海绵城市（LID）理念在公路建设中的应用

刘艳艳

摘 要：传统公路排水模式，将雨水快速的排入附近水系，雨水迅速汇集不仅增加了排入水系的容积负担，引发洪涝灾害；而且道路上的污染物经过雨水冲刷带入水环境，还会引起水环境的污染。海绵城市-低影响开发理念在公路建设中的应用，不仅能够控制径流总量，消减洪峰流量，还能控制径流污染，对公路建设指导具有重要的意义。

关键词：海绵城市；公路建设；排水形式

中图分类号：TU997 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）30-0175-02

Abstract： In the traditional highway drainage model， rain water was rapidly drained into the nearby water system， and rapid collection of rain water's not only increased the volume burden of the drainage water system and caused floods； but also brought pollutants from the roads into the water environment through the scouring of rain water. It will also cause pollution of the water environment. The application of the concept of spongy city-low impact development in highway construction can not only control the total amount of runoff and reduce the discharge of flood peak， but also control the pollution of runoff， which is of great significance to the guidance of highway construction.

Keywords： sponge city； highway construction； drainage form

1 研究背景

传统公路建设过程中，道路建设界限内雨水采用“快排模式”，即将道路建设界限内的雨水，通过道路边沟和过水构造物快速地就近排入附近水系。

道路雨水径流是引起水体的非点源污染的重要原因之一，公路通车后，由于车辆在运营过程中可能会滴漏的油类物质、轮胎与路面摩擦产生的橡胶和路面脱落物、围棋中的颗粒物质、运输货物中微粒物质和融雪剂等，均可能在路面和桥面上形成不同程度的积聚[1][2]，在雨季特别是暴雨时期，降雨在不透水地面上迅速转化为径流冲刷并挟带大量污染物进入地表水体，形成典型的非点源污染[3]。公路径流污染物成分复杂，主要污染指标有悬浮物、化学耗氧量（COD）、总氮、總磷、重金属、多换芳烃、无机盐和油等，且随着道路建设和交通流量的快速增长，路面污染物总量不可避免地呈现大幅增长趋势[4]，进一步加重对水环境的污染，并影响到水生生态系统。且我国公路建设基本上穿越农林渔牧区，雨水径流污染还会引起农产品污染。污染物经过长期的积累，最终会危害到人体健康。

常用雨水流量计算方法为推理公式法[5]，该公式的理论基础是建立在等强度雨型和径流成因概念上。由于公路建设，改变了原有的地面径流系数，地表径流增加约80%～85%。在等强度雨型不变的前提下，径流系数的增大，导致暴雨流量大量增加。雨水流量的大幅度增加，导致雨水快速的向低洼处汇集，地势低洼地区水位迅速上升，如果没有有效的分散口或者排除方式，会引起局部淹水。近几年经常出现有立体交叉下穿道路自然灾害，由于下穿道路地势比较低，周边路面雨水快速的汇集过来，路面被迅速淹没，从而导致交通中断，严重的会引起人身伤害。

在人们的环境意识和交通便捷性需求越来越强的形势下，一种解决传统公路排水弊端的方法迫在眉睫。

2 传统公路排水形式

公路地表排水主要设施有边沟和排水沟。公路边沟设置在低路基坡脚外侧或路肩外侧，一般用于汇集并排除路面、边坡以及路肩积水，并有排除部分构造物中积水的功能。排水沟一般设置在填方路基段，用于将截水沟、边沟以及路基在周围农田处汇集的积水引流到其他区域，减少积水对公路和农田的影响。排水（边）沟常见形式有矩形如图1、图2，梯形如图3、图4两种形式，常用材料有混凝土现浇、预制块拼装、碎石铺底、植草铺砌等，但是由于植草沟排水能力有限，在快排理念指导下，容易冲刷引起水土流失，在较高等级公路上使用甚少。

铺砌式边沟能够满足道路路面雨水快速的排除，从而减小了水侵入路基对道路的侵害，但是也隔断了道路建设范围内水的自然循环。

3 低影响开发排水形式在公路上的应用

海绵城市低影响开发（LID）是以慢排缓释和源头分散控制为目标的雨水控制系统，从本质上改变传统城市建设理念，遵循“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针，把雨水的渗透、滞留、集蓄、净化、循环使用和排水密切结合，实现与资源环境的协调发展，遵循的是顺应自然、与自然和谐共处的低影响开发模式。

“海绵城市”控制目标一般包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等[6]。因此，在公路“海绵城市”建设中，以够达到径流总量控制、径流峰值控制和径流污染控制为目标。

（1）径流总量控制目标。径流总量控制目标的落实途径包括雨水的下渗减排和直接继续利用，主要设施有干式植草沟、下沉式绿地、简易型生物滞留设施、渗透塘、湿塘、蓄水池等。现有排水沟改造过程中可将圬工排水沟改造为具有一定蓄、滞水功能的植草沟，改变原有植草沟结构模式，在种植土下加铺透水性好、蓄水能力强的碎石层，增加储水能力。利用公路控制区建造下沉式绿地、简易型生物滞留设施或蓄水池。改造原有沟塘为湿塘和渗透塘，增加原有沟塘的生态活性。

（2）径流峰值控制目标。低影响开发设施受降雨频率与雨型、低影响开发设施建设与维护管理条件等因素的影响，一般对中、小降雨事件的峰值消减效果较好，对特大暴雨事件，虽仍可起到一定的错峰、延锋作用，但其峰值消减幅度往往较低。降雨下垫面的径流系数对径流洪峰的发展起重要的因素，以径流峰值控制为目标，应尽量降低径流系数。

以径流峰值控制为目标可以采用湿塘、调节塘、调节池等雨水调蓄设施。对道路外围地形进行改造，修建干式或湿式浅池调节塘，对洪峰流量进行调节。

（3）径流污染控制目标。道路径流污染物中，SS往往與其他污染物指标具有一定的相关性，因此，一般可采用SS作为径流污染物控制指标，低影响开发雨水系统的SS总量去除率一般可达到40%～60%。生态排水设施能减缓污染物的运移，封闭式植草沟可用于延缓污染物的蔓延。植草沟在发达国家已被广泛用于高速公路雨水径流的处理，能有效去除径流中的TSS，COD、金属尽力等方面有良好的效果。

在公路排水中“坚持人与自然相和谐，树立尊重自然，保护环境”的理念与海绵城市径流污染控制目标不谋而合，并且公路排水系统是整个公路项目的重要组成部分，在公路景观的组成中占有相当大的比重，因此，应充分贯彻海绵城市理念，加强排水设施的环境协调性。在公路排水设计中可采用生物滞留设施、调节塘、调节池、湿式植草沟、植被缓冲带、人工土壤渗滤，结合公路景观设计，种植多样性植物。

由于生态排水设施粗糙度相对较大，为防止冲刷，沟底纵坡也不宜采用较大的值，并且为了满足下渗的要求，也希望雨水停留时间相对长一些，就使得生态排水沟尺寸较圬工排水沟尺寸大。根据《公路安全保护条例》，公路建筑控制区的范围，从公路用地外缘起向外的距离标准为：（1）国道不少于20米；（2）省道不少于15米；（3）县道不少于10米；（4）乡道不少于5米；属于高速公路的，公路建筑控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准不少于30米。这些条例也为生态排水设施的实施提供了可用空间。

4 结束语

传统的公路排水模式认为，雨水排的越多、越快、越通畅越好，这种“快排式”的传统模式没有考虑水的循环。通过建立尊重自然、顺应自然的低影响开发模式是系统的解决城市水安全、水资源、水环境问题的有效措施。通过“自然积存”，来实现削峰调蓄、控制径流量；通过“自然渗透”来恢复水生态，恢复水的自然循环；通过“自然净化”来实现水质的改善。

近年来，发达国家在针对雨洪问题不断研究和探索的过程中，越来越突出和强调源头控制在径流减排及水质污染控制等方面所发挥的重要作用。我国《室外排水设计规范》（2016年版）总也加入了LID源头措施的相关规定。2013年“国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知”（国办发[2013]23号），第一次明确要求各地积极推行低影响开发建设模式，最大限度地减少对城市原有水生态的破坏。海绵城市建设理念在公路建设中的应用，采用生态排水方式不仅减少了场地开发对自然环境带来的不良影响，还维持了公路周边水环境与生态坏境的循环可持续发展。同时，海绵城市建设也需要尊重水、尊重土壤、尊重植物，促进未来公路环境的可持续发展，成为公路建设一个新的里程碑。

参考文献：

[1]李贺，张雪，高海鹰，等.高速公路路面雨水径流污染特征分析[J].中国环境科学，2008，28（11）：1037-1041.

[2]童海刚，李智.水环境敏感区公路排水环境保护设计研究[J].公路，2012（8）：238-242.

[3]申丽勤，车伍，李海燕，等.我国城市道路雨水径流污染状况及控制措施[J].中国给水排水，2009，25（4）：23-28.

[4]张千千，李向全，王效科，等.城市路面降雨径流污染特征及源解析的研究进展[J].生态环境学报，2014，23（2）：352-358.

[5]室外排水设计规范（GB50014-2006）[S].北京：中国计划出版社，2016.

[6]张智.排水工程[M].中国建筑工业出版社，2015.