海绵城市下沉式道路排水设计及LID 设施技术

郑国栋

（ 大庆市城市管理事业发展中心，黑龙江 大庆163000）

在海绵城市建设中，涌现出了许多新技术、新方案，下沉式绿地、下沉式广场，以及下沉式道路等，均有广泛的运用。下沉式道路通过向下开挖，从市政道路的下方穿过，形成交叉架构。正是由于下沉式道路位置偏低的特点，路面径流容易汇集，对于排水能力提出了更高的要求。以建设海绵城市为契机，探究这种下沉式道路的排水设计方案，以及LID 设施技术，成为关系到海绵城市建设成效、功能发挥的决定性因素。

1 海绵城市下沉式道路排水设计

1.1 道路各项参数设计

为了保证下沉式道路可以将路面积水顺利排出，防止因为积水过多导致路面无法通行的情况，需要综合考虑以下几项因素：其一是暴雨重现期，取值标准可以参照海绵城市下沉式广场的标准，如表1 所示。其二是降雨历时，通过地面集水时间和管渠内雨水流经时间相加求和得到。其三是径流系数，下沉式道路两侧设有绿化斜坡，但是以草皮为主且坡度较大，在强降雨天气对于坡面径流的拦截效果有限，因此仍然会在路面产生较为明显的径流。通常下沉式道路的综合径流系数不应低于0.8。

表1 海绵城市下沉式道路暴雨重现期取值标准

1.2 雨水泵站的建设

在下沉式道路附近建设雨水泵站，辅助完成路面积水的排放。如果道路周边有较为开阔的地面，可以选择单独建立雨水泵站；反之则需要采取合建式泵站。另外，根据往年雨水情况和下沉式道路的设计参数，进行水泵选型，保证排水效果，将路面积水及时排净。为了减轻人工管理压力，优先考虑使用具备自动控制功能的潜水泵，目前一些自动化程度较高的设备，可以根据水位的高低实现自动启停，实用性更强。

1.3 管材的选择与布置

近年来新工艺、新材料的出现，让下沉式道路中雨水管道的用材有了更多的选择，其中PVC、玻璃钢管等，具有耐腐蚀性强、粗糙系数低、造价相对便宜等诸多特点，成为了雨水管材的优先选择。在确定管材以后，还要考虑管径、布设位置等具体因素。管径方面，要结合上文提及的暴雨重现期、径流系数等指标，通常来说不应低于15mm。雨水管道的布置位置在下沉式路面底板结构的下方，在布置多条管道的情况下，可以等间隔放置，并使用混凝土砌筑、固定。

1.4 雨水收集系统设计

下沉式道路不仅提高车辆通行效率、解决城市拥堵问题，而且通过设计雨水收集系统，还可以实现雨水资源的回收利用。从国内外海绵城市建设实践来看，常见的模式有2 种：其一是雨水口收集，该方式适用于那些道路纵坡在3%以下的情况；其二是盖板式纵横沟收集，在纵坡超过3%时选用。

2 下沉式道路连续出现情况的排水设计

2.1 单个下沉式路段

单个下沉式路段的示意图如下图1 所示：

图1 单个下沉式路段示意图

结合图1，此种类型的下沉式道路，在两个断面之间的波谷处设计下沉段，并且将最低点确定为排水点。潜水泵可以安装在A 点，遵循“多水高排、少水低排”的原则，将下沉段的多余积水排出。需要注意的时，降落在断面Ⅰ- 断面Ⅱ间的雨水，首先通过重力流的方式流入到道路两侧的雨水井或排水边沟之中，通过边沟或雨水管道汇集到下沉式路段最低点A 处设置的集水池之中。如果该路段周边没有位置更低的其他市政管网或蓄水设施，则直接使用潜水泵进行排水即可。反之，如果周围存在高程更低的市政管网、蓄水设施或者河道时，可以设置排水管道，排除集水池中的雨水。

2.2 两个连续的下沉式路段

两个连续的下沉式路段的示意图如图2 所示：

图2 两个连续的下沉式路段示意图

结合图2，在断面I 和II 之间，以及断面II 和III 之间，分别形成了两个下沉段。其中，两个下沉段的最低点（A 和B）存在一定的高度差。这种情况下，雨水首先在2 个下沉段进行汇集，同时借助于A 点和B 点的高度差，通过两点之间相连的地下排水管道，将下沉段2 中的积水，通过B 点下方的排水管道流向A点。此时只需要在A 点安装潜水泵，就可以完成下沉式道路积水的排出。而B 点则不需要安装潜水泵，从而节约了一部分资金。选择这种类型时，要注意两个下沉段的间隔距离不能太远，否则会增加一部分成本，并且积水的渗透和排出难度也会增加。

2.3 多个连续的下沉式路段

多个连续的下沉式路段示意图如图3 所示：

图3 三个连续的下沉式路段示意图

3 个及以上的连续下沉式道路，在现阶段的海绵城市建设中比较少见，并且对排水设计提出了更高的要求。目前国内几个城市在这一方面尝试了以下几种解决方式：其一是在每个下沉段分别设计排水系统，这种情况下虽然保证了下沉段道路的排水效果，但是无疑会增加成本。其二则是进行分段，每2 个或3 个为一段，具体设计上参照上文中的两个连续下沉式路段。这样既不影响排水效果，同时又节约了部分成本。

3 海绵城市下沉式道路新型LID 设施技术

3.1 渗透技术

提高雨水下渗能力可以从源头上解决下沉式道路积水问题。现阶段常用的渗透技术包括：第一，生物滞留设施。该设施可以看作是小型生态系统，通过地表植被的拦截作用，以及土壤渗虑作用、微生物的分解作用，在实现雨水渗透、减少地表径流的基础上，还可以起到净化污水的效果。当然，生物滞留设施对于污染物的净化能力有限，若污染较为严重，还需要增加植草沟、沉淀池等，对这些污染物含量较多的雨水进行预处理，从而保证生物滞留设施的稳定运行。第二，渗透塘。其作用主要是雨水的下渗和净化，主要组成包括种植土、透水土工布等。在渗透塘的偏上方，要预留一处溢流口。在强降雨天气下，可以保证渗透塘内多余的雨水顺利排出。同样的，为了保证净化效果，在渗透塘前需要增设前置塘进行沉淀、净化。

3.2 储存、调节及传输技术

湿塘与渗透塘有一定的相似之处，两者的主要区别在于渗透塘只能进行雨水的下渗、净化，而湿塘除了具备这两种基本功能外，还能够发挥储存、调节雨水的作用。其结构组成如图4所示。雨水通过进水口首先流入前置塘。前置塘可以减缓水的流速，让进水中大颗粒物质以及杂质等沉淀下来。前置塘和主塘之间用一处碎石溢流堰相隔，当前置塘的水位达到一定高度后，上层雨水通过碎石溢流堰流向主塘内。主塘的边缘位置种植挺水类植物，中间位置种植沉水类植物，另外塘底淤泥中有大量的微生物，都可以起到雨水净化作用。湿塘的容积水深通常在1-3m，面积较大，可以蓄积较多的雨水，并且在干旱时放水，发挥一定的调控能力。

图4 湿塘平面示意图

3.3 截污净化技术

该技术主要运用了物理净化和生物净化两种方式，其结构组成如图5 所示。地面径流通过碎石消能渠后，不仅流动速度降低，而且夹杂的沙石等杂物被拦截下来。一部分地面径流进入到植被缓冲带，通过地表草皮、灌木的拦截、净化，雨水中污染物的含量进一步降低，最终流入净化区；另一部分地下水则通过渗排水管直接流入净化区。利用净化区中微生物分解、处理，上层清水通过排水管汇入河流。

图5 植被缓冲带典型构造示意图

4 结论

下沉式道路固然有多样的功能和明显的优势，但是也必须解决雨水汇集导致的积水问题，才能让下沉式道路的价值真正体现出来。在道路设计阶段，要结合本地的气候、地质、水文等因素，合理设计参数、确定水泵型号科学布置断面；同时还要掌握单个或连续多个下沉路段的施工要点，以及道路建设中使用到的LID 设施技术。唯有如此，才能确保下沉式道路顺利建设完成，并且稳定发挥其功能，为海绵城市的建设奠定扎实的基础。