城市道路建设中“海绵城市”理念应用研究：以庆阳市安化东路建设项目为例

闫玉慧

（北京市市政工程设计研究总院有限公司兰州分院，甘肃 兰州 730070）

庆阳市属黄土高原丘陵沟壑区，植被稀少、降雨集中，致使水土流失严重，平均土壤侵蚀模数每年为6 898 t/km2。西峰城区现状供水厂仅有1座，出厂水经过三级加压泵站送至城区供水管网。目前，供水系统采用单管输水，供水安全保障性差，由此而引发的庆阳市“海绵城市”建设，是以解决城市水资源短缺、固沟保塬为出发点，采用海绵化措施综合统筹建设“海绵城市”。庆阳市安化东路进行建设的过程中，充分利用了“海绵城市”理论，并将其付诸实践。本文将以安化东路建设项目为例，对城市道路建设中“海绵城市”理念的应用进行分析与研究，以供参考与借鉴。

1 研究意义和内容

“海绵城市”建设是一项复杂的系统工程，对城市道路建设中“海绵城市”理念的应用进行分析与研究，总结对于城市道路横断面侧绿化带大于2 m及湿陷性黄土地区城市道路海绵化建设的理论、实践和问题。

2 工程概况

2.1 工程基本情况

庆阳市安化东路为东西走向的城市主干道路，东侧连接北京大道，西至傅玄路，道路为50 m宽的双向六车道，道路限速40 km/h，全里程0.84 km，道路两侧为行道树及分车绿化带，绿地面积为8 266 m2，其中中央绿化带6.0 m宽，路侧绿化带3.0 m宽，具有较好的海绵设施布设条件。

2.2 工程建设条件

庆阳市属于典型的大陆性气候，其冬季盛行风为西北风，夏季盛行风为东南风；冬冷且天气晴朗，夏热且潮湿多雨；降水量南多北少，降雨主要集中在7—9月，雨水资源时间分布不均；洪峰流量大，对黄土侵蚀严重。其场地区域构造地处陕甘宁盆地南侧，是“山”字形构造体系。庆阳市第四系地层结构主要由填土层、马兰黄土层、离石黄土层等土层构成。

3 道路海绵措施总体思路

道路海绵化建设着力于对传统雨水快排方式的改变，通过源头消减和系统处理的方式，将硬质下垫面产生的径流雨水，利用道路两侧的带状绿地及机非隔离带进行汇流消纳，超标雨水溢流至市政管网，通过海绵设施对雨水进行控制，完成雨水“自然积存、自然渗透与自然净化”的过程[1]。

3.1 道路建设目标

《庆阳市海绵城市建设专项规划》对不同的建设项目提出了各自相应要求。安化东路海绵建设总体控制目标为：年径流总量控制率大于等于80.6%，污染物控制SS削减大于等于60%，雨水回用率大于等于5%。

3.2 道路建设原则

道路建设原则具体如下：①低影响开发原则。新建城市道路，不能因为布设海绵设施而降低设计重现期。②安全为重原则。综合采用工程及非工程措施，来提高生物滞留设施等的建设质量和后期维护管理水平，消除安全隐患，保障城市水安全。③适宜性原则。根据道路工程要求、湿陷性黄土地质特性、“海绵城市”措施，有针对性地合理利用下沉式绿地、透水铺装、调蓄池等。④可实施性原则。道路海绵化设施要满足城市经济发展、地质气候、道路建设需求和海绵化设施需求。

3.3 设计流程

道路海绵设计，应遵循以下流程：①工程场地现状及项目设计条件分析。勘察建设区域现场，分析道路交通需求、红线外用地条件、土壤蓄渗特征、周边水体等相关因素，确定道路径流的总体流向、汇水区面积以及可能存在的积水点等。②与上位规划进行对接，确定目标及指标要求。③技术选择与规模确定。根据道路红线内外的地形情况、绿地面积，选择适宜本项目的“海绵城市”建设技术路线和措施，确定建设内容和规模。④方案设计。根据确定好的技术路线及措施，进行道路的平面与竖向设计，提出项目的总体设计方案。⑤海绵指标复核。对照规划规定的本项目海绵指标，分别测算提出的不同设计方案所对应的年径流总量控制率等指标是否满足要求，直至指标达标。⑥设计实施。按照前面确定的最终建设设施内容和规模，进行总体的设计和实施。

4 总体建设方案

4.1 雨水径流流程

车行道/非机动车道降雨通过开口路缘石排入下沉式侧绿化带，经下沉式绿带内缓冲区，消减雨水对生物设施的冲击，去除雨水中的大颗粒物质，在下沉式绿地内设置溢流井，保障雨水峰值排放要求和保护生物设施减少冲击；雨水经生物滞留设施对植物的径叶的拦截、土壤过滤、植物根系的吸收去除雨水中的污染物质，净化后的雨水经埋设在砾石导排层中的雨水收集穿孔管、雨水管网构建的雨水收集系统排向集蓄利用设施，超标雨水通过设置在绿化带中的溢流井排入雨水管网[2]。

4.2 海绵措施

鉴于庆阳市西北地区湿陷性黄土的自然条件特点，从整体措施方案来讲，构建“蓄排为主、净用为辅、适度渗透”的海绵技术措施体系。

4.2.1 渗透技术

渗透技术是雨水源头污染控制的重要环节和地表径流控制的关键环节，结合道路条带平面布置、庆阳市湿陷性黄土地质，本设施对净化雨水功能、径流总量控制、污染物去除率、经济性这4个指标进行分析。道路主要由硬质地面和绿化设施2大类组成，本工程对这2类设施进行对比分析选择。

硬质地面选择：市政道路积雨主要集中在车行道和人行道，由于场地地质为湿陷性黄土，同时考虑到道路行车的安全，因此，车行道采用非透水结构，人行道采用透水砖铺装。

绿化设施选择：本工程选择复杂性生物滞留设施，净化、收集雨水。

4.2.2 存储技术

存储技术是对雨水利用率及径流量排放进行控制的主要技术手段之一，在安化东路的设计过程中，对雨水集蓄功能、经济适用性及径流量控制等指标进行分析，安化东路使用径流量控制强、建造维护费用低的雨水回用蓄水池。

4.2.3 截污净化技术

对雨水进行截污净化，是将雨水进行资源化的重要基础，其截污净化设施在建设过程中需要与雨水收集系统及道路绿化系统进行结合。因此，在安化东路海绵道路建设中，选择可以对大型杂物进行拦截的开口路缘石，甄选能使初期污染雨水弃流的截污提篮，选择可对中期及后期雨水进行渗透的生物滞留设施。

4.3 设计方案

4.3.1 常规雨水排放设计方案

安化东路为东西走向城市主干道，结合庆阳市“海绵城市”总体规划及《室外排水设计标准》要求，本区域常规雨水管道标准为2～3年，本次设计雨水管道标准为3年。本次设计年径流总量控制率为90%，对应降雨量为17.88 mm；在降雨量小于等于17.88 mm的降雨场次，雨水经过开口路缘石进入下沉式侧绿化带，最终下渗被植物根系吸收或进入雨水储蓄设施，雨水不外排。安化东路雨水管双侧布置，管径为DN500～DN1 400，埋深1.8～3 m，雨水管道最终汇入规划下塬排放口。

4.3.2 超标雨水排放设计方案

如前文所述，当降雨量小于17.88 mm时，雨水不外排；当降雨量大于17.88 mm时，道路两侧下沉式绿化带出现积水。为了排放超过绿化带下渗吸收能力部分的雨水，本设计考虑在侧绿化带局部低处设置溢流井，约每40 m设置一座。溢流井低于道路地面标高0.05 m，避免超标雨水进入道路。

根据要求，本次道路雨水系统设计应达到30年一遇暴雨不内涝，由于本道路管道系统为雨水主干管，因此需统筹考虑整个排水分区雨水管线的布置。通过水力模型模拟计算分析，在下游管道排水顺畅不发生雍水的情况下，本次设计的雨水管道处于满流状态，地面不存在积水现象，满足30年一遇暴雨不内涝的需求。

4.4 海绵指标复核计算

4.4.1 海绵设施蓄水容积计算

本设计范围内雨水径流总量控制容积，根据《海绵城市建设技术指南》推荐采用容积法计算，即：

式（1）中：V为设计调蓄容积，m3；H为设计降雨量，mm，本工程取17.88 mm；φ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2。

本工程主要海绵设施为：生物滞留设施、人行道透水铺装和调蓄池。综合雨量径流系数计算如表1所示。

表1 径流系数计算表

经计算，综合径流系数为0.6，则设计径流目标控制量为478.36 m3。

4.4.2 海绵设施布设后年径流总量控制率计算

海绵设施布设后，对海绵设施蓄水容积及年径流总量控制率进行计算。具体计算如表2所示。

表2 海绵设施蓄水容积及年径流总量控制率计算

海绵设施控制的降雨量=海绵设施蓄水容积/10/径流系数/工程面积。经计算，海绵设施布设后，年径流总量控制率可达到94%

4.4.3 径流污染削减率复核

本工程雨水设施对SS去除率参照《海绵城市建设技术指南》取值范围。其中生物滞留设施和透水铺装对SS去除率分别以80%、85%计。

布设的海绵设施污染削减率和面积加权平均后，计算可得海绵设施平均径流污染削减率为81.60%，则年径流污染削减率=年径流总量控制率×海绵设施平均径流污染削减率，即为76.7%。

4.4.4 雨水资源回用率计算

庆阳作为西北地区缺水型城市，水资源是极其宝贵的。为加强雨水回用，本工程通过一系列措施对雨水进行了有效收集、过滤、储存及回用[3]。

雨水回用主要用于景观补水、道路浇洒及绿化浇洒。

雨水资源回用率计算如表3所示。

表3 雨水资源回用率计算

经计算，雨水资源回用率为5.6%，满足系统化方案中5%的指标要求。

4.4.5 海绵设施中植物配置要点

绿地是“海绵城市”建设中收集、净化雨水的重要组成部分，因此对绿地中植物的配置提出了更高的要求。首先，满足耐涝属性，使景观植物在雨洪期间汇集雨水的生态滞留区能够正常生长；其次，满足耐旱属性，使景观植物在干旱期有顽强生命力；最后，满足根系发达，净化能力强的属性，能够对雨水径流冲刷带来的面源污染物进行净化。

5 结论

综上所述，市政道路通过海绵设施布设后，能实现“径流雨水源头减排”的设计理念；同时，针对湿陷性黄土地质特征，提出了适宜的海绵设施和技术路线；其次，对低影响开发设施（微排水系统）、排水管渠设施（小排水系统）及超标雨水排放设施（大排水系统）3大排水系统分别进行了论述，3大系统相互补充、相互依存，是海绵城市建设的重要基础元素；最后，对道路海绵化设计的程序和内容做了总结展示。相信随着系统化全域推进“海绵城市”的建设，有关“海绵城市”的建设在理论和实践上都会积累和收获大量的经验。