿化带面积F4为10 270 m2。经计算蓄水深度h=0.21 m。

3.3.2 初期雨水弃流设施方案

根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006, 2014版）,分流制排水系统调蓄量可取4～8 mm[5],本次设计按照8 mm选取。

根据宁波市年径流总量控制率与设计降雨量之间的对应关系,当调蓄量为8 mm时,对应的年径流总量控制率约为40%。近30 a平均降雨量约1 455.5 mm,调蓄池年控制降雨量约582.2 mm,这部分初期雨水被调蓄池收集并排入污水管网。

通过对各出水口对应的服务面积分区（见图6）,计算得到调蓄池所需的容积及尺寸见表3。

图6 排水分区图

表3 调蓄池规格表

调蓄池平面布置和工作流程见图7、图8。

图7 调蓄池平面布置图

图8 调蓄池工作流程图

3.3.3 技术比选及方案确定（1）方案比选见表4。

表4 初期雨水污染处理技术比选表

4 海绵城市设计指标复核

4.1 设计技术路线及大样

（1）设计技术路线见图9。

图9 设计技术路线

（2）滞留带大样见图10。

4.2 指标复核

（1）综合径流系数计算见表5。

图10 滞留带节点大样（单位:cm）

表5 综合径流系数计算表 m2

（2）海绵水量指标复核见表6。

表6 海绵水量指标复核表（控制指标24.6 mm）

（3）海绵水质指标复核

最终排河雨水均通过复杂性生物滞留设施,根据《宁波市海绵城市规划设计导则（试行）》内污染物去除率一项,取复杂型生物滞留设施污染物去除率（以SS计,%）为80%。核算数据见表7。

表7 海绵水质指标复核表

实际控制雨量计算公式为:

式中:Vs为渗透设施的有效调蓄容积,m3；F为汇水分区面积,m2；Ψ为综合径流系数。

实际控制率根据《宁波市海绵城市规划设计导则（试行）》中多年平均径流总量控制率与设计降雨量对应关系曲线对应取值,见图11。

（4）通过核算,各汇水分区滞留水量指标均大于径流总量,污染物去除率均大于控制指标60%的要求,满足海绵城市控制标准和设计指标。

图11 多年平均径流总量控制率与设计降雨量对应关系曲线图[3]

5 结语

结合海绵城市在宁波市姚江新城云飞路道路设计中的技术实践,探讨了对透水铺装、生物滞留设施、调蓄池等技术选择、利用和调整。立足于因地制宜、经济有效、方便易行原则,制定适用的技术路线和进行有效的技术复核对城市道路海绵城市建设具有指导性意义。

[1]柯水平,张树宁,白子建.基于“海绵城市”理念的城市道路设计探讨[J].城市道桥与防洪,2016(10):1-4,6.

[2]住房和城乡建设部.海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)[Z].2014.

[3]宁波市住房和城乡建设委员会.宁波市海绵城市规划设计导则(试行)[Z].2016.

[4]住房和城乡建设部.国家建筑标准设计图集——城市道路—环保型道路路面[M].北京:中国计划出版社,2015.

[5]GB 50014-2006,室外排水设计规范[S].

U412.37

B

1009-7716（2017）07-0087-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.026

2017-03-31

陶俊（1977-）,男,安徽芜湖人,高级工程师,从事道路设计工作。