海綿城市理論在杭州城市道路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

王穎，周利財(cái)

(1.杭州市勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000； 2.中設(shè)工程咨詢(重慶)股份有限公司，重慶 400000)

1 引 言

改革開放以來，我國城市化發(fā)展的面貌日新月異，然而過快的粗放型發(fā)展模式也帶來了一系列的水危機(jī)：一是河流湖泊調(diào)蓄能力降低，城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)；二是水污染導(dǎo)致水生態(tài)惡化；三是水資源短缺問題加劇[1～2]；四是城市地表不透水面積比例增大，造成市政排水系統(tǒng)負(fù)荷加重[3]。

杭州市位于長三角南翼，錢塘江下游，是一座因水而靈的江南水鄉(xiāng)城市。隨著建設(shè)步伐加快，城市整體硬化嚴(yán)重，以雨水管渠為主的快排模式導(dǎo)致城市內(nèi)澇、路面積水等問題日益突出。杭城每年有兩個(gè)雨季和一個(gè)多雨時(shí)段[4]，逢雨就澇，嚴(yán)重影響了居民生活，也制約了可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，亟須系統(tǒng)化的解決方案。因此杭州市從2016年開始推進(jìn)海綿城市建設(shè)，即綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施，發(fā)揮城市生態(tài)系統(tǒng)對雨水的調(diào)蓄作用，有效控制雨水徑流并加以利用，力求人與水生態(tài)和諧發(fā)展的健康發(fā)展模式。近年來杭州在海綿城市建設(shè)領(lǐng)域進(jìn)行了積極探索，理論和相關(guān)法規(guī)日趨完善，技術(shù)也日漸成熟。

城市建設(shè)中量大面廣的市政道路是海綿城市建設(shè)中的重要部分。按照原有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的雨水管網(wǎng)已經(jīng)不能適應(yīng)“短歷時(shí)、強(qiáng)降雨”情況下的城市排水防澇要求，而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在引入海綿城市理論方面則顯得相對滯后，海綿城市道路與道路設(shè)計(jì)規(guī)范如何銜接還缺乏相應(yīng)的指導(dǎo)，因此需要積極推進(jìn)相應(yīng)設(shè)計(jì)理念變革。

2 明確設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

海綿城市道路(新建或改建道路)設(shè)計(jì)應(yīng)以城市規(guī)劃為指導(dǎo)，貫徹將綠色設(shè)施和灰色設(shè)施結(jié)合并優(yōu)先采用綠色設(shè)施的生態(tài)優(yōu)先原則，綜合考慮項(xiàng)目所在區(qū)域的自然條件、水文情況、原有排水設(shè)施能力等因素，通過采用LID技術(shù)設(shè)施，在保證道路通行能力的前提下解決道路排水問題，同時(shí)防止雨水對路面路基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響[5]。

近年來，杭州市在低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)技術(shù)方面，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、維護(hù)階段提出了一系列的指導(dǎo)準(zhǔn)則。根據(jù)《杭州市建設(shè)項(xiàng)目海綿城市設(shè)計(jì)文件編制導(dǎo)則》規(guī)定，設(shè)計(jì)人員應(yīng)首先明確海綿城市建設(shè)需落實(shí)的市政道路類設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，如表1所示。

海綿城市建設(shè)中道路類設(shè)計(jì)指標(biāo)值 表1

3 市政道路中海綿城市理念的應(yīng)用

傳統(tǒng)的市政道路排水主要依靠雨污水渠道等末端集中的措施達(dá)到快速排除目的，而海綿城市設(shè)計(jì)理念則要從源頭開始分散，慢排緩釋，解決逢雨必澇的困境，同時(shí)凈化雨水并回收再利用。首先，城市道路要結(jié)合實(shí)際情況合理進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，通過下沉式綠地、生物滯留帶、雨水花園、生態(tài)樹池等手段，增加雨水調(diào)蓄、凈化功能，有效削減地表徑流峰值和流量；其次，轉(zhuǎn)變道路建設(shè)理念，統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計(jì)符合低影響開發(fā)技術(shù)要求的道路高程、道路橫斷面、綠化帶及排水系統(tǒng)，變快速匯水為分散就地吸水，提高道路對雨水的滲滯能力。適合城市道路的LID設(shè)施，需從源頭到末端、地上與地下綜合考慮，源頭設(shè)施有透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留帶；中途設(shè)施有植草溝、滲管/渠；末端設(shè)施有雨水濕地、雨水塘等。

3.1 下沉式綠地

在道路的中央分隔帶設(shè)置下沉式綠地，可增加滲透面積，削減峰流量，截留污染物，有效減少洪澇災(zāi)害。杭州市主城區(qū)大面土壤類型以黏性土為主，滲透系數(shù)在 0.005 m/d～0.1 m/d，可在綠地種植土中摻入爐渣等大顆粒媒介來提高滲透性。為避免積水對植物生長不利[6]，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意將綠地下沉深度控制在 50 mm～100 mm，且不大于 200 mm。道路綠化帶宜低于路面，道路雨水通過綠地綜合處置后方可溢流至雨水管道。

3.2 生物滯蓄

生態(tài)滯蓄設(shè)施是在地勢低洼區(qū)域(深約 3 cm～4 cm)種植當(dāng)?shù)刂参铮ㄟ^植物截流、土壤過濾處理小匯流面積雨水，并對處理后雨水加以收集利用的措施，適用于周邊硬化率較高的城市道路綠化帶中。雨水生物滯留設(shè)施的蓄水層有效容積可參照下式[7]計(jì)算：

V=Afhm(1-fv)

其中：V—蓄水量，m3；

Af—綠化區(qū)域表面積，m2；

hm—最大蓄水高度，m；杭州亞黏性土區(qū)域可取 0.06 m；

fv—植物面積占有率，一般取0.3。

3.3 植草溝

植被淺溝應(yīng)用廣泛，如在城市快速路中，將道路景觀綠化帶設(shè)計(jì)為植被淺溝，費(fèi)用低且簡單高效。植草溝深度一般 50 mm～250 mm，長度宜大于 30 m，側(cè)面坡度不超過1∶3。新建道路工程要優(yōu)先考慮道路兩側(cè)植被淺溝設(shè)計(jì)，從而有效緩解路面徑流。

3.4 植被選擇

在景觀設(shè)計(jì)中植被一般采用喬-灌-草的結(jié)合形式，既能發(fā)揮良好的導(dǎo)入緩沖作用，也可以充分保障水資源的有效存儲[8]。杭州市雨量豐沛，重現(xiàn)期為一年的24小時(shí)最大降雨量在 53 mm～60 mm，因此適宜種植的植物的耐淹時(shí)間宜為 1 d～3 d。植草溝、植被緩沖帶地被植物，宜選取根系發(fā)達(dá)、葉莖短小、適宜密植的多種宿根草本植物組合。杭州城區(qū)道路適宜選用的木本植物有垂柳、楓楊、水杉、棕櫚、夾竹桃等，可應(yīng)用于生物滯留設(shè)施、植被緩沖帶；草本植物有書帶草、結(jié)縷草、狗牙根等，可應(yīng)用在植草溝、生物滯留設(shè)施中。

3.5 透水鋪裝

透水性鋪裝采用透水性地坪、透水路面、透水陶瓷路面磚、透水混凝土等，主要適用于廣場、停車場、非機(jī)動車道、人行道、車流量較少的道路及其他非重型車輛通過的路段。在場地條件允許的情況下，非機(jī)動車道、地面停車場和消防通道應(yīng)采用透水鋪裝增加雨水自然滲透空間，可滲透地面面積比率不應(yīng)低于40%。

透水磚路面一般用于居住區(qū)、公園的道路步行道，透水混凝土路面用于小區(qū)道路、非機(jī)動車道等，透水瀝青路面可應(yīng)用于杭州快速路或高速公路，嵌草磚一般適用于低流量交通區(qū)域，如宅區(qū)間小路、建筑與小區(qū)人行道等。透水性路面下是經(jīng)特殊處理的沙石層，多空隙的結(jié)構(gòu)使路面的水能迅速下滲入地下泥土。透水鋪裝可以起到保留水分，緩解城市揚(yáng)塵、降低地面平均溫度，減輕城市熱島效應(yīng)等作用。

另外，透水鋪裝可結(jié)合預(yù)制裝配式排水路緣石，作為車行道和人行道透水路面的邊緣排水，透水路面中的雨水可沿著路面橫坡通過橫向雨水孔匯入側(cè)石中的縱向排水槽，最后集中排入雨水井。路緣石也可以設(shè)置豁口，開口寬度應(yīng)滿足進(jìn)水能力要求，一般不小于 45 cm，寬度過窄容易被樹葉、垃圾堵塞。路緣石豁口可以垂直，也可以呈45°，并在進(jìn)水口處堆放卵石以防止土壤沖蝕。

3.6 排水設(shè)計(jì)

城市道路雨水通常匯流時(shí)間短，徑流量大，同時(shí)雨水中懸浮顆粒及油污、重金屬等污染物含量高。通過對杭州市天然降雨水質(zhì)實(shí)測，某些道路徑流污染物濃度較高，管網(wǎng)內(nèi)部污染非常嚴(yán)重，各項(xiàng)指標(biāo)均嚴(yán)重超標(biāo)，而且降雨期間水質(zhì)要劣于非降雨期間，說明降雨對管網(wǎng)水質(zhì)有一定的影響。對于徑流污染問題比較嚴(yán)重的地區(qū)，可以優(yōu)先選用雨水花園、濕式植草溝和植被緩沖帶等LID設(shè)施將雨水截污凈化后，排入城市綠地內(nèi)；對于綠化率低的高密道路，可設(shè)置截污式雨水口截留較大顆粒，減少管道沉積污染。

新建道路可采用環(huán)保型雨水口，設(shè)置在綠化帶內(nèi)，且雨水口高程宜高于綠地而低于路面；有條件場所道路排水可優(yōu)先采用植草溝排放；道路沿線可因地制宜建設(shè)集中式雨水調(diào)蓄設(shè)施、雨水生態(tài)塘或人工濕地，道路雨水可引入其中處理、儲存。對于城區(qū)內(nèi)已建道路低洼積水點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行改造，充分利用周邊現(xiàn)有綠化空間，分散建設(shè)LID設(shè)施，減少匯入低洼區(qū)域的“客水”，立交橋橋面雨水落水管盡量接入綠地，管口應(yīng)鋪設(shè)卵石層消能、散水；在周邊綠化空間較大的情況下，應(yīng)結(jié)合周邊集中綠地、水體、砂石坑、公園、廣場等空間建設(shè)雨水調(diào)蓄、蓄滲設(shè)施。

4 杭州城區(qū)道路海綿建設(shè)實(shí)例

在杭州的一些市政建設(shè)工程中，關(guān)于“海綿城市”理論的應(yīng)用，已經(jīng)逐漸顯現(xiàn)，一個(gè)個(gè)“海綿樣本”正在走進(jìn)市民的生活。

濱江區(qū)“最美跑道”聞濤路，是目前濱江區(qū)已竣工的系統(tǒng)的道路海綿工程。聞濤路位于智慧新天地附近約 3 km路段引入海綿設(shè)計(jì)理論，對道路和周邊地塊的降雨徑流全面進(jìn)行海綿改造。通過在道路外側(cè)綠化帶采用雨水花園、植草溝、透水鋪裝的設(shè)計(jì)方案，讓雨水順著流向下沉綠化帶，成功蓄水，做到了“大雨不濕鞋”，完美解決“水老鼠”隱患。

下沙沿江景觀東區(qū)公園海綿小道上已建設(shè)了約 150 m2的透水路面和一整套雨水收集利用系統(tǒng)。透水路面采用了新型的結(jié)構(gòu)型透水磚做人行道鋪設(shè)，透水效果好，還不易堵塞，后期清理維護(hù)簡單方便。綠地下埋設(shè) 200 m3的PP模塊拼裝式蓄水池、20 m3PP模塊拼裝式清水池、埋地式雨水處理一體機(jī)和自動化控制噴灌系統(tǒng)。PP模塊拼裝的蓄水池施工簡潔、承壓能力強(qiáng)，蓄水效果良好，后期有需要時(shí)還可回收利用。埋地式雨水處理一體機(jī)不需要專門的機(jī)房，與蓄水池、清水池配套使用，凈化處理水質(zhì)效果顯著，出水水質(zhì)經(jīng)檢測達(dá)到國家《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。自動噴灌系統(tǒng)使用已凈化的雨水，用于周邊約 2 500 m2范圍內(nèi)綠地的自動澆灌。該項(xiàng)目自竣工以來已經(jīng)受住了汛期的多次強(qiáng)降雨考驗(yàn)。

拱墅區(qū)密渡橋路位于杭州市中心繁華地段，人車流量較大，采用硅砂濾水石材鋪設(shè)人行道路面，路面下安裝蜂窩式多重結(jié)構(gòu)濾水的儲水結(jié)構(gòu)，并在底部鋪設(shè)透氣防滲砂。雨水經(jīng)過硅砂濾水石材表面下滲，經(jīng)過過濾后儲存在儲水結(jié)構(gòu)中，必要時(shí)可以用于道路沖洗、綠化灌溉、洗車、消防備用水源等。通過采用LID設(shè)施改造，有效節(jié)約了城市排水管道的鋪設(shè)，減少了市政排水管網(wǎng)的壓力及內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)。不僅如此，夏季硅砂濾水石材可使地面降溫10°左右，冬季升溫6°左右，小范圍地緩解了城市熱島效應(yīng)。

5 結(jié) 語

在市政道路設(shè)計(jì)中，透水鋪裝路面作為匯水區(qū)域，景觀綠地作為滯留載體，給排水管網(wǎng)則是主要排水通道。基于海綿城市理念的市政道路設(shè)計(jì)應(yīng)與園林、道路交通、給排水、建筑等專業(yè)相協(xié)調(diào)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的課題。在今后的市政設(shè)計(jì)領(lǐng)域，市政單位需要在海綿城市理論指導(dǎo)下，加強(qiáng)對設(shè)計(jì)工作的深入研究，因地制宜，從而保證設(shè)計(jì)成果更加規(guī)范、合理。

在城市道路景觀綠化設(shè)計(jì)中，一般在道路機(jī)非分隔帶設(shè)置下沉式綠地、植草溝等，在綠化分隔帶設(shè)置生物樹池、生物滯留帶等。同時(shí)，道路綠化帶內(nèi)LID設(shè)施應(yīng)采取必要的防滲措施，防止徑流雨水下滲對道路路面及路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性造成破壞。新建道路應(yīng)結(jié)合紅線內(nèi)外綠地空間、道路縱坡及橫斷面設(shè)計(jì)、市政雨水排放系統(tǒng)布局等，優(yōu)先采用生態(tài)排水。已建道路可通過路緣石改造、增加植草溝、溢流口等方式將道路雨水徑流引到綠地空間，實(shí)現(xiàn)雨水滲、滯、蓄、凈后再排放。

另外，杭州的海綿城市建設(shè)應(yīng)避免大拆大建，盡量減少養(yǎng)護(hù)難度大或養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高的海綿設(shè)施的使用，走精工出細(xì)活的路線，做“錦上添花”的事兒。在生態(tài)承受允許的情況下承擔(dān)海綿功能，達(dá)到景觀與功能的統(tǒng)一。