基于海绵城市理念的城市道路改造设计研究

马玉

（上海市政工程设计研究（总院）集团有限公司，上海市 200092）

0 引言

2016年4月，上海市入选国家第二批海绵城市建设试点城市。试点区域为浦东新区临港地区。临港主城区位于东南沿海，易受台风影响，短历时设计暴雨大于上海主城区。试点区年降雨量均值为1228.1mm，年雨日约134 d，降雨年内分配不均，6～8月为汛期，降雨量较多，约占全年的41.9%。上海市地处长江三角洲前缘河口和杭州湾之间，除表层土壤为人工填土层外，自上而下依次为褐黄色黏土、灰色淤泥质粉质黏土、灰色淤泥质黏土、灰色黏性土、暗绿色黏性土和粉性土。上海临港地区体现了上海地区“三高一低”（地下水位高、土地利用率高、不透水面积高和土壤入渗率低）的特点。

路面径流是城市地表径流的一种，是污染效应最强的部分。路面和雨水口积累的高负荷污染物在降雨时会随着径流冲刷而进入受纳水体，是城市受纳水体的主要污染源之一[1，2]。基于海绵城市理念，必须控制道路径流量和径流污染。

1 工程概况

1.1 工程概况

上海海绵城市建设试点区内某道路海绵化改造示范工程位于临港新城芦潮港社区，改造长度440m，机动车双向2车道，横断面布置为：3.0m（人行道）+14.0 m（机动车道）+3.0 m（人行道）=20.0m（红线宽度）。道路北侧为住宅小区，道路南侧为绿地和河道。

1.2 主要技术标准

（1）年径流总量控制率：根据临港试点区规划要求，该改造道路年径流总量控制率为85%，即32.96mm雨水不外排。

（2）年径流污染控制率：年径流污染控制率为55%。

（3）排水系统标准：5 a一遇不积水，100 a一遇不内涝。

2 海绵城市方案设计

2.1 整体方案

道路海绵化改造平面图和断面图见图1、图2。

图1 道路海绵化改造平面图

图2 道路海绵化改造断面图（单位：m）

根据道路特点及雨水径流方向，确保道路安全的情况下，并与周边绿地或开放空间相衔接，通过源头消减、中途转输、末端调蓄多种手段，采用绿色雨水基础设施和灰色雨水基础设施相结合的海绵改造方案，主要运用透水铺装、雨水花园、旱溪、人工湿地、调蓄池、生态多孔纤维棉调蓄模块等工程措施，通过低影响开发设施使道路雨水径流、面源污染、排水标准满足设计要求。

2.2 雨水花园、旱溪

下沉式道路绿化带能消减路面径流，净化有机污染物，减轻路面污染，节约绿地灌溉用水，补充土壤和地下水资源[3]。

根据现状雨水口的位置，每隔30m在道路南侧红线外绿化带内设计3.0m宽下凹式雨水花园，将道路原雨水箅子封堵，设计盖板沟将道路雨水引入到雨水花园内。雨水花园具有一定的调蓄容积，可以利用植物、微生物、土壤、砾石层的吸收、渗透，净化道路雨水。

雨水花园结构断面见图3。自上而下分别为5 cm厚树皮覆盖、30 cm厚种植土、透水土工布、30 cm厚砾石层、400 g/m2防渗膜。雨水花园内收集的雨水先经过土壤、砾石层下渗，砾石层内设置穿孔盲管收集下渗雨水。超过下渗能力的雨水在雨水花园内进行调蓄，雨水花园设置溢流雨水口，超过雨水花园调蓄容积的雨水通过溢流雨水口排到道路雨水管网系统。

图3 雨水花园断面图（单位：mm）

旱溪适用于小区、公园内道路的周边，晴天作为景观，雨天可以存水。该工程在红线外绿化设计3m宽旱溪（见图4），自上而下结构层分别为30 cm厚卵石层、透水土工布、30 cm砾石层、400 g/m2防渗膜。雨水花园通过旱溪相连接，转输调蓄雨水花园超量雨水。旱溪两侧设置雨水花园和绿化带，既能调蓄、净化道路雨水，又能提升整个道路的景观效果。

图4 旱溪断面图（单位：mm）

2.3 人行道透水铺装

改造道路下土基渗透系数小于10-6cm/s，无法满足全透型道路渗透系数不小于7×10-5cm/s的要求，且临港地区地下水位高，因此，人行道透水铺装采用半透型结构型式。该项目人行道采用透水砖铺面（见图5），自上而下分别为6 cm透水砖、3 cm中粗砂、15 cm再生骨料透水水泥混凝土、15 cm级配碎石。级配碎石下面铺防渗膜防止雨水下渗到路基。级配碎石层设置D N100透水盲管，将透水层下渗雨水导流到现状雨水井内。

图5 透水人行道断面图（单位：mm）

透水人行道铺装可以提高人行舒适性，雨天吸收雨水，减少道路径流，晴天释放水汽，降低路面温度。

2.4 调蓄模块

改造道路北侧无绿化带和红线外绿化，采用绿色海绵设施无法满足规划要求，因此采用调蓄模块来进行径流量控制。调蓄模块结构剖面如图6所示。调蓄模块埋设于透水人行道下方，对原雨水箅子进行封堵。新建环保雨水口和开孔侧石，车行道雨水通过开孔路缘石汇入环保雨水口，再导入到生态多孔调蓄模块中储存，超过调蓄容积的水量通过环保雨水口的溢流口溢流至现状雨水井。

调蓄模块采用生态多孔纤维棉，具有孔隙度大、容重小、吸水率高、承重高的特点。生态多孔纤维棉降水时能自然吸收雨水，将雨水进行储存；晴天时能自然释放雨水，补充土壤和植物水分，起到雨时蓄水、旱时补水的海绵设计效果。

图6 调蓄模块断面图（单位：mm）

2.5 调蓄水池、人工湿地

针对管道沉积物的污染，在排放口附近，结合河岸绿地建设生态处理设施，削减直接入河污染物。在绿地内管网末端设置调蓄水池和人工湿地，对雨水进行调蓄、净化处理，雨水处理后排入河道。雨水通过截流进入到调蓄水池，调蓄池有效容积为100 m3，调蓄池内设置两台水泵，水泵采用太阳能供电，雨水通过水泵提升到人工湿地内进行净化处理。人工湿地采用潜流人工湿地，结构剖面见图7，自上而下分别为30 cm种植土、透水土工布、80 cm沸石层、400 g/m2防渗膜。湿地配水区和出水区设置石笼挡墙。

图7 人工湿地断面图

3 设计指标校核

改造道路海绵设置调蓄量按容积法计算，设施调蓄量见表1。通过海绵化改造，雨水径流控制量达到了282.24m3，满足海绵城市建设85%控制率的指标要求。

表1 海绵设施调蓄量

海绵设施年径流污染去除率见表2。通过海绵化改造，道路年径流污染去除率达到64.8%，满足海绵城市建设55%控制率的指标要求。

表2 年径流污染去除率

4 实际运行效果

为保证建设后达到海绵城市建设要求，对典型海绵设施进行监测。该工程在雨水花园进水口和出水口安装在线流量计，监测雨水花园对径流量的控制率，在人工湿地进水口和出水口安装在线流量计和在线SS测定仪，监测人工湿地对污染物的去除率。

对流量计监测数据进行分析，当降雨量小于32.96mm，雨水花园溢流口无出流流量。对SS测定仪数据分析，正常运行条件下人工湿地对SS具有较高的去除效果，去除率基本在80%以上，冬季受温度和绿化影响，去除率有所降低。

项目改造后现状照片见图8。低影响开发设施在满足雨水调蓄、净化功能的同时也提升了道路的景观效果。

图8 改造后现状照片

5 结语

基于海绵城市理念，在确保道路安全的前提下，将道路与红线外绿地充分衔接，设置低影响开发设施。到目前为止，该道路海绵化改造已经完成，各种低影响开发设施运行正常。通过监测设备校核，海绵城市道路建设能有效消减道路雨水径流、控制初雨面源污染和管网对河道的污染，为临港试点区和其他类似城市海绵城市道路建设提供一定的参考。