海绵理念在高速公路服务区规划设计中的应用

彭 怡，徐大伟

(1.昆明冶金高等专科学校环境与化工学院，云南 昆明 650033；2.云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650011)

0 引 言

高速公路服务区是高速公路重要的附属设施，一般2个服务器的间距在 50 km 左右。由于服务区远离城市，周边没有相应的城市配套管网，是一个相对独立的汇水单元。传统的服务区往往以硬化路面为主，硬化铺装面积大、功能单一，且为了避免服务区内涝，多以“快排”方式将雨水直接排走，水资源利用程度较低，降低了服务区的雨水涵养量，无法回补地下水，易形成不良循环[1]。若能因地制宜选择海绵措施，有助于实现服务区环境和水资源的协调发展，为海绵服务区建设起到良好的示范作用。

在国家大力推进“海绵城市”理念与相关工程建设相结合的时代背景下，云南某服务区进行了海绵服务区专项设计，布置海绵设施，将海绵城市理念及低影响开发技术措施与服务区建设有机结合，因地制宜地使用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术措施，通过在服务区内设置透水铺装、下凹绿地、植草浅沟、旱溪、雨水花园、生物滞留设施等海绵设施[2]，并与景观绿化相结合，大幅度提高了服务区雨水涵养水平、促进了绿色公路建设，并为相关工程提供参考案例。

1 海绵服务区设计理念

1.1 海绵服务区的建设途径

海绵服务区依据海绵城市建设理念进行设计。海绵城市建设途径主要有3种：原有生态系统保护、生态恢复和修复、低影响开发。海绵服务区的具体建设就根据这3个方面进行：

1)开发过程要加强对建设场地原有生态系统的保护。服务区多数位于野外，未开发前具有其独立完整的生态环境，在服务区建设过程中应尽量减少对原有生态环境的干扰，维持服务区周边原有的自然水文特征。

2)建设过程中注重生态修复。这是针对已建成的传统服务区而言，应采用生态手段使其尽量恢复到原有状态。

3)低影响开发。服务区的建设行为应始终秉持对生态环境影响最低的建设原则，合理控制开发强度，减少硬化路面的使用，尽量提高绿地率，使因场地建设开发对自然水系的影响降到最低。

1.2 服务区海绵设施布置原则及方法

高速公路服务区进行海绵设施规划布局要遵循的几个原则：

1)尽量减少开发建设区域的不透水表面积，提高场地自然下渗的能力[3]；

2)尽量保持原有的自然水文状态；

3)尽量充分利用场地自然下渗能力，减轻服务区建设行为对原有水文状态的冲击；

4)与“绿色公路”建设结合，在处理雨水的同时，提供良好的景观价值及雨水资源利用。

高速公路服务区进行海绵设施规划布局一般应在场地评估后进行，地质条件评估包括场地稳定性评估与海绵设施建设适宜性评估。

其中区域场地稳定性主要评估场地附近有无活动性断裂通过，在自然状态下有无滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化等不良地质现象以判断该场地的建设条件。

图1 服务区海绵设施规划设计流程 Fig.1 Planning and design process of sponge facilities in service area

海绵设施适宜性则主要评估场地地形坡度、包气带、浅层含水层的地质特征，用以判断该场地的渗水、蓄水和净水潜力。适宜性评估可用场地坡度、包气带渗透系数、下垫面情况、地下水位深度、潜水层渗透系数、浅层含水层富水性以及表土污染程度等指标综合判定。

经过场地评估后即可进行下一步规划设计，方法如图1所示。

1.3 控制目标确定

服务区海绵设施规划设计的首要工作便是确定其控制目标。服务区低影响开发系统的控制目标包括雨水径流总量控制、雨水径流峰值控制和雨水径流污染控制等，规划设计可根据服务区场地条件评估结果与调研分析结果合理选取一项或者多项作为其控制目标。

1.4 服务区海绵设施初选

海绵设施的径流控制效果与设施本身的材料参数、场地下垫面特征、区域降雨特性均有很大关系。为了最大化控制效果，设计者必须根据控制目标和设计原则进行海绵设施的合理选择。一般以减少径流总量为主要目的的规划设计方案可选择渗透塘、渗井、雨水花园、下凹式绿地等LID设施；而以削减洪峰流量为主要目的的规划设计方案则可选择生态滞留池、雨水罐、调节池等LID设施。

2 海绵服务区设计

2.1 服务区概况

以云南某海绵服务区为例，其中左幅服务区用地面积 43 100 m2，右幅服务区用地面积 39 600 m2，总用地面积 82 700 m2。

1)工程地质：场内覆盖层为第四系残坡积层粉质粘土(Qel+dl)、素填土(Qme)、淤泥质粉质粘土(Qf)，下伏基岩为白垩系上统江底河组1段(K2jl)粉砂质泥岩，场地无崩塌、滑坡、泥石流等环境地质灾害和不良地质作用。

2)水文地质：场区属长江流域之金沙江水系，地表无泉点出露。区内地下水类型主要为强风化基岩裂隙水，次为砂岩及松散岩类孔隙水。地下水主要靠大气降水垂直补给，地质勘察钻孔揭露稳定地下水位不高。

3)降雨条件：服务区地处北亚热带季风气候区域，属亚热带干燥气候，具有气候温和、日照充足、干湿季明显、雨热同季、冬无严寒、夏无酷暑、年温差小、日温差大，无霜期长等气候特点。以临近气象站1981—2010年近30年日降雨系列进行分析，年平均总降雨量为 819.6 mm，降水年际变化不大，但年内分配不均，汛期6—9月降水量占全年降水量的73.9%，枯水期10—5月降水量占全年降水量的26.1%，如表1所示。

表1 气象站多年平均降雨量月分配表Tab.1 Monthly distribution of multi-year average rainfall at meteorological stations

2.2 场地评估

根据上述分析，对目前项目场地条件进行评估。

1)地质条件评估：场区附近无活动性断裂通过，在自然状态下无滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化等不良地质现象，区域场地稳定性较好，海绵服务区建设条件较好；

2)降雨条件评估：服务区降雨历时分布不均，雨水相对偏少，海绵设施的布置以考虑雨水资源化利用为主。

设计降雨量的计算根据2019—2020年逐日降水量资料(不包括降雪)，扣除≤ 2 mm 的降雨事件的降雨量，将降雨量日值按雨量由小到大进行排序，统计小于某一降雨量的降雨总量(小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量，大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨量总和，两者累计总和)在总降雨量中的比率即年径流总量控制率，对应的降雨量(日值)即为设计降雨量。统计分析得出不同设计降雨量对应的年径流总量控制率及不同年径流总量控制率对应的设计降雨量之间的关系。服务区项目参照昆明市径流控制率目标，设计年径流总量控制率为82%，此时，设计降雨量为 13.1 mm,如表2、图2所示。

表2 服务区不同年径流总量控制率对应的设计降雨量Tab.2 Design rainfall corresponding to total runoff control rate in defferent years in service area

图2 服务区不同年径流总量 控制率对应的设计降雨量Fig.2 Design rainfall corresponding to total runoff control rate in different years in service area

3)下垫面分析：服务区用地类型主要由建筑、绿地、道路及广场3部分构成。左幅总面积 43 100 m2，其中绿地面积 17 500 m2，绿地率40.63%；建筑占地面积 3 200 m2，建筑密度7.4%，道路及广场面积 22 400 m2；右幅总面积 39 600 m2, 其中绿地面积 14 000 m2，绿地率35.35%；建筑占地面积 3 200 m2，建筑密度8%，道路及广场面积 22 400 m2，如表3所示。

服务区屋面径流系数取0.9，道路取0.8，绿地取0.15，则服务区左幅综合径流系数为0.58，右幅综合径流系数为0.54。

4)坡度分析：服务区左幅东高西低，整体地势最低点位于地块西北角；右幅整体地形西高东低，整体地势最低点位于地块东南角。雨水径流方向与服务区地面走势基本一致。

表3 用地类型构成Tab.3 Type composition of land use

图3 服务区海绵设施流程Fig.3 Process of sponge facilities in service area

2.3 海绵设施初定及流程确定

海绵设施主要通过雨水利用等措施来维持开发前原有水文条件，实现开发区域可持续水循环。本项目中海绵设施包括减少径流总量设施、减小峰值径流量设施、增加径流汇流时间设施和LID综合管理实践设施体系的布局规划与设计4个部分。

项目为高速公路服务区，因此需在满足服务区功能需求的基础上，结合景观效果需求布置海绵设施。海绵开发设施的布局考虑充分利用场地内绿地，将不同高程场地产生的雨水因地制宜地引入合适的绿地中进行源头消纳。设计思路考虑在人行广场设置透水铺装路面，绿地内设置下凹式绿地、植草沟及旱溪等，收集到的雨水进入雨水花园营造雨水景观，末端设置雨水收集池，经处理后的雨水可回用绿化灌溉及浇洒路面。服务区的海绵设施流程见图3。

2.4 海绵设施设计

考虑到加油区存在油污污染，为避免油污进入海绵设施污染地下水，油罐区 10 m 范围内区域不设置海绵设施，散排水排入油水分离池后排入污水系统，同时为防止雨水渗透影响建筑物，建筑物基础 3 m 范围内不设置海绵设施，并在主线及车行道路侧海绵设施采用防渗土工布保护路基。项目净化流程见图3，设置的海绵设施见表4。

表4 海绵设施布置Tab.4 Sponge facilities layout

2.5 海绵植物配置

结合“绿色公路”概念，对服务区内景观进行布置，服务区内种植的植物应以乡土植被为主，在节约建设成本的同时减少后期景观的维护费用，配置时可相互搭配种植去污性和观赏性植物，以提高对水体的净化能力。植物配置主要基于乡土树种优先、适应性、多样性、景观性及节约性等原则[4]。例如选择适宜的乡土树种，将草本植物与木本植物搭配种植，提高植物群落的结构层次性和观赏性，注重乔木、灌木、草本、藤蔓植物的合理搭配，提升植物层次的丰富度和雨水设施的功能，选用芦竹、蒲苇、鸢尾、黄菖蒲、水芹、美人蕉等吸污力强、能保持水质稳定的植物，种植既可耐涝又有一定抗旱能力的植物，如白三叶、斑叶芒、细叶芒、蒲苇等根系发达、生长快速、茎叶肥大的植物。

3 结 语

海绵服务区基于海绵城市理念，在传统服务区的设计基础上，进行海绵服务区专项设计，将服务区生态保护、雨水综合利用与景观提升相结合，从海绵服务区设计理念、场地评估、海绵设施布置、植物配置4个方面探讨高速公路海绵服务区设计，因地制宜地使用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多种技术措施，使项目实现径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制及雨水资源化利用等目标。海绵服务区的建设使服务区公众形象进一步优化，同时，打造功能完善、环境优美、特色鲜明的高速公路服务区，也是绿色公路建设的重要体现。