云南省高速公路海绵服务区建设可行性分析

李佩佩

（云南省交通科学研究院有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

近年来，云南省高速公路建设实现质的跨越，截至2021 年底，云南高速公路里程突破1 万公里，而服务区作为交通的直观窗口，其建设质量、建筑外观、设施完备、服务水平日益受到公众的关注。传统服务区建设对原自然生态系统改变较大。建筑屋顶，尤其是路面等硬化铺装建设不仅极大降低了该区域的植被覆盖率，也间接减少了生物多样性。

海绵城市理念，强调城市应对气候变化时的韧性和弹性，在消除内涝危害的同时，对水资源进行合理分配利用，促进雨水资源的有效开发和环境生态保护[1]。海绵城市建设方式可简单概括为“渗、滞、蓄、净、用、排”六字，分别代表着不同的建设方式和技术，需在不同情况下灵活运用，统筹考虑其长期性和复杂性[2]。

海绵城市理念在城市公路规划设计中屡见不鲜，但在高速公路上的应用较为少见。高速公路是线状结构物，里程和区域跨度较长，尤其在云南省，高速公路横跨气候带是常有之事。但不同生态环境在服务区设计中的体现较少，服务区排水不畅及暴雨造成的管道涌水时有发生[3]。本文将海绵城市建设理念融入服务区设计中，研究其径流衰减效力和调蓄能力，为后续服务区排水系统设置及中水回用模式启用提供理论依据。

1 海绵城市建设途径

海绵城市的建设途径主要有三个方面：

一是对原有生态环境系统的保护，最大程度地保护其河流、湖泊等生态敏感区不被破坏。存留足够的涵养水源，维持其原有的自然水文特征，这是海绵化建设的基本要求。

二是生态恢复和修复。在传统模式下，已经遭受破坏的生态环境进行生态手段修复，并维持一定比例的生态空间。

三是低影响开发。按照对城市生态环境影响最低的开发建设理念，合理控制开发强度，在城市中保留足够的生态用地，控制城市不透水面积比例，最大限度地减少对城市原有水生态环境的破坏，同时根据需求适当开挖河湖沟渠、增加水域面积，促进雨水的积存、渗透和净化[4-5]。

2 低影响开发雨水系统

低 影响开发（Low Impact Development，LID）指在场地开发过程中采用源头、分散式措施维持场地开发前的水文特征，也被称为低影响设计（Low Impact Design，LID）。LID 设施是实现海绵城市建设的主要设施，通过“渗、滞、蓄、净、用”的技术实现海绵城市建设综合目标。渗：通过地表渗透技术，减少地表径流，净化初期雨水，包括透水铺装、绿色屋顶等。滞：具有减少径流量、降低径流速度、减缓雨水峰值出现等作用，包括下沉式绿地、雨水湿地、调节塘等。蓄：具有雨水储存功能的集蓄利用设施，同时也具有削减峰值流量的作用，包括自然水体、蓄水池等。净：净化水体、减少污染，包括人工湿地、雨水湿地等。用：主要针对水资源缺乏地区，有效利用、节水减排，包括中水回收池、雨水罐等[6-7]。

3 案例分析

3.1 服务区总体情况

3.1.1 气候条件

以云南省临沧市镇康县某服务区为例。镇康县属低纬山地南亚热带季风气候[8]，主要气候特点为大部分地区气候较热、日照充足、霜期短、四季不明显、雨量充沛、干湿季分明、立体气候显著。年平均气温18.8℃，年平均降雨量1585.8mm，年平均相对湿度81%，冬无严寒，夏无酷暑，四季如春。境内最高海拔2978m，最低海拔510m。

3.1.2 建设面积概况

该服务区距离镇康县南伞镇约9.76km，建设地点位于互通立交两侧。 两侧规划建设面积约133324.12m2，其中总建筑面积共9412.84m2，建筑占地面积共4716.28m2，包括综合服务楼、停车位、加油站、维修间等。左侧服务区用地面积约为66662.06m2，绿地率约39.62%，绿地面积约26410.77m2；右侧服务区用地面积约为66662.06m2，绿地率约37.31%，绿地面积约24873.77m2。总体绿地面积约为51284.54m2，绿地率为38.46%。

3.1.3 服务区地形地貌分析

该服务区整体高程趋势为由北向南逐渐增高，最高点位于服务区出口处，高程为1123.80m；最低点位于服务区进口处，高程为1116.30m。地表平均坡降为1.81%。坡度较陡，路面径流走向与地形特征如图1所示。

图1 服务区地形

3.2 服务区降雨特征分析

3.2.1 年平均降雨量分析

由于服务区地处临沧市镇康县，气候类型为低纬山地南亚热带季风气候。根据气象资料显示，镇康县2000—2021 年年平均降雨量约为1294.07mm，其分布如图2 所示。

图2 年平均降雨量分布曲线

由图2 可知，该地区雨水充沛，年降雨量低于1000mm 的年份仅2003、2005、2021 年。最大降雨量为2016 年1855.47mm，最小降雨量为2021 年938.78mm。但是，地区年平均降雨量波动较大，分布不均匀。

3.2.2 旱雨两季雨量分析

旱季一般为12 月—次年5 月，雨季一般为6—11月。该地区2000—2021 年旱雨两季月均降雨量如图3所示。可以看出，地区降雨大部分在雨季产生，雨季降雨规模约是旱季的2～9 倍，因此雨季产生的地表径流是迅速的，且雨水峰值出现的速度较快、峰值较高。如果服务区排水设计仅采用“快排”模式，则极易发生路面积水及管道一部分涌水现象。

图3 旱雨两季降雨分布

3.3 服务区方案设计

3.3.1 方案设计选取

方案以降低成本为目的，选取下沉绿地、沥青透水路面、雨水花园、透水路面四种设施进行服务区设计，设计效果如图4 所示。

图4 海绵服务区建设方案

3.3.2 降雨径流量及调蓄容积计算

按照海绵城市建设技术指南提供的容积法计算方式，低影响开发设施以径流总量和径流污染为控制目标进行设计时，设施具有的调蓄容积一般应满足“单位面积控制容积”的指标要求。设计调蓄容积一般采用容积法进行计算，如式（1）所示：

式（1）中：V——设计调蓄容积，m3；

H—— 设计降雨量，mm，参照降水要求为20.01mm；

∅——综合雨量径流系数；

F——汇水面积，hm2。

按照公路排水设计规范计算设计径流量，如式（2）所示：

式（2）中：Q——设计径流量，m3/s；

q——平均降雨强度，mm/min；

φ——径流系数；

F——汇水面积，hm2。

其中平均降雨强度由式（3）确定：

式（3）中：q——平均降雨强度，mm/min；

P——降雨重现期；

t——汇流历时。

按式（1）～式（3）的计算公式，采用重现期P=1，H=40mm；P=0.1，H=70mm；P=0.05，H=90mm 的日降雨量进行初始设计时的地表径流量及海绵化设计后径流量计算，具体数值如表1-3 所示。

由表1-3 可知，在铺设透水路面后，地表粗糙系数增大，径流系数减小。地表排水由“快排”模式转变为低影响模式。地表径流量可由原来的6.62m3/min 锐减到3.92m3/min，降雨径流量缩减比例平均可达50%以上，根据式（1）计算得到的实际调蓄容积为1395.89m3，改造后设施调蓄容积为1115.86m3，符合年径流总量控制率80%的要求。雨水径流减少不仅可以减轻路面排水压力，还能减弱或消除管道涌水现象。

表1 初始净流计算

4 结语

海绵化服务区设计以海绵城市建设为蓝本，区别于传统服务区刚性设计，加大区域内面对气候变化的韧性和弹性。优先利用其自身天然的排水系统，充分发挥广场绿地、透水路面、绿化屋顶等设施对雨水的渗透、吸纳、缓释作用。将径流总量作为海绵服务区设计的总体控制目标，通过对改造前后径流总量的对比可得到：进行海绵化设计后，区域降雨径流量减少比例为50%，调蓄容积减少比例为20%，减排效果显著。根据地区地形地貌、环境特性，具有针对性地对服务区进行海绵化设计是可行的，且在减缓雨水外排压力的同时，积极利用雨水资源，形成服务区绿色循环模式，实现建设与自然相协调。

表2 改造后净流计算

表3 改造前后径流量对比