基于海绵城市理念下的城市道路设计

曲直 李宏亮 李曼 战秋锦 薛祥山

（1.北京清控人居环境研究院有限公司，北京 100083；2.新疆交通建设集团股份有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

一、引言

近年来，随着我国城镇化水平的快速发展，市政基础设施水平日趋完善，人民的生活水平不断提高，但城镇化过程中，天然绿地、库塘、湿地等被硬化的不透水地面所替代，天然水文循环被破坏，影响了雨水的截留、渗透和净化，大量污染物积累在不透水地面上，随降雨径流排入城市水体，进而污染水环境。

海绵城市理念提出了有效的城市径流污染控制方案，城市道路作为径流产生的重要节点之一，在设计过程中运用“海绵理念”发挥道路对雨水水量水质的控制，实现对雨水的吸附、渗透、净化，控制道路径流污染，保护城市水环境。

二、项目简介

迁安位于河北省东北部，地处燕山南麓，滦河岸边，属北方半山区县级市。2015年通过竞争性评审，成为全国首批14个海绵城市建设试点之一，海绵城市试点建设区域位于迁安市中心地带，面积21.5km2，阜安大路作为试点区域重要的城市主干道路，红线宽度40m，其中机动车道、非机动车道宽21m，两侧绿化带宽10m，人行道宽9m，通过对阜安大路进行海绵改造，实现对道路雨水径流的控制和面源污染的削减。

三、城市道路雨水径流污染特征

城市径流污染控制是海绵城市建设的关键指标，但受城市发展程度、区域环境特征等多因素影响，不同区域径流污染物的排放特征有所不同。特别是城市道路，是面源污染产生量较大的区域，在自然降雨难以捕捉的情况下通过人工降雨实验的方式，掌握迁安城市道路雨水径流污染特征及污染物之间的关系，为道路的海绵设计提供依据。

（一）人工降雨试验方案

通过人工降雨设备，对迁安市典型道路下垫面实施不同重现期（1年一遇、2年一遇、3年一遇）条件下的人工模拟降雨试验，获取径流水量及水质数据，分析道路径流污染物特征及径流污染控制与年径流总量控制关系。人工降雨试验方案如图1所示。

图2 径流SS污染物瞬时浓度变化图

（二）试验结果

通过人工降雨试验，对迁安道路在降雨过程中的径流污染物产生规律进行分析，在研究指标上，由于城市径流污染物中，SS（固体悬浮物）往往与其他污染物指标具有一定的相关性，一般可采用SS作为径流污染物控制指标。试验在降雨量约5mm时，污染物浓度达到峰值。此后，随着降雨过程持续，污染物浓度逐渐降低，并于降雨量达到10mm～15mm时达到平稳状态。后续随着降雨量持续增加，径流中污染物浓度基本不产生较大变化。

径流SS污染物瞬时浓度变化图如图2所示。试验结果表明，降雨初期径流污染物浓度较高，而后逐渐降低并最终趋于稳定。因此，有效控制污染物浓度较高的初期降雨有利于径流污染控制目标的实现。对于迁安市来说，控制20mm的降雨量即可实现50%以上的SS削减率，对应的年径流总量控制率为65%。

四、海绵城市理念下的城市道路设计

（一）设计目标

通过对阜安大路开展海绵设计，削减道路径流污染（以SS计）50%。

（二）设计理念

通过阜安大路的海绵设计，改变传统道路雨水快排路径，雨水首先进入道路绿化带内设置植草沟、下凹式绿地、生物滞留带、小型回用水池内进行截留、下渗、净化、回用，多余雨水通过设置的溢流口进入市政管网，通过海绵设计有效减轻市政管网的排水压力，同时削减道路的径流污染。

（三）海绵设计

图3 阜安大路雨水径流控制路径图

图4 阜安大路海绵设计断面示意图

图5 阜安大路海绵设计流程图

阜安大路的海绵设计，主要包括透水铺装、植草沟、下沉式绿地、生物滞留设施。

透水铺装：主要用于人行道，增加路面的透水率，削减径流产生。人行道透水铺装，如图6所示。

植草沟：结合地形，设置在道路不透水路面的两边，与生物滞留带、雨水花园等绿色设施相连接，疏导、净化径流。植草沟如图7所示。

图6 人行道透水铺装示意图

图7 植草沟示意图

图8 生物滞留设施示意图

图9 迁安市年径流控制总量与设计雨量关系图

生物滞留设施：设置在较大的绿地空间和植草沟出水口位置，设施内设有大量具有净化功能的植物，利用其吸附能力净化雨水径流，削减道路的径流污染。生物滞留设施如图8所示。

（四）目标核算

参考人工降雨试验结果，通过计算阜安大路经过海绵设计后的年径流总量控制率的效果，核实道路径流污染（以SS计）是否达标。阜安大路总面积为227160m2，车行道面积148944m2，透水铺装面积31903m2，步道面积8864m2，绿化带面积37449m2（绿化带中有14700m2改造为生物滞留设施）。

根据容积法计算阜安大路经过海绵设计后的年径流总量控制率，由于透水铺装和植草沟只承担雨水的削减和转输，因此阜安大路经海绵改造后的雨水调蓄容积以生物滞留设施为基础按照下式进行计算：

V=S×h

式中：V-调蓄容积，S-生物滞留实施面积，h-生物滞留设施平均深度

经计算生物滞留设施可达到的雨水调蓄容积为3675m3。

按照下式计算，阜安大路经海绵改造后可控制的降雨量：

V=10HφF

式中：V-调蓄容积，H-降雨量，φ-综合雨量径流系数，F-汇水面积

迁安市年径流控制总量与设计雨量关系如图9所示。根据阜安大路车行道、透水铺装、步行道、绿化面积比例关系，综合雨量径流系数φ取值0.694，汇水面积F取值227160m2，经计算阜安大路经海绵改造后可控制的降雨量为23.3mm，根据迁安年径流总量控制率和降雨量直接的关系，阜安大路经海绵改造后可达到69.4%的年径流总量控制率，可以达到50%以上的道路面源污染物削减效果。

五、结语

径流污染控制是海绵城市建设过程中的一项重要指标，而城市道路是径流污染产生的主要区域之一，因此在进行道路设计的时候，应根据城市所在区域的道路雨水径流污染特征，开展相应的海绵设计，以期达到海绵城市的建设要求。