公路互通立交绿地的海绵城市应用实例研究

刘园

前言

海绵城市在公路立交中的应用，贯彻了生态文明的建设要求和低影响开发的理念，加强了公路立交雨水径流的控制，保障了公路立交及周边地区排水防涝的安全，维护了水生态的可持续发展模式。

1 应用理念

从“海绵城市”理念出发，提高公路互通立交绿地的雨水调蓄能力、生态调控能力以及节能减排能力，从而达到雨水的自然蓄水、自然渗透、自然净化和可持续水循环，提高水生态系统的自然修复能力，维护公路立交绿地良好的生态功能。

2 工程概况

西龙立交节点为佛山市两条重要的纵横向交通走廊的转向节点，其交通功能与地理位置非常重要。立交西侧为进城方向，北侧为白云机场方向，东侧为广州南站方向，南侧为顺德方向，是一个区域路网协调的立交体系，是枢纽型立交。西龙立交周边地区目前以农田、鱼塘为主，西侧紧邻东平水道。

图1 西龙立交海绵城市效果图

3 应用内容

本次海绵城市应用内容包括植草沟、雨水花园、雨水前处理池、景观湖和绿化。

主要应用范围为：魁奇路段奇龙大桥东侧半幅桥面雨水沿桥墩落地后的排放、西龙立交范围以内匝道桥面雨水落地后的排放、西龙立交范围以内匝道道路边坡和立交范围内佛山一环道路边坡雨水的排放。

4 立交海绵城市应用方案

西龙立交内绿地方案从“海绵城市”理念出发，朝景观水体方向靠拢升级；同时兼具雨水调蓄功能，将立交范围的大部分雨水汇集后通过蓄水、下渗、蒸发等功能实现水的生态循环，多余的雨水通过溢流管排放至周边水系（见图2）。

（1）排水方案

①采用佛山市禅城区单一暴雨强度公式，即：

路面、道路周边地块采用重现期P=5年：

q=（L/s·hm2）

上式中：q——暴雨强度（L/s·ha）；

图2 西龙立交海绵城市系统流程图

t——降雨历时（min）。

暴雨强度公式中：

t=t1+t2

上式中：t1——地面集水时间，桥面、路面取5min，其他取15min；

t2——管道内流行时间。

②雨水量采用下列公式计算：

Q=φ·q·F（L/s）

式中：q——暴雨强度（L/s·hm2）；

F——汇水面积（hm2）；

φ——径流系数，按地面覆盖情况确定；路面、桥面取0.9，绿地取0.15，综合径流系数取0.6。

③雨水量计算

佛山一环以西：

a.奇龙特大桥及引桥桥面雨水经桥上DN1200雨水挂管收集后于魁奇路沿桥墩落地，其水量按500L/s计，折算汇水面积为2.21ha；

b.佛山一环以西立交范围内地块汇水面积约5.73ha，起点汇流时间取15min，按5年一遇暴雨强度计算雨水量约为1298L/s；

c.经计算，佛山一环以西的雨水排放总量约为1798L/s（桥面+地块），可确定，按设计标准暴雨强度快收快排雨水，其出水口采用4m宽明渠，渠底坡度5‰；其排水方向为：由西往东通过横穿佛山一环的现状3m×3m雨水箱涵，接入往北去佛山一环东侧的现状2m×1.5m明渠。

佛山一环以东：

佛山一环以东立交范围内地块汇水面积约5.46ha，起点汇流时间取15min，按5年一遇暴雨强度计算雨水量约为1237L/s。经可确定，按设计标准暴雨强度快收快排雨水，其出口排水管尺寸为d1000，坡度5‰；其排水方向为：由北往南接入往东南去的现状5m×1.5m明渠。

④排水溢流口

溢流口采用侧出式排水格栅，排水量与格栅尺寸、格栅形式及栅条间距有关，其泄水量可参照如下公式计算：

B=s·（n-12）+e·n

n=Q·（sinα）0.5/ehv

式中：B——格栅宽度，m；

s——格条宽度，取10mm；

Q——设计流量，L/s；

α——格栅的倾角，取90°；

e——格栅净间隙，取50mm；

h——格栅前水深，取0.5m；

v——过栅流速，取0.9m/s。

经上述计算，佛山一环以东总出水口及景观湖连通渠间的格栅计算后确定尺寸为2组2.0m×0.8m；佛山一环以西出水口为明渠，不影响过流，无需设置格栅；其余均采用1组1.5m×0.8m的格栅；格栅空隙为50mm，栅条宽度为10mm。

（2）海绵设施方案

①应用目标

由于佛山与广州毗邻，确定佛山市立交道路系统的年径流总量目标控制率为80%，参照广州市年径流总量控制率对应的降雨量值，其对应的设计降雨量为35.5mm。

②调蓄容积

海绵城市开发设施以径流总量和径流污染为目标进行控制时，设施具有的调蓄容积一般应满足“单位面积控制容积”的指标要求，雨水调蓄容积一般采用容积法进行计算，如下所示：

V=10·H·φ·F

式中：V——雨水调蓄容积，m3；

H——降雨量，mm；

φ——雨水量综合径流系数，按规范经加权平均计算可取0.6；

F——汇水面积，ha。

经计算，佛山一环以西调蓄容积为1691m3；佛山一环以东调蓄容积为1163m3。

③渗透水容积

对于植草沟、雨水花园、前处理池及景观湖等土层结构内部有蓄水空间的渗透设施，其渗透水容积按如下公式计算：

Ws=α·K·J·As·ts·n

式中Ws——渗透水容积，m3；

α——综合安全系数，一般取0.5～0.6；

J——水力坡降，一般取1；

As——有效渗透面积，m2，植草沟、雨水花园、前处理池及景观湖有效渗透面积；

ts——渗透时间，s，一般取24h；

n——渗透层的平均孔隙率，取0.3；

K——土壤渗透系数，m/s，本项目土壤多为淤泥质粉砂土质，渗透系数较小（4.0×10-6），故采用砂石层（6.0×10-5～6.0×10-4）进行换填。

经计算，Ws=0.5×0.00006×1×2×3600×0.3=0.22×0.3×As=0.066As

④实际调蓄容积

本工程实际调蓄容积见表1。

表1

由表1可知，佛山一环以西和佛山一环以东调蓄容积满足年径流总量控制率80%的要求，且调峰容积满足超重现期调峰要求。

⑤海绵设施布置

a.经计算，雨水花园、前处理池及景观湖兼具有渗透和调蓄的功能，其调节总容积约为4036m3。

b.经计算，植草沟主要为转输型，其尺寸须满足排水设计暴雨强度下流量，从而确定尺寸范围为2.5m×0.6m。

c.根据地质资料，结合西龙立交范围内地下水位，景观湖景观水位定为0.8m、2.9m；另外为保证一定景观效果，景观湖水深应该在1～2m左右，本次方案水深定为1.8m，即湖底高程为-1.0m、1.1m

（3）微地形方案

结合周边现状排水系统的建设情况，立交内绿化用地的场地平整高程：佛山一环以西定为2.20m，佛山一环以东定为4.30m。根据测量地形测算，场地平整大概有45661.67m3施工弃土及建筑垃圾需外运处理，场地平整后开发海绵设施的挖方约为29674.78m3。

（4）绿化方案

①海绵设施内植物宜根据设施水分条件、径流雨水水质等进行选择，宜选择耐盐、耐淹、耐污等能力较强，且耐水又耐污的乡土植物。

②绿化应用理念：“弹性绿地让水流慢下来”。

用植草沟将前处理池、雨水花园及景观水体串联起来，形成一系列不同承载力的净化湿地，构建一个完整的雨水管理系统、生态净化系统和绿色海绵系统。

植物布置方案结合高程，行车视线等进行配置，观赏点较高处植物以乔木为主，观赏点较低处采用乔灌地被进行多层次种植，重点打造。

海绵设施由于其特殊的功能要求，且垫层经过特殊处理，雨季蓄水，旱季不保水，所以植物必须选择既耐水湿又耐干旱的品种。为增加雨水的下渗，种植土土壤容重不宜大于1.20。

植草沟：种植沿阶草。

前处理池：净化区、调节区种植耐旱耐涝地被。

雨水花园：以耐旱耐涝地被为主。

景观湖：蓄水区以耐旱耐涝地被为主，调节区种植耐旱耐涝乔灌草，形成丰富的湿地水体景观。

图3 雨水花园断面示意图

图4 景观湖断面示意图

5 结束语

西龙立交绿地的海绵城市应用根据实际地形、地貌情况，通过植物缓冲带、植草沟和湿塘等海绵措施对污染物的过滤、沉淀作用，可有效去除污染物浓度，减少对自然水体的污染，增加地下水涵养，减轻城市总体排水防涝压力，实现径流总量控制，为典型示范工程增添了一个亮点。

[1]《雨水控制与利用工程设计规范》（DB11/685-2013）.

[2]《雨水集蓄利用工程技术规范》（GB/T 50596-2010）.

[3]国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见.国务院办公厅发布.