海绵城市市政道路低影响开发(LID)的设计及应用

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1 低影响开发与海绵城市

海绵城市是指在城市开发建设中采用源头削减、中途转输、末端调蓄等手段, 通过渗、滞、蓄、净、用、排等多种技术, 提高对径流雨水的渗透、调蓄、净化、利用和排放, 维持或恢复城市的“海绵”功能。

在城市建设过程中, 对于独立的市政道路项目来说, LID是海绵化的重要途径。其主要以对城市生态环境影响最低的开发建设理念, 合理控制开发强度, 在城市中保留足够的生态绿地, 控制城市不透水面积比例。同时, 根据需求适当开挖河湖沟渠, 增加水域面积, 促进雨水的积存、渗透和净化。

2 西北地区海绵城市市政道路低影响开发设计思路

2014年10月, 住建部印发的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建 (试行) 》中提出年径流总量控制率的概念, 并作为海绵城市试点考核的主要目标。目前, 各主要城市已相继编制海绵城市专项规划, 明确年径流总量控制率等目标并进行地块源头指标分解。

2.1 海绵城市设计三个环节

2.1.1 源头控制系统

雨水根据道路纵、横坡度, 排向侧分带, 通过路牙开口进入传输型草沟、生态滞留草沟、雨水花园等源头分散的LID设施, 经生物吸附、下渗、滞、蓄, 达到源头径流量的控制。

2.1.2 雨水管网转输系统

LID设施内分段设置溢流雨水口, 超过径流量控制的雨水溢流进入市政管网系统。现阶段, 海绵城市建设主要以解决城市问题 (积水、热岛、生态) 为主, 市政排水管网系统规模与LID设施并不是此消彼长的关系。但海绵城市的远期效果将对传统城市雨水管网的建设规模有一定的抑制作用。

2.1.3 超标雨水防涝系统

在下游雨水系统通畅的情况下, 50年一遇暴雨时, 在内涝风险较大处 (附近绿地空间) 设置调节塘调蓄、错峰;同时在调节塘内设置放空管接入附近雨水检查井, 在降雨量减小时, 通过雨水管道系统将涝水排走。

2.2 竖向设计

海绵城市建设是为了最大程度实现城市雨水的积存、渗透和净化, 项目所处的区域、项目与LID设施、各类LID设施之间有一定的竖向关系, 这种关系与雨水的组织密不可分, 设计时必须精细化, 以保证项目落地后设施的功能及效果。

2.2.1 区域竖向

海绵城市设计前期需根据专项规划的汇水分区, 分析道路在汇水分区内的竖向及雨水管网配套情况, 掌握项目本身应承担的汇水量及各项规划指标。

2.2.2 项目竖向

纵向上应关注的竖向:纵坡凹点、区域凹点、道路交叉口、单位出入口;横向上应关注的竖向:中央分隔带、机动车道、侧分带、溢流井、人行道、红线外绿地、相邻建筑地块。

2.2.3 设施竖向

衔接好雨水截污池与草沟、草沟与路面、草沟与溢流井、溢流井口与路面、路面与调节塘、透水人行道与绿地之间的关系。

2.3 建模分析

利用SWMM建立雨洪模拟模型, 综合考虑地块下垫面、管网、下游河湖等基础情况, 能够分析项目在区域内的雨洪风险点, 为超标雨水提供解决思路。一般通过容积法和模型模拟均能确定设施规模, 但容积法无法表达雨水径流组织路径, 因此, 采用模型更能有效地评估海绵城市建设项目的水文效应, 从而为整个设计提供技术指导。

3 LID措施在市政道路海绵化设计中的选择

《指南》提出, 城市道路径流雨水应通过有组织的汇流与转输, 经截污等预处理后引入道路红线内、外绿地内, 并通过设置在绿地内的以雨水渗透、储存、调节等为主要功能的低影响开发设施进行处理。低影响开发设施的选择应因地制宜、经济有效、方便易行。

海绵城市建设过程中, 市政道路一般不再设置传统雨水篦, 雨水通过路牙开口进入机非分隔带中的LID设施, 净化、下渗、滞蓄, 过量雨水进入溢流井。适用于市政道路的主要LID设施一般包括:雨水截污池、传输型草沟、生态滞留草沟、雨水花园、下凹式绿地和渗井等。

4 案例-沣西新城康定路海绵化改造设计

在市政道路的低影响开发设计过程中, 对项目本身及周边客水汇入进行统筹考虑。应注意雨水入渗设施渗透至土壤中雨水的疏排水问题, 以防对路基造成损坏;此外, 还需考虑道路大排水系统的设计以应对超标降雨, 可通过局部地形调整或设置雨水连接管将超标雨水引入周边绿地、广场等空间进行调蓄。

以西咸新区沣西新城康定路低影响开发设计为例。本工程按85%径流总量控制率设计, 对应设计降水量为19.2mm。

康定路下垫面类型包括沥青路面、硬质人行道和自行车道铺装、绿地三类, 确定综合雨量径流系数时, 可参考《指南》中系数取值。

康定路海绵改造内容包括机非分隔带的LID及其附属设施以及利用红线外绿地构建的雨洪调蓄设施。

康定路所在区域原状土壤渗透性能较差, 影响LID设施渗滞蓄功能发挥, 如何对原状土进行改良, 系统提升其透水、保水 (基于景观植物生长需要) 及截污净化 (基于面源污染控制) 等综合性能成为首要解决的问题;另一方面, 区域地质属非自重湿陷性黄土Ⅰ级, 浸水发生结构破坏、承载能力骤然下降、发生显著变形的风险依旧很大, 开展道路低影响开发设计时, 处理好雨水下渗和道路基础结构安全的关系十分重要。

在康定路海绵改造设计时, 一方面对于现状土壤渗透率不良的情况, 采取土壤换填措施, 应用既能保证渗透, 又能保水的介质在纵向低凹点来代替原状土壤;另一方面对换填区域的路基进行保护, 主要采用15-20cm厚的钢筋混凝土挡墙来支撑路基结构, 挡墙的深度超过路基结构底以下约50cm。

根据康定路纵坡相对高点和低点, 划分出5个汇水分区, 根据下垫面, 按照图1方法情况对每个分区进行分析计算, 并核算达标情况。

康定路海绵改造设计技术流程:将机非分隔带道路竖向低点处改造为生态滞留草沟, 做土壤换填, 提高土壤下渗能力, 前后设置为传输型草沟。对侧路缘石进行开口, 机动车道和非机动车道雨水经路缘石豁口进入预处理设施 (拦污槽) , 之后进入生态草沟内传输、调蓄、净化和下渗, 超出生态草沟容纳能力的雨水经设置在草沟内的溢流口排入市政雨水管网。同时, 生态滞留草沟能够下渗、净化雨水, 由设施底部穿孔管收集至溢流口, 与大雨产生的径流一起传输至雨水管网。将人行道改造为透水砖铺装, 横坡坡向路外绿地, 在低点位置下卧改造, 将超管网负荷雨水导入路外绿地的雨水调节塘, 进行调蓄和错峰。

康定路通过LID设施的源头径流削减和调蓄, 控制峰值径流排放速率, 在不对现有管网彻底改造的前提下, 提高雨水管道应对降雨的重现期;利用现有条件, 营造大排水系统, 解决超标 (超管网负荷) 雨水排放出路。

5 总结

经过多年发展, 传统市政道路设计模式却越来越”僵化“, 不能满足城市居民更高层次的生活质量环境需求。海绵城市是城市能够像海绵一样在应对雨洪自然事件时, 城市本身会具有一定的弹性。海绵城市设计, 是打破传统设计思路, 不仅仅要考虑项目自身的低影响开发, 还必须与周边项目或地块的竖向充分衔接, 以保证雨水组织的系统性和科学性, 为日益突出的水资源短缺、水环境恶化、水安全威胁、水生态破坏等问题, 提供有效的解决途径。

摘要：本文从海绵城市低影响开发设计的角度重点论述了海绵城市建设过程中, 市政道路LID设计的思路、LID设施的选择、典型改造设计案例, 同时, 结合已实施项目的实际落地情况, 指出海绵与传统设计的差异性, 提出一系列需要深入研究的问题, 对黄土地区市政道路海绵化设计具有较强的参考意义。

关键词：海绵城市,市政道路,低影响开发