基于低影响开发措施的海绵城市道路给排水设计研究

程碧波（太原市市政工程设计研究院 山西 太原 030002）

0 引言

近年来，城市快速发展，导致城市下垫面不透水面积不断增加，加之城市排水系统缺乏科学的规划，从而导致城市内涝频发。“海绵城市”指城市能够像海绵一样，有效的吸收降水，并在需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。目前，引进“海绵城市”这种全新的城市建设理念已被国家高度重视，国家部委也于2014 年形成了《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》。城市道路给排水系统是城市市政建设的重要内容，也是排除地表径流量的重要途径。为此，如何在具有自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”理念指导下，因地制宜的对城市排水系统进行合理的优化设计以及合理的对城市进行低影响开发，具有重大意义。

1 海绵城市及其建设六大要素

1.1 海绵城市简介

海绵城市是指城市经过竖向空间的规划，能够像海绵一样，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时释水并加以利用[1]。对于市政道路给排水而言，传统市政道路设计规划主要考虑的是降雨时及时、顺利排水，海绵城市采用全新的概念，采用多种途径，通过低影响开发设施将降水实现自然积存、自然渗透、自然净化以及合理分配利用，进而起到调节水循环的目的。

1.2 海绵城市建设六大要素

“海绵城市”实际为城市的雨洪管理，其建设应遵循生态优先、低影响开发等原则，并考虑其复杂性和长期性。海绵城市建设六大要素分别为渗、蓄、滞、净、用、排，具体如下：

（1） 渗。渗指在城市化的道路建设过程中，大大的使用如透水景观铺装、透水道路铺装、绿色建筑（绿化屋顶）等低影响开发措施，来替代原有的硬化路面，进而达到渗透和净化雨水的双重效果，同样为雨水利用备用提供基础条件[2]。如城市道路渗水铺装可以参考如图1 所示进行。

（2） 蓄。在全球水循环的过程中，雨水是重要的水资源来源。海绵城市倡导考虑原先当地自然本底的情况下，通过建造在地上的生态蓄水池及埋藏在地下的蓄水模块、地下蓄水池等，以对雨水进行蓄积。

（3） 滞。滞就是能够通过通过地形地貌条件的改变，雨水花园（草地内部栽植花草）、植草沟、雨水塘等设施，将雨水滞留住，减少雨水径流量。

（4） 净。净指利用土壤净化、人工湿地及生物净化等原理，使雨水流经的每处低影响开发设施，都会对其进行净化作用，可以将净化水用作绿化灌溉、冲厕、洗车等。

（5） 用。净指雨水在经过了收集、净化、储蓄的过程后，可以达到缓解洪涝灾害和利用雨水达到节约用水的双重目的。

（6） 排。城市建设规划中，大排水规划是很重要的一个部分，主要避免降雨过大时产生内涝。值得注意的是，城市道路排水规划需要结合城市的竖向规划来实现。

图1 城市道路渗水铺装

2 海绵城市道路设计思路及低影响开发技术措施选择

2.1 海绵城市道路设计思路

道路通行能力是城市道路设计的主要目的和参考指标。海绵城市道路的设计思路就是在保证正常交通的基础上，在当中设置低影响开发技术（LID）设施，如在人行横道甚至停车场中采用透水材料铺设道路，在道路当中设置足够的绿化带等，使道路当中的雨水能够合理的渗透、净化、蓄水及利用[3]。

2.2 低影响开发技术措施选择（LID）

低影响开发技术措施选择（LID）主要包括透水铺装（渗透技术）、生物滞留技术（渗透技术）、渗透塘、植草沟（转输型/干式/湿式）（转输技术）、蓄水池（储存技术）等，具体如下：

（1）透水铺装（渗透技术）。透水铺装建设简易、适用范围广，可缓解高峰水流量。对于以透水沥青混凝土铺装的部分机动和非机动车道，以及各种砖石及混凝土铸成的非机动车道等，可采用此技术。透水铺装设计需考虑环境因素、稳定性因素、建设地点因素及土壤渗透能力等因素的影响，如在可能发生自然灾害的地方建设，应充分考虑其防护装置；当建设区域的路面强度较弱时，需要改为半透水铺装结构；当存在地下室时，需保证排水不渗入及覆土量≥0.6m；当建设区域的渗透性不足时，需增加排水管或排水板等。值得注意的是，此技术净水能力一般，且易出现管道有异物导致不通及受冷冰冻堵塞等情况。

（2）生物滞留（渗透技术）。生物滞留设施主要指通过多种植物、微生物及土壤等生态建设使得雨水实现回收、渗透、净化、利用，如雨水花园生物滞留带及生态树池等。此设施往往借助建设区域的实际环境，达到技术与景观的完美融合，具有易于操作和控制、价格低、实用性较强等优点。生物滞留技术应用需要考虑如下因素：进行初步过滤，且防治雨水中化学物质的污染；道路路基的保护；保证水平不低于1/100 的角度设置；在水流交界处的0.1m 以下的溢流设置；复杂型需在外部和底部采用更为复杂的渗透和防渗措施；可将不同级别厚约0.1m 砂质和0.3m 砾石作为隔离水和放水装置；蓄水能力在250±50mm 左右，且还要有0.1m 的超出部分等。值得注意的是，此技术在渗透性方面不足，且对地势不平缓的区域还要采取防护措施。

（3） 渗透塘。渗透塘本身是具有渗透蓄水功能的水池，能有效的收集和利用自然降水，同时缓解城市供水峰值的压力。渗透塘的设计和使用通常需注意如下因素：对选址和场地的要求相对苛刻，需要相对大的水收集面积；应考虑实际的流域情况并参考季节性水位标准；应侧重具有相应功能的沉砂池等前置附属设施的建设；不能忽视附近的水域污染情况，及距离居民区建筑物过近；边坡坡度设计不大于1:3，渗透塘排空时间不应大于24 h；需结合城市原有排水管系统及泄洪途径规划周围溢流路径，塘底至溢流水位一般不小于0.6m；在建造和运营中应确保警示标识等安保工作管控到位等。值得注意的是，虽然渗透塘初期建设的费用投资较低，但后续的维护费用不菲。渗透塘构造示意图如图2 所示。

图2 渗透塘构造示意图

（4）植草沟（转输型/干式/湿式）（转输技术）。植草沟作为蓄水池、渗透池的配套设施，是构成统一连贯的城市水循环系统的设施之一，主要用途是在地表作为雨水汇集和运输的途径。植草沟主要出现在道路、广场等硬化的不透水地域的旁边，同时，植草沟也可与城市雨水管线配合使用，或者部分取代部分雨水排水管道的作用。植草沟投资少，维护成本低，占地面积小，不受场地限制。植草沟设计时需要注意以下因素：沟型设计一般为采用倒抛物线形或倒梯形；最大流速<0.8m/s，曼宁系数在0.2~0.3 之间；可以直接利用现有的景观设计改造而成；边坡坡度不宜大于1:3，纵坡不应大于4%，否则需采用阶梯状或设计消能台坎；转输型的植草沟中植物的植被高度范围应在100~200mm 之间。

（5）蓄水池（储存技术）。蓄水池主要功能也是将水资源收集并回收利用。目前，为了节约用地，大多城市使用采用封闭或地下蓄水池的设计。蓄水池具有易与城市排水系统对接，结构多样，可进一步保护水资源，特别是城市地下水，改善环境等优点。但是，前期需要一定的建设投资，日常运营中也会产生维护成本。蓄水池是针对城市中雨水的收集和储存设立的，主要的设计应参照国家建筑标准设计图集中，同时，蓄水池设计应该配套设置相应的沉积、净化装置。

3 基于低影响开发措施的海绵城市道路设计要求

总体而言，针对道路的低影响开发设计，不同设施功能的实现应结合实际情况，具体主要步骤包括概念、方案和施工图设计等。其中，概念设计的主要内容有LID 的设计准则、目标、设计方法等；方案制定前要到现场实地考察，检查资料是否齐全准确，方案的规划文件要与制定的初步设计文件相符；初步设计文件要与制定的施工图设计文件相符；施工图设计文件要符合非标准设备制作及施工的要求等。同时，LID 设施对暴雨重现期进行规划时，通常使用LID 专项规划推荐值，LID 设施设计暴雨重现期≤25 年。现主要从以下两方面具体介绍基于低影响开发措施的海绵城市道路设计要求。

3.1 生态排水系统设计要求及其注意事项

生态排水系统通常为道路中的车道分隔带或者中央隔离带，为一类LID 设施。其结构设计一般需注意以下因素：

（1）在20～30cm 深的表层积水洼地设计；

（2） 依据现实需求将花管置于碎石层中用来排水；

（3）应在每20~50m 规划1 个溢流口；

（4）自上而下的结构为400～600mm 厚的混合土层，200～400mm 厚的碎石层；

（5） 道路两边的草沟应使用孔口路牙、格栅路牙等类型的进水口，进水口旁边应设置碎石或者鹅卵石保护层，以避免其被冲刷；

（6）溢流口顶端通常比洼地高出100~150 mm，管的直径通常为200~300mm；

（7） 混合土通常包括椰糠、介质、砂料等，配合比一般依据渗透率、植物生长所需营养等情况调节等。

3.2 雨水花园及树池设计要求及其注意事项

在设计花园时需注意以下因素：

（1）在地势较低的地方设置，首先考虑的是环境因素即相互协调，如300~400mm 深的积水洼地；

（2）应该按照雨水量来设计花园的大小；

（3）自上而下的结构设计为300~500mm 厚的有机覆盖层（可选），500~800mm 厚的混合土层，400~600mm 厚的砾石层；

（4） 在对花园的排水管以及溢流管进行设计时，不同面积雨水花园排水管的设置具体如表1所示；

（5）排水管应设置在砾石层；

（6） 在居民区设置时，应该与建筑物之间保持带3m 以上的距离；

（7） 植物的种类可以多种多样，例如乔木、草以及灌木等；

（8）通常可以按照直径在200~300mm 之间设置排水管；

（9） 树池结构设计时，可以借鉴雨水花园，但面积≤雨水花园等。

表1 不同面积雨水花园排水管的设置

4 结语

综上所述，随着目前城市的高速发展，改变了城市下垫面的不透水面积百分率，导致城市内涝频发。而城镇内涝防治是一个系统工程，应涵盖从雨水径流的产生到末端排放的全过程控制。低影响开发是一种采用源头控制理念实现雨水管理的方法，“海绵城市”为城市的雨洪管理，尽可能的遵循基于低影响开发措施的海绵城市道路给排水设计思路、要点、措施及注意事项，可促进城市铺设完成之后的道路，通过合理的渗透净化，增加城市地下水补给量，维护城市水循环的生态平衡，降低城市的热岛效应，最终促进城市的持续、健康、稳定可持续发展。