“海绵城市”理念在城市道路中的应用

张国会

（北京市交通基础设施建设项目管理中心，北京 100161）

0 引言

近些年，随着我国不断加快的城市化进程，在带动地方经济增长的同时，也带来一系列城市环境问题。一些技术手段在城市建设过程中的采用，有时会对周围整体环境产生一定的负面作用。雨水季节，一方面很多城市不断发生内涝，径流污染严重，而另一方面，城市地下水位却下降严重，水资源严重匮乏。这一矛盾现象充分暴露了传统城市对雨水管理方面调蓄能力差，雨水资源化利用率低的问题。

2013 年12 月12 日习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出“在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的‘海绵城市’”。“海绵城市”，指的是一座城市在应对雨水时能够像海绵一样，具有良好的弹性，实现对雨水的吸纳、蓄渗和缓释，蓄存的水在需要时能被加以利用，从而有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化，是一种新的城市雨洪管理模式。通过“低影响开发雨水系统构建”，合理利用和保护城市水资源，确保城市水安全，同时有效保护和提升城市水环境，科学保护和修复城市水生态，实现城市良性的水循环、维持科学的生态环境和优美的城市景观系统。因此，在对城市规划过程中，运用海绵城市的理念，有利于保持生态平衡。

城市道路作为城市排水系统的重要组成部分，对其有针对性地进行海绵化设计，是海绵城市建设的重要组成部分。

1 城市道路中常用的几种海绵理念

传统城市道路建设中，普通的道路没有生态透水功能，而且材料都是水泥，沥青等弱透水或不透水的铺装材料，硬化面积大，雨水渗透率低，多余的水通过城市管道流到了河流中，导致地表径流增多，地下径流减少，路面污染程度大并转输周围地块雨污水，不利于生态环境建设。所以，作为城市建设重要内容之一的城市道路，其“海绵化”建设尤为重要。

城市道路的“海绵化”建设，应在满足道路基本功能的前提下，通过低影响开发设施，从源头、中途和末端控制雨水径流总量、雨水峰值和雨水污染。径流雨水，通过“海绵化”设施一部分下渗，有效补充地下水资源，多余部分可以通过城市雨水管道，并经过净化和处理最终排入水体，从而达到控制雨洪总量，减轻排水系统压力，降低径流污染，改善道路行驶的安全性，提高行驶舒适性，改善城市微气候的目的，并且维护管理简单，绿色美观。目前，经过一段时间的设计实践，一些海绵城市设计措施被广泛应用。

1.1 透水铺装

透水铺装，与普通硬化路面相比，通过采用大孔隙结构层或排水渗透设施，采用具有一定渗透、吸收能力的铺装材料，如透水混凝土、透水沥青、透水砖和透水胶粘石等，下雨时，雨水能够通过铺装材料就地下渗，一定程度上可以达到控制地表径流，提高雨水利用率的目的，具有良好的生态效益。作为一个重要技术，被广泛运用于城市道路、广场、停车场等。选择使用透水铺装，能够使城市热岛效应，地表径流水二次污染，暴雨内涝等问题得到有效缓解，同时还可以对地下水资源进行一定程度的补充[1]。

1.2 下凹式绿地

下凹式绿地是指低于周边铺砌地面或道路路面一定高度的公共绿地，利用绿地的开放空间滞留和收集雨水，让雨水可以慢慢渗透到地下，尽量减少径流外排。作为一种有效的海绵理念，其具有重要的吸水、渗水和净水功能。主要设计参数是绿地下凹的深度，一般建议平均下凹深度为H=10~20cm。下凹式绿地内一般应设置溢流口，保证暴雨时径流的溢流排放。溢流口顶部标高一般应高于下凹式绿地地面15~25cm[1]。

1.3 生物滞留设施

生物滞留设施，是选择在较低地势的区域内，通过植物、土壤和微生物系统蓄渗、净化径流雨水的设施。按复杂程度不同可以分为简易型和复杂型，按位置不同包括生态树池、高位花坛、雨水花园、生物滞留带等类型。主要适用范围为城市公共绿地，主要包括城市建筑小区内的建筑、道路及停车场周边的绿地，以及城市道路周边的绿化带。其适用范围较广、可与周围景观统筹布置，美化环境的同时有效控制地表径流，建设及维护成本低。但生物滞留设施的选址还应综合考虑周边建筑、地下设施、坡度、土壤渗透性和地下水等因素，如地下水位较高、土壤渗透性能差、地形较陡的地区，应采取必要的换土、防渗、设置阶梯等措施避免次生灾害的发生。通过生物滞留设施的应用，可以很好地实现“海绵城市”理念中的“滞、净”[3]。

1.4 蓄水池

蓄水池是用人工材料修建、具有雨水储存功能同时具有防渗作用的蓄水设施，也具有削减峰值流量的作用。蓄水池常用做法主要有两种：渗透型和储水型。渗透型要求蓄积的雨水在24h 内完成下渗，达到强化补充地下水的效果；储水型目的为雨水利用，蓄积的雨水可用于周边绿地和道路的浇洒。

2 工程案例中的海绵措施

作为海绵城市的重要组成部分，城市道路系统在进行海绵化设计时，首先应满足道路本身具有的交通服务功能及耐久性的基本要求，再按照海绵城市建设相关规划的控制目标与指标要求，结合道路建设方案及项目所在地降雨特征、水文地质条件等情况进行调研，确定径流的流向、积水点及汇水面积等指标，因地制宜，设置海绵设施。

2.1 工程概况

本项目位于昌平回龙观地区北五环与北六环之间，影响区域包括昌平回龙观地区、龙域地区及海淀上地产业园地区3 个地区，影响范围面积约为20.7km2，总体位置如图1 所示。

图1 项目总体位置

该项目为自行车专用城市道路，始于北京市同成街与文华路相交路口，沿着地铁13 号线北侧的绿地，向西沿途经过回龙观、龙泽地铁站，上跨京藏高速及龙域东一路，下穿京包铁路，沿龙域环路至西二旗北路，终点位于后厂村路与上地西路交叉口，与现有城市自行车道路系统相衔接，全长约6.5km。其中路基段长2.74km，桥梁段长2.72km，现况道路改造1.04km，顶进箱涵1 座。沿线设有出入口8 处，养护工区，服务区，驻车区。项目线位如图2 所示。

图2 项目线位

项目建设前场地主要以绿地、广场、道路为主，现况排水系统以京藏高速为界分为两个区域，东侧回龙观区域沿同城街有现况市政雨水系统，向北排至回龙观北侧现况明渠。西侧西二旗区域沿龙域环路北侧有一条现况排洪沟，承担京包铁路至龙域环路之间的排洪功能，向东排入现况半壁店沟，东西侧雨水系统最终下游均为南沙河。

北京市总体规划中提到，到2020 年20%以上的城市建成区实现降雨70%就地消纳和利用，到2035 年扩大到80%以上的城市建成区。结合该项目的特点，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，建设海绵型城市道路，充分发挥绿地微地形、雨水花园、植草沟等措施对降雨的积蓄、滞留作用，发挥植被、土壤等对雨水的渗透自然净化作用，加大绿地雨水就地消纳和利用比例。

2.2 海绵措施

根据北京市50 年的气象数据统计，昌平区年平均降水量532.05mm，年降水天数平均为71.42d，其中：夏季降雨天数占全年的一半，降雨量占全年的72.3%（约385mm）。根据北京市地标《雨水控制与利用工程设计规范》，雨水收集回用系统收集总径流量重现期宜按1~2 年取值，即对应设计降雨量为45~81mm。本着最大化收集利用雨水的目的，本工程取规范上限值。

根据项目周边场地情况，本次拟在具备实施条件的区域设置雨水回用设施，相关设施可覆盖桥、路面面积约11446m2，回用设施蓄水总容积约为760m3，总体平面布局如图3 所示。

图3 总体平面布局

本项目道路形式为高架和路基两种。项目选线主要位于规划建设区内，根据相关规划，原用地排水属于同城街、龙域环路等邻近市政道路雨水系统服务流域。本次设计以不改变现状排水分区和流域为基础，同时采用下凹式绿地、透水铺装、渗透井、蓄水池等多种低影响开发设施，大大消减了雨水外排量，有效缓解下游排水系统的压力。

高架桥部分，设置渗滞蓄一体系统，桥面雨水经管道收集后汇入蓄水池或雨水花园，绿地范围超出下渗能力、形成径流的雨水溢流进入管线系统后再进入蓄水池。该区域雨水以蓄、用优先，滞、渗相结合。设置位置及铺设形状结合景观设计，主要位于绿地或桥下步道下方，大部分分为长方形布置。设取水口，便于雨水利用。高架段共设PP 模块式雨水蓄水池5 座，总储水容积为568m3，平面布局如图4 所示。

图4 平面布局

降雨发生时，雨水经雨落管落至桥面后产生径流汇入桥下雨水口，绿地及步道开始下渗。绿地产生径流溢流入雨水口，雨水经管道转输后进入雨水蓄水池，可实现81mm 降雨（2 年一遇最大24h 降雨量）基本不外排，雨水蓄水池蓄满，超量雨水溢流排至同城街市政管线。降雨过后，蓄水池内收集的雨水可用于浇洒绿化、冲洗排水渠道等，设计理念以绿色环保为目标。

路基部分，结合道路周边的环境特点，路基段北（西）侧，排水沟功能为城市防洪，以滞、渗、排为主，采用梯形生态植草沟型式。路基段南（东）侧，自行车专用路东边线与龙域环路西边线之间设置2~4m 宽的下凹式绿地，收集自行车道和绿地自身雨水，以滞、渗为主。沿下凹式绿地纵向每间隔150m 左右设1 座溢流雨水口，超标雨水就近溢流至龙域环路和西二旗西路雨水系统。按照现况地形，路基段海绵城市设施分为两个系统，总长2.0km，设下凹式绿地8000m2，设雨水蓄水池1座，容积 192m3。

停车区、站前广场、景观步道等均采用透水结构。

2.3 效能分析

该项目路桥面面积26450m2，绿化总面积48080m2。海绵设施包括雨水蓄水池6 座，总容积760m3，雨水花园1 座、生态排水边沟2500m，路侧下凹式绿地8000m2，广场透水铺装14530m2，可实现年收集利用雨水量7855m3，总体年径流控制率75%以上。

项目于2019 年5 月31 日通车试运营，通过现场对蓄水池储水量进行测试，6 个蓄水池每次共收集雨水约700m3，收集雨水用于浇灌绿地，冲洗排水渠道等，大大提高了水资源利用率。

3 结语

海绵设计理念在城市道路的应用，作为海绵城市建设的重要组成部分，能够大幅度增加城市道路系统雨水的渗透比例，提高雨水利用率，减少雨水对径流的污染，同时海绵道路一定程度上还能降低行车噪声，提高雨天行车安全性。因此，新建城市道路或对既有城市道路改建设计过程中，海绵理念的应用十分必要，同时也是推动城市海绵化的重要组成部分。但是在设计过程中，还应注意一些可能带来的隐患的问题，比如长期雨水下渗，会对路基和路面的强度和稳定性产生不利影响，还有冬季冻胀问题，道路景观效果以及后期海绵设施的维护问题等，所以在实际应用过程中应在保证道路交通功能及排水安全的前提下，对“海绵城市”理念理解还需要更深入的探索与研究，以便更加合理的应用。