基于低影響開(kāi)發(fā)的市政道路雨水系統(tǒng)的研究

王玉娜，商博源

（濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

為貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路及中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議精神，大力推進(jìn)海綿城市建設(shè)工作。在山東省、濟(jì)南市兩級(jí)政府及相關(guān)部門的大力支持下，通過(guò)濟(jì)南市各個(gè)建設(shè)部門的共同努力，濟(jì)南市以總分第二的成績(jī)成功入圍首批“國(guó)家海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市”。

濟(jì)南地處低山丘陵與沖積平原的交接帶上，屬于北方坡地與平原復(fù)合型城市，試點(diǎn)海綿城市建設(shè)有著得天獨(dú)厚的自然條件和良好基礎(chǔ)。探索總結(jié)濟(jì)南市坡地與平原復(fù)合型城市現(xiàn)代雨水控制利用系統(tǒng)構(gòu)建，選擇具有典型代表意義的示范區(qū)，有助于濟(jì)南市將海綿城市理念融入城市建設(shè)中，逐步解決城市泉水枯竭、洪澇多發(fā)、水源不足及水質(zhì)污染等主要突出問(wèn)題。

該次研究以華山片區(qū)建設(shè)為契機(jī)，在華山湖形成之前，根據(jù)“海綿城市”建設(shè)要求，對(duì)湖區(qū)周邊市政道路按照低影響開(kāi)發(fā)要求，提出適應(yīng)雨水收集及排放的科學(xué)、綠色建設(shè)方案。

1 低影響開(kāi)發(fā)的概述

2014年10月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部貫徹習(xí)近平總書記講話及中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議精神，正式發(fā)布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》（下文簡(jiǎn)稱《指南》）。《指南》中指出，低影響開(kāi)發(fā)指在城市開(kāi)發(fā)建設(shè)過(guò)程中采用源頭削減、中途轉(zhuǎn)輸、末端調(diào)蓄等多種手段，通過(guò)滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，提高對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)蓄、凈化、利用和排放能力，維持或恢復(fù)城市的“海綿”功能。根據(jù)“海綿城市”低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建的要求，形成具有地方特色的低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)模式下的道路系統(tǒng)，是對(duì)下階段片區(qū)道路建設(shè)任務(wù)的特殊要求。既要滿足道路本身的交通功能，也要具有雨水收集、同雨水系統(tǒng)相協(xié)調(diào)的合理結(jié)構(gòu)[1]。

構(gòu)建低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)，規(guī)劃控制目標(biāo)一般包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等。各地應(yīng)結(jié)合水環(huán)境現(xiàn)狀、水文地質(zhì)條件等特點(diǎn)，合理選擇其中一項(xiàng)或多項(xiàng)目標(biāo)作為規(guī)劃控制目標(biāo)。鑒于徑流污染控制目標(biāo)、雨水資源化利用目標(biāo)大多可通過(guò)徑流總量控制實(shí)現(xiàn)，該次環(huán)湖路低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建采用年徑流總量控制率作為規(guī)劃控制目標(biāo)[2]。

2 低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

該次研究的范圍為環(huán)湖路，環(huán)湖路位于濟(jì)南市濱河新區(qū)的華山片區(qū)。濟(jì)南市濱河新區(qū)位于濟(jì)南市北部（見(jiàn)圖1），北側(cè)緊臨黃河，是濟(jì)南未來(lái)城市發(fā)展的主要方向。華山片區(qū)位于整個(gè)濱河新區(qū)的東部，北至濟(jì)青高速公路，東南至小清河，西南至二環(huán)東路。

圖1 華山片區(qū)位置示意圖

2.1 道路雨水系統(tǒng)

片區(qū)內(nèi)雨水出口主要為周邊河道和主要道路的雨水系統(tǒng)。而環(huán)湖路的雨水系統(tǒng)則隨坡就勢(shì)，最終分別排入片區(qū)內(nèi)三個(gè)河道。

2.2 低影響開(kāi)發(fā)研究雨水系統(tǒng)

（1）華山片區(qū)的建筑用地占總用地的60%以上，所以首先要從源頭上實(shí)施低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，先采取有效措施控制好建筑與小區(qū)。建筑與小區(qū)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施應(yīng)建設(shè)有效的進(jìn)水及轉(zhuǎn)輸設(shè)施；建筑與小區(qū)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施應(yīng)設(shè)置溢流排放系統(tǒng)，并與城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)有效銜接。

（2）道路的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施系統(tǒng)主要采用的措施有采用透水的人行道鋪裝層和開(kāi)級(jí)配的碎石基層形成人行道的透水結(jié)構(gòu)，使雨水從結(jié)構(gòu)層下滲，最終滲入土基，在源頭上減少雨水徑流；紅線范圍內(nèi)的綠地含綠化分隔帶、樹(shù)穴等，建設(shè)下凹式綠化分隔帶、樹(shù)穴，井底匯流速度，延緩峰現(xiàn)時(shí)間。道路紅線外側(cè)在地勢(shì)低洼地帶建設(shè)雨水調(diào)蓄池、雨水罐，或利用華山湖天然水系調(diào)蓄。

（3）片區(qū)內(nèi)建筑與小區(qū)的徑流排放量通過(guò)建筑與小區(qū)的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施后，剩余徑流部分匯入道路，而雨水經(jīng)過(guò)道路時(shí)其本身收集的經(jīng)過(guò)道路的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施系統(tǒng)后，與建筑小區(qū)剩余的雨水一同流入道路雨水系統(tǒng)。環(huán)湖路雨水系統(tǒng)隨坡就勢(shì)，最終排入周邊河道。

然而所有雨水排放口在入河道之前采用初期雨水處理井分離泥沙、漂浮物及油污等。經(jīng)過(guò)初期雨水處理井初步處理后的雨水，經(jīng)過(guò)分層次、有梯度的生態(tài)凈化濕地，水質(zhì)得到進(jìn)一步提升后，最后進(jìn)入周邊河道。

片區(qū)水網(wǎng)匯集雨水于小清河，再經(jīng)小清河流向大海。小清河與園內(nèi)水系相連，片區(qū)水系提供了蓄洪、泄洪功能。園區(qū)邊界設(shè)有水閘，用于管理調(diào)配園內(nèi)外水系。

3 低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施

城市道路徑流雨水應(yīng)通過(guò)有組織的匯流與轉(zhuǎn)輸，經(jīng)截污等預(yù)處理后引入道路紅線內(nèi)、外綠地內(nèi)，并通過(guò)設(shè)置在綠地內(nèi)的以雨水滲透、儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)等為主要功能的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施進(jìn)行處理。低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的選擇應(yīng)因地制宜、經(jīng)濟(jì)有效、方便易行。

3.1 下沉式綠化帶

機(jī)非分隔綠化帶改造為下沉式綠化帶，綠化帶路緣石每隔一定間距設(shè)置一組開(kāi)口路緣石，便于雨水自快車道進(jìn)入綠化帶；路緣石開(kāi)口處下沉式綠化帶種植土頂面標(biāo)高低于機(jī)動(dòng)車道25 cm，有效蓄水深度25～50 cm。雨水在透水非機(jī)動(dòng)車道及人行道滲、滯后，多余雨水再通過(guò)漫流進(jìn)入下沉式綠化帶，如圖2所示。

圖2 下沉式綠化帶示意圖（單位：cm）

3.2 透水鋪裝

透水路面[3]是一種生態(tài)型環(huán)保路面，在保證良好路用性能的同時(shí)，又具有透氣透水、吸聲降噪、提高汽車行駛的安全性和舒適性等優(yōu)點(diǎn)，使得透水路面的生態(tài)性能日益受到重視，有著廣闊的應(yīng)用前景。

Comments on Oil Recovery Treatments……………CHEN Hualan, ZHOU Yan’gao(1·28)

如圖3所示，人行道采用透水結(jié)構(gòu)。人行道為透水混凝土花磚+干硬性水泥砂漿，人行道基層為具有足夠強(qiáng)度、透水性和水穩(wěn)定性的大孔隙水泥穩(wěn)定碎石+級(jí)配碎石。其中大孔隙水泥穩(wěn)定碎石有效孔隙率應(yīng)不小于25%。

3.3 生態(tài)濕地

華山歷史文化濕地公園規(guī)劃為以濕地景觀為特色，構(gòu)建城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施，即建設(shè)以濕地為基質(zhì)的服務(wù)于城市的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，具備城市排洪、雨水凈化處理、生物棲息等多樣化的綜合功能。結(jié)合華山歷史文化濕地公園景觀規(guī)劃，建造一個(gè)以水過(guò)程為核心的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)保存和改善雨洪管理，使水成為重建健康生態(tài)系統(tǒng)的活化劑。湖區(qū)串聯(lián)溪流、坑塘、濕地和低洼地，形成一系列蓄水池和不同承載力的凈化濕地，構(gòu)建完整的雨水管理和生態(tài)凈化系統(tǒng)[4]。

圖3 人行道示意圖（單位：cm）

4 雨水入湖水質(zhì)控制排放

華山片區(qū)現(xiàn)狀水系均為雨污混流，水質(zhì)污染嚴(yán)重；現(xiàn)狀水系縱橫交錯(cuò)、相互連通，嚴(yán)重影響入湖雨水的水質(zhì)。該次主要通過(guò)現(xiàn)狀河道截污和采用初期雨水處理井的措施以提升排水的水質(zhì)[5]。其中初期雨水處理井主要作用是分離泥沙、漂浮物及油污等；經(jīng)過(guò)初期雨水處理井初步處理后的雨水，經(jīng)過(guò)分層次、有梯度的生態(tài)凈化濕地，水質(zhì)得到進(jìn)一步提升后，最后進(jìn)入河道。

5 雨水年徑流總量控制指標(biāo)分解

5.1 雨水年徑流總量控制指標(biāo)概述

根據(jù)《指南》中我國(guó)大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖，濟(jì)南市位于分區(qū)中的Ⅳ區(qū)，如圖4所示，控制率在70%～85%。通過(guò)對(duì)濟(jì)南市氣象站提供的近30年20-20時(shí)逐日降水量資料（不包括降雪），統(tǒng)計(jì)分析得出濟(jì)南市年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量之間的關(guān)系，如圖5所示。同時(shí)可分別計(jì)算出濟(jì)南市不同設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率及不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量，分別見(jiàn)表1和表2。綜合以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，達(dá)到指南中要求控制率在70%～85%對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為 23.1～42.1 mm[1]。

圖4 我國(guó)大陸地區(qū)年徑流總量控制率分區(qū)圖

圖5 濟(jì)南市年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量之間的關(guān)系

表1 濟(jì)南市不同設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率

表2 濟(jì)南市不同年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量

通過(guò)對(duì)試點(diǎn)區(qū)域降雨資料的分析并結(jié)合華山片區(qū)環(huán)湖路內(nèi)部及周邊地形地貌、土壤性質(zhì)、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、水資源分布狀況等特點(diǎn)，道路實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率不低于70%，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量不小于23.2 mm，作為低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的控制目標(biāo)。

5.2 控制指標(biāo)分解

低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施以徑流總量和徑流污染為控制目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)施具有的調(diào)蓄容積一般應(yīng)滿足“單位面積控制容積”的指標(biāo)要求。設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積一般采用容積法進(jìn)行計(jì)算：

式中：V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計(jì)降雨量，mm，取23.2 mm；ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

5.2.1 計(jì)算道路綜合雨量徑流系數(shù)ψ

環(huán)湖路道路綜合雨量徑流系數(shù)見(jiàn)表3。

表3 環(huán)湖路道路綜合雨量徑流系數(shù)分析表

5.2.2 計(jì)算調(diào)蓄容積

（1）控制容積：V=10HψF道路總面積=10×23.2×0.55×438 263/10 000=5 592.2（m3）。

（2）單位面積控制容積：V=10Hψ=10×23.2×0.55=127.6（m3）。

（3）設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積：V=12 273.75 m3。

綜上所述，環(huán)湖路低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建采用年徑流總量控制率作為規(guī)劃控制目標(biāo)。結(jié)合地形地貌、土壤性質(zhì)、開(kāi)發(fā)強(qiáng)度、水資源分布狀況等特點(diǎn)，道路實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率不低于70%，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量不小于23.2 mm，作為低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的控制目標(biāo)。按照容積法核算控制調(diào)蓄容積若大于設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，則此方案達(dá)到控制目標(biāo)。

6 結(jié)語(yǔ)

在市政道路中推廣和應(yīng)用低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)模式，加大城市徑流雨水源頭減排的剛性約束，優(yōu)先利用自然排水系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)排水設(shè)施，充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使道路所在片區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開(kāi)發(fā)前，有效緩解區(qū)域內(nèi)澇、削減區(qū)域徑流污染負(fù)荷、節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市提供重要保障。