海绵型城市道路的路面径流控制技术研究

2018-08-27姚若军

江西建材 2018年10期

姚若军

(宁夏水利科学研究院，宁夏银川 750021；中国水利水电科学研究院，北京 100038)

0 引言

“海绵城市”概念是在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中首次提出,它形象生动地描述了城市在应对环境变化和自然灾害等方面具备的“弹性”或“韧性”功能,像海绵一样能够自如地存蓄水,同时还具有净水功能[1]。在2013年的中央城镇化工作会议上,总书记强调“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来,优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。后来国务院办公厅出台的指导意见也明确将“就地消纳和利用70%的降雨”作为2020年前要实现的目标。

城市道路径流雨水经截污等预处理后,通过特定路径的汇流与输送,导入道路绿地内低影响开发设施进行处理[2,3]。低影响开发设施应结合绿地布局优选下沉式绿地、生物滞留带、雨水湿地等方案,实现经济有效、方便易行的目标[4]。因此,分析透水人行道、下沉式绿带、树池以及部分道路改造工程的径流控制措施,是发挥海绵城市道路工程径流控制效用的关键环节。本文依据海绵城市道路工程基本规范和基本工程条件后,从径流污染物控制、透水人行道铺装、下沉式绿化带、生物滞留、雨水弃流视角,分析径流控制技术在海绵城市道路系统中的应用。

1 城市道路低影响开发雨水系统

海绵城市道路首先是要满足道路通行的基本功能,其次是要实现相关规划提出的低影响开发控制目标与指标要求[5]。因此,城市雨水导排设施设计重现期、径流系数等参数应符合《室外排水设计规范》(GB50014)。机动车道及非机动车道可采用透水混凝土或沥青路面,人行道采用透水铺装[6]。道路断面横坡设计应利于雨水汇集,注重处理与路边绿地或绿化带的竖向关系,结合周边环境设置蓄水池、湿地、深隧等集雨设施,考虑增设截污沉淀池、前置塘等对汇流进行预处理。城市道路绿化带内低影响开发设施应采取必要防渗措施,防止渗透造成路基失稳。

城市道路径流雨水经截污等预处理后,通过特定路径的汇流与输送,导入道路绿地内低影响开发设施进行处理[2,3]。低影响开发设施应结合绿地布局优选下沉式绿地、生物滞留带、雨水湿地等方案,实现经济有效、方便易行的目标。城市道路低影响开发雨水系统典型流程如图1所示。

图1 城市道路低影响开发雨水系统典型流程

2 道路径流污染物控制

低影响开发雨水系统控制目标之一就是控制径流污染,实现途径是控制分流制径流污染物总量和合流制溢流的频次或污染物总量。径流污染综合控制目标和污染物指标的确定需要结合城市水环境质量要求、径流污染特征等,其指标可采用通行的指标,比如悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)等[6],这些指标往往具有一定的相关性,悬浮物(SS)可作为关键指标,其他指标基本与之关系密切,可将其确定为径流污染物控制指标。年SS总量去除率为：

年SS总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率

(1)

大尺度区SS总量去除率,可通过不同海绵网格年SS总量去除率经年径流总量加权平均计算：

城市或开发区域年SS总量去除率=年均降雨量×汇水面积×综合雨量径流系数

(2)

鉴于污染物变化的多样性和随机性,径流污染控制目标的确定主要考虑三个方面的因素：一是径流雨水中污染物平均浓度,二是低影响设施污染物去除率,三是径流总量控制率。表1为某海绵城市道路径流污染控制指标。

表1 某海绵城市道路径流污染控制指标

3 道路径流控制的工程技术

3.1 透水人行道铺装

透水人行道既要满足通行承载强度要求,也要具有相当渗透性。因此,结构上采用多层设计,材料选择多孔坚硬材料。从结构设计布置了面层、找平层、基层和垫层。透水砖作为面层；粗砂作为找平层；透水混凝土作为基层,基层和找平层间布设透水水工布防止粗砂流失,级配碎石作为垫层。路面透水性能应满足1h降雨45mm条件下,表面不产生径流,具体见图2。

图2 透水人行道铺设结构

3.2 下沉式绿化带

把以往的雨水口改为溢流口,其间设置挡水墙,并调整位置至分隔里带中,同时路缘石上开孔,加大该处路面横坡,加快汇流速度和增加集雨量[7],超量雨水可通过溢流口排入市政排水系统(如图3)。采用绿带内设置溢流式雨水井,并在其上部设置截污栏,拦截雨水中的漂浮物,起到净化雨水的作用,截污栏需要定期清理。下沉式绿化带的具体技术包括：

图3 基于低影响开发道路的下沉式绿化带

(1)车行道雨水及人行道雨水汇集绿化带,土层含水饱和后水位上升,当水位高于雨水口顶面标高时溢流入雨水口排入下游雨水管道系统排走。

(2)绿化植物应选用耐污耐涝植物,种植土要求透水性好并满足《城市绿化工程施工验收规范》(CJJ/T82-99)。

(3)车行道边石每隔20米路缘石开口,进水口间距应采用20米为宜。

(4)对应路缘石开口位置设置790mm×300mm厚200mm砂石缓冲区,防止雨水冲刷。

(5)种植土低于路面100mm,雨水口低于路面50mm,防止因雨水冲刷导致泥水滋出影响关观,绿化种植应贴近路缘石。

3.3 生物滞留

生物滞留带保留既有雨水口,将雨水引入滞留带内的渗井及渗透管内,排放系统设置应符合下列要求：

(1)设施的末端设置检查井和排水管,排水管连接到雨水排水管网。

(2)渗透管的管径和敷设坡度应满足地面雨水排放流量的要求,且渗透管直径不小于200mm。

(3)检查井出水管口的标高应高于进水管口标高,确保上游管沟的有效蓄水[8]。

(4)道路径流雨水可通过路缘石豁口进入浅沟沟底表面的土壤厚度不应小于100mm,渗透系数不应小于1×10-5m/s。

(5)设施临近路基处应进行防渗处理,以防止路基失稳。应用于道路绿化带时,在纵坡大于1%道路旁的绿化带宜设置挡水堰/坎,以减缓流速并增加渗透量。

(6)生物滞留设施内设置的溢流设施,其顶部宜低于汇水面10cm,可采用竖管、盖蓖溢流等形式。

3.4 雨水弃流

初期雨水对地表冲刷,挟带着大量污染物质,所以初期雨水污染程度比较严重,处理成本相对较高,从经济角度综合考虑,把这部分初期雨水作放弃处理。通过弃流装置将第一部分需要弃流的雨水排出,雨水先流入弃流装置,经过透水混凝土排出[9]。但由于透水混凝土的透水系数比较小,即透水量比较小,所以,装置中的水面会渐渐上升,浮球始终飘在水面上的,浮球会沿着一定的方向上浮,到一定程度后(此时弃流结束)将装置上进水口堵住。此后的雨水将流入检查井,进而向出水口流去。