基于海绵理念的城市道路雨水径流控制率探讨

冉祥祥

摘要：我国正处于城镇化快速发展时期，城市道路占地面积越来越多，传统路面将雨水直接排入雨水管，短时内流量较大，给雨水管网带来较大压力，而依托道路绿化带和人行道设置的海绵设施可有效控制雨水径流量，减轻雨水管网排水压力。文章以南宁市某城市道路为例，在设置海绵设施后，对道路范围内雨水径流控制率进行计算，并分析了影响径流控制率的因素，提出了提高径流控制率的建议措施。

关键词：海绵设施;城市道路;径流控制率;雨量径流系数;调蓄容积

0 引言

我国正处在城镇化快速发展时期，城市建设取得显著成就，同时也存在开发强度高、硬质铺装多等问题，导致下垫面过度硬化，破坏了自然的“海绵体”，导致“逢雨必涝、雨后即旱”，因此，需建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。城市道路作为城市的重要组成部分，其用地面积占城市建设用地面积的15%～20%，是建设海绵城市的重要组成部分。

常规城市路面雨水直接排入雨水管网，而海绵城市路面雨水先流入海绵设施，经海绵设施调控后，可削减洪峰流量，减少排入管网水量，从而减少内涝发生。评价海绵设施调控能力的主要指标为年径流总量控制率（以下简称径流控制率），是指通过自然和人工强化的渗透、集蓄、利用、蒸发、蒸腾等方式，场地内累计全年得到控制（不外排）的雨量占全年总降雨量的比例[1]。目前各海绵试点城市均制定了相应的径流控制率目标，文中以南宁市某城市道路为例，要求其径流控制率≥70%。本文首先分析其海绵设施可调蓄容积，再根据路面面积和径流系数推算海绵设施可调蓄雨量，通过径流控制率对应设计降雨量的曲线，从而得出实际径流控制率，对比是否满足设计要求，最后根据计算过程中的可控参数，提出提高径流控制率的相应措施。

1 适用于城市道路的海绵设施介绍

常见的海绵设施有透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、渗透塘、蓄水池、植草沟等，其中绿色屋顶主要在建筑工程中采用，渗透塘、植草沟适用于广场和后排绿地，蓄水池以雨水回收利用为主。考虑到城市道路以交通功能为主，过度地设置海绵措施会占用道路用地，影响道路使用功能，造成本末倒置，也会给后期运行维护带来不便，经比较分析，适合城市道路的海绵设施主要有下凹式绿地和透水铺装，其结构构造见图1和图2[2]。

2 城市道路海绵设施布置及汇水区域划分

以南宁市某新建城市道路为例，根据海绵城市建设要求，其红线范围内的雨水径流控制率应≥70%。根据上述适用于城市道路的海绵设施介绍，拟采用的海绵设施为中央分隔带微地形、路侧带下凹式绿地和人行道透水铺装，其标准段平剖面布置分别见图3和图4[2]。

相较于传统道路，路面不设置雨水口，雨水不会直接流入雨水管网，而是先流入下凹式绿地，初期雨水在下凹式绿地内储存、下渗，后期富余的雨水通过溢流式进水井进入雨水管网，从而达到“渗、滞、蓄、排”的目的。

根据道路的横坡，设置海绵设施后的路面汇水区域划分如下：

（1）中央分隔带微地形：承担自身面积汇水，不承担客水。

（2）路侧带下凹式绿地：承担自身面积汇水、车行道及人行道汇水。

3 海绵设施调蓄容积计算

根据《海绵城市建设技术指南（试行）》（住房城乡建设部2014年10月）要求，透水铺装结构内的空隙容积一般不计入总调蓄容积，因此对于该城市道路，海绵设施调蓄容积主要包括路侧带下凹式绿地和中央分隔带微地形。

3.1 调蓄容积的计算公式

3.2 调蓄容积计算结果

影响调蓄容积的除了绿地面积以外，绿地内种植土参数也至关重要。其中土壤渗透系数表现为雨水下渗速度，雨水下渗越快，调蓄能力越强;土壤孔隙率表现为存储水量的有效容积，孔隙率越大，可存储水量越多;田间持水量表现为剩余可利用容积，田间持水量越小，剩余可利用容積越大。

根据上述下凹式绿地构造，种植土为土壤掺20%细沙，土壤渗透系数取κ=0.3m/h，平均孔隙率取n=0.38，田间持水量fc=0.2，比较24h内雨水渗透深度和dz值并取较小者，每天每公里路段的上述城市道路海绵设施调蓄容积为（以标准段计算，忽略绿地开口）：

（1）中央分隔带微地形V1=548m3。

（2）路侧带下凹式绿地V2=737m3。

4 根据海绵设施调蓄容积推算控制降雨量

在计算控制降雨量之前，需先确定径流系数。径流系数ψ包括雨量径流系数ψc和流量径流系数ψm。雨量径流系数ψc为设定时间内降雨产生的径流量与降水量之比[3]。ψc关注的是设定时间内的径流，ψm关注的是高峰流量期间的径流。ψm常用于雨水管道水力计算。由于年径流总量控制率考虑的是全年得到控制（不外排）的雨量占全年总降雨量的比例，因此应采用与总量控制相关的雨量径流系数ψc。《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》（GB50400-2016）给出了常用下垫面雨量径流系数。根据规范，人行道透水铺装取ψc=0.4，车行道取ψc=0.9，绿地取ψc=0.15。

4.2 控制降雨量计算结果

根据道路横坡和汇水区域划分，中央分隔带微地形只承担自身区域汇水，即每公里折算汇水面积A1=3000m2，实际可控制降雨量h1=V1/A1=183mm;路侧带下凹式绿地承担自身区域降水和车行道及人行道汇水，根据雨量径流系数，每公里汇水面积见表1，折算汇水面积A2=∑（ψc·F）=31600m2，实际可控制降雨量h2=V2/A2=23.3mm。

5 根据控制降雨量推算径流控制率

5.1 单个汇水区域的径流控制率推算

根据上述计算，中央分隔带微地形实际可控制降雨量h1=183mm/d，路侧带下凹式绿地实际可控制降雨量h2=23.3mm/d，其可达到的径流控制率可通过统计小于该数据的日降雨量之和在总降雨量中的比例得出，也可直接查阅南宁市的径流控制率与设计降雨量的对应关系曲线（如图5所示），可得出中央分隔带的径流控制率约为98%，路侧带下凹式绿地的径流控制率为70.5%。

5.2 综合径流控制率推算

由于径流控制率与设计降雨量为非线性关系，计算道路的综合径流控制率时，不能直接加权平均计算每个汇水区域的可控制降雨量，而是先根据每个汇水区域的可控制降雨量求得该区域的径流控制率，再加权求和各区域的径流控制率。以上述项目为例，中央分隔带为一个单独汇水区域，占道路总面积比例为7.5%，其对整个道路的径流控制率贡献为0.98×7.5%=7.35%;路侧带下凹式绿地与人行道、车行道组成一个汇水区域，占道路总面积比例为92.5%，其对整个道路的径流控制率贡献为0.705×92.5%=65.2%。2个汇水区域合计径流控制率为72.55%，即设置海绵设施后，该城市道路的综合径流控制率达到72.55%，满足≥70%的设计目标。

6 径流控制率影响因素及提高措施

通过对上述工程径流控制率的计算分析，对于同一地区，径流控制率与控制降雨量h成正比，根据h=V/（ψc·F），影响径流控制率的因素有海綿设施调蓄容积V、雨量径流系数ψc和汇水面积F，当径流控制率不足时，可增加V，降低ψc和F。

6.1 增加海绵设施调蓄容积V

增加海绵设施用地面积，增加绿地蓄水层深度，改善种植土的土壤参数，如提高渗透系数、孔隙率，降低田间持水率等，从而提高调蓄容积。

中央分隔带调蓄容积富余较多，没有被充分利用。通过改变道路横坡，使部分行车道雨水流入中央分隔带，也可增加调蓄容积。

6.2 降低雨量径流系数ψc

可提高绿地和透水铺装比例，车行道采用透水沥青等[4]。

6.3 降低硬化路面汇水面积F

可通过坡度和管沟将部分路面雨水引流至后排绿地进行消纳，从而减少道路海绵设施的汇水面积。

7 结语

在城市道路中，依托绿化带和人行道设置的海绵设施可有效控制地表径流，径流控制率是对该控制效果的具体量化，是衡量海绵城市建设的重要指标。文中以实例为研究对象，提出海绵设施建设方案及其径流控制率的计算方法，并对影响径流控制率的因素提出一些改进措施，对市政道路建设具有一定参考意义。

参考文献：

[1]潘国庆，车 伍，李俊奇，等.中国城市径流污染控制量及其设计降雨量[J].中国给水排水，2008，24（22）：25-29.

[2]广西工程建设标准化协会.广西低影响开发雨水控制及利用工程[Z].2015.

[3]GB50400-2016，建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范[S].

[4]吴 梁，唐建超，尚成厂.透水沥青路面在海绵城市中的应用[J].筑路机械与施工机械化，2018（35）：60-64.