海綿城市模式的市政道路排水優化設計

　　市政道路的排水系統是城市基礎建設的組成部分，它對于車輛行駛、人員來往的交通安全、城市的環保和城市的防洪排澇等有著非常重要的作用，海綿城市理念的發展順應了道路排水優化的需要。本文首先綜述了海綿城市的意義，分析了市政道路給排水的特點，隨后對于市政道路給排水的優化設計方案進行了詳細的分析和探討。

　　城市道路在交通運輸及其國家經濟社會發展中發揮著不可替代的基礎作用，隨著社會的進步和經濟水平的提高，人們對市政道路建設的要求不斷提高。但是，城市道路在使用的過程中受各種自然社會條件的影響，特別是雨水的侵蝕，路面如果積水嚴重，會阻礙到車輛的正常通行，導致車輛出現液面滑移的現象，嚴重影響交通安全。同時，道路路面的長期積水會對路基產生侵蝕，造成路基局部損壞，影響路基的整體強度和穩定性。因此，在市政道路上一般都需要采取有效的排水措施，使得路基路面都能處于干燥的狀態下，以確保道路結構強度及穩定性，延長其使用壽命。鑒于市政道路排水措施的重要，所以，市政道路排水的合理優化設計，具有十分重要的意義。

　　海綿城市與市政道路排水的內涵

　　1海綿城市內涵

　　海綿城市的本質是改變傳統城市建設理念，實現與資源環境的協調發展為了實現城鎮化與自然資源環境的協調發展。為了保護城市水生態系統，減少雨水災害，開發雨水資源，海綿城市建設（又稱為低影響開發，LID）作為新的城市建設理念被提出來[1]。海綿城市能夠像一塊海綿一樣，將雨水吸收儲存，對其循環利用，并降低初期大流量雨水徑流的污染，面對自然災害和環境變化時能夠彈性適應。海綿城市建設將傳統的“快排”模式轉變為“滲、滯、蓄、凈、用、排”的有機結合，最大程度上減少城鎮化發展建設給原自然水文特征和水生態環境帶來的負面影響，從而實現對雨水的自然積存、自然滲透、自然凈化[2]。

　　2市政道路排水內涵

　　市政道路排水工程設計主要指建設在市政道路上用于收集、輸送排放城市雨水、污水的城市排水設施（排水管網及其附屬構筑物）的設計。

　　城市道路排水設計作為市政排水規劃的重要實現目標而言，是一項關鍵性的系統工程，實施該項工作的主要目的是：將市政道路排水收集以及輸送、凈化、利用、排放等環節的內容有機地統一起來，并協調運作，使得在市政道路排水工程建設中，能夠充分實現資源的有效利用以及能源的有效利用，讓市政排水取得了較好的投資效果和合理的城市排水規模。[3]

　　市政道路排水設計優化設計

　　1道路生態排水

　　按功能分類

　　道路生態排水措施的根據功能進行分類，主要有以下幾類：收集利用、攔截、過濾、滲透、凈化、調蓄、滯留、蒸發等。其中：以收集利用為主要功能的包括生態水窖等；以攔截為主要功能的包括生態型雨水口、沉泥井等；以過濾、滲透為主要功能的包括生態透水路面、生態植草溝、土壤濾池、滲透管（溝）等；以調蓄、滯留為主要功能的包括雨水花壇、生態植草溝、雨水調蓄池、生態滯留塘、下凹式城市綠地等。道路生態排水措施功能并非單一不變，如生態植草溝，溝內表層植物可起到雜物攔截和吸附作用，溝體可起到調蓄、滯留的作用，而溝的結構層由多種濾層組成，又可起到過濾、滲透、凈化等作用。因此，道路生態排水措施通常是各種功能的組合體。

　　按空間布局分類

　　道路生態排水措施無論采用何種方式，都需圍繞著道路進行設計和實施，從空間布局上看，道路生態排水措施可分為點、線、面三類。

　　1.點式道路生態排水措施

　　點式道路生態排水措施呈點狀、分散式布置，一般在道路路網或排水管網中的某個節點上對道路徑流進行集中攔截、收集和處理。通常所謂的源頭控制和末端處理都是以點的方式開始和結束。目前應用較為廣泛的點式道路生態排水措施包括生態雨水口、具有沉泥功能的排水構筑物、雨水花壇、多功能調蓄池等。

　　2.線式道路生態排水措施

　　道路是以系統網格、線型的方式表現在城市布局中，其路面徑流排放的形式也是由點到線及面逐漸匯集的過程，而為了解決徑流污染和雨水利用問題，過程控制十分重要。線式道路生態排水措施則是過程控制的典型手段。線式道路生態排水措施結合道路斷面及線型布置，一般包括生態植草溝、生態過濾管（槽）、生態護坡、綠化緩沖帶等。

　　3.面式道路生態排水措施

　　降雨開始、持續至道路徑流形成的過程是一個雨水面式匯集的過程，因此采用適當的面式道路生態排水措施更能有效減少徑流污染。典型的面式道路生態排水措施包括生態透水路面等。

　　道路生態排水建設意義

　　按照海綿城市下低影響開發（LID）的原則，無論采用何種工程或非工程的措施，都應強調通過生態功能來維持開發前原有的水文條件，控制徑流污染，減少污染排放，實現開發區域可持續水循環的目的。隨著對道路排水研究的不斷深入，節能、生態、環保逐漸成為城市道路排水的發展方向。道路生態排水措施種類和應用形式多種多樣，使用地點、適用條件也各有不同，因此可從不同角度進行分類、歸納和匯總，但無論如何分類，對道路排水措施而言，只要其能夠實現污染物的削減及對雨水資源的利用，體現BMP 和LID 理念，即可賦予其生態的涵義。道路生態排水措施具體的表現形式不同，但都體現了削減污染物、保護水環境的生態理念，是城市道路排水的發展趨勢。道路生態排水技術的日益成熟是工程應用和推廣的前提和保證，城市管理部門應結合相關成功案例，根據工程自身特點合理選擇相對應的生態排水措施。[4]

　　2下凹式綠化帶

　　市政道路下凹式綠化帶建設形式及原理

　　常規市政道路的兩側綠化帶和中央分隔帶均高于道路斷面，此種形式可以有效地防止車輛意外駛離道路，但是綠化帶無法匯集道路雨水，雨水只能通過雨水口直接匯入雨水管道中，加大了雨水管道的排水負擔，并未實現雨水的充分利用[5]。下凹式綠化帶即將橫斷面方向的綠化帶設計為可以存積水的下凹式斷面，使雨水通過綠化帶過濾后以溢流的方式進入雨水利用系統，雨水口布設于下凹式綠化帶內，較綠化帶地面高出3~5cm，而綠化帶內綠地地面的高程較兩側路面低5~10cm，綠化帶兩側的路緣石應當每隔一段距離設置雨水的流入孔便于雨水流入綠化帶中。此外，為了減輕雨水的下滲對周邊道路結構層帶來的不利影響，可以在綠化帶的底層及其兩側鋪設防水土工材料。

　　下凹式綠化帶工作原理為：降雨后路面雨水通過道路橫坡向綠化帶匯集，從綠化帶兩側路緣石中的流入孔流入綠化帶內，匯集進入綠化帶內的雨水一部分在綠化帶的表層土壤內得到下滲，無法下滲的部分則匯入綠化帶內的雨水口中，而匯入雨水口中的雨水一部分繼續通過井底的打孔滲透管向底層土壤中入滲，最后無法實現滲透的雨水從雨水連接管溢出排入城市排水管道中排入下游。具體結構圖見圖1。

　　道路下凹式綠化帶重要作用

　　1.增加地下水資源

　　地下水資源持續減少是我國很多城市面臨的嚴峻問題。城市地表硬化減少地下水來源是地下水資源減少的重要因素。而下凹式綠化帶可以有效強化雨水的滲透作用，補充城市地下水資源。我們對各種條件下下凹式綠地雨水入滲量進行試驗，從試驗結果（表1）可以看出下凹式綠化帶對于補充地下水作用明顯，綠化帶面積比例為20%時，在暴雨重現期為2年的條件下，在下凹式綠化帶的滲蓄作用下70%以上的雨水可進行下滲。按常規城市規模進行計算，采用下凹式綠化帶每年可增加數億噸地下水資源，可以有效緩解城市地下水資源急劇減少的危機。

　　2.減少洪澇災害

　　自然狀態下降雨量的85%以上可由地表入滲和自然蒸發，而產生徑流的不足總降雨量的15%。而在城市中，由于硬化地面比例較高，降雨量僅有40%左右入滲和蒸發，徑流量達總降

　　雨量的60%左右，是自然狀態下的4倍左右，因此隨著城市化的不斷進展城市內澇災害也日趨嚴重。下凹式綠化帶減少城市洪澇災害的作用主要從兩個方面體現：一方面是通過下凹式綠化帶的滲蓄作用可以減少匯集進入管網的總量，減小下游排水壓力；另一方面作為下凹式綠化帶的蓄水功能對于洪峰的削減具有較大作用，通過攔蓄作用延緩部分雨水的匯流時間，使洪水過程更加平緩，減輕防洪壓力。下凹式綠化帶在城市防洪方面的作用對于減少城市防護設施建設投資、降低排水系統造價方面具有重要意義。

　　3.控制初期雨水污染

　　除了城市內澇災害，城市初期雨水的污染問題也是困擾城市居民生活、威脅城市生態環境的重要問題。下凹式綠化帶通過其滲蓄作用可有效截留初期雨水，切斷初期雨水污染下游城市水體的途徑。此外，城市下凹式綠化帶的滲蓄過程也是土壤對雨水進行過濾的過程，雨水在不斷下滲的過程中其中大量的污染物經過土壤及其上方植物的過濾被截留在土壤中，截留下來的污染物后期被綠化帶植物逐步降解，另一方面這些污染物也成為綠化帶內植物生長的肥料，促進了植物的生長。下凹式綠化帶一方面有效緩解了初期雨水污染問題，減少了初期雨水污染處理的資源消耗；另一方面截留下來的有機肥料對于綠化帶內植物的生長也有促進作用，減少了綠化帶的養護成本。

　　4.其他效果

　　下凹式綠化帶蓄留的雨水在晴天時通過蒸發作用以及植物的蒸騰作用可以在道路區域內產生較強的上升氣流，增加市政道路內空氣的流動性，調節區域氣候，強化區域內空氣污染物的擴散作用；通過下凹式綠化帶入滲的雨水可以增加區域內土壤中的含水量，節約道路綠化灌溉用水。[6]

　　道路下凹式綠化帶建設意義

　　市政道路下凹式綠化帶其實是城市下凹式綠地的一種形式，城市下凹式綠地作為一種生態的城市雨水利用技術在城市小區和廣場中已有較多應用，并且在減輕城市內澇災害、改善城市生態環境方面取得了良好的應用效果[7]。而道路綠化帶作為城市綠地的重要組成部分，下凹式綠化帶的應用在不增加市政道路建設用地的條件下，對于削減暴雨洪峰流量、減少洪澇災害發生的頻率、減輕城市初期雨水污染、增加城市地下水資源、調節城市區域氣候、節約綠化灌溉用水等也具有非常積極的作用，其在市政道路的建設中具有廣闊的應用前景。當然下凹式綠化帶的滲蓄作用對于道路長期的結構穩定性的影響也是需要考慮的重要因素，需要進行更深入的研究與探討，并據此對下凹式綠化帶進行不斷的優化改進。

　　市政道路透水性鋪裝

　　透水性鋪裝的背景

　　隨著城市化發展速度的加快，街道、廣場、小區的路面正在逐步被混凝土、石材、瓷磚等封閉性阻水材料所覆蓋，部分地區的不透水鋪裝覆蓋率已超過80%[8]，地面透水能力受到顯著削弱，引發了熱島效應、城市內澇等諸多嚴重的城市問題。為了緩解不透水路面帶來的各種不良后果，各國均積極發展透水性鋪裝并進行了廣泛的研究與應用。“滲水”是海綿城市的基礎功能之一，而傳統城市的硬質路面一般采用非透水性鋪裝材料，透水性鋪裝材料的引入是發揮海綿城市滲透功能的不二選擇。此外，透水性材料本身的綠色材料屬性，更是與當下“十三五”規劃建議中的“綠色發展”不謀而合。推廣和使用透水性材料，將會給海綿城市建設帶來巨大的經濟和生態效益。

　　透水性鋪裝材料的類型

　　1.透水性混凝土材料

　　透水性混凝土材料分為透水性水泥混凝土和透水性瀝青。透水性水泥混凝土是采用水泥、水、膠結材料，并摻配一定骨料所配置的，具有一定空隙率的混合材料。其制作成本較低，過程也較為簡單，因此有著比較廣泛的工程應用。此外，透水性水泥混凝土還可以通過特殊工藝預制為路面磚等透水性混凝土制品，然后再作為鋪裝進行鋪設。在考慮景觀效果的基礎上，也可在透水性水泥混凝土的制作過程中拌入顏料，以呈現出不同顏色。透水性瀝青一般在使用中要與混合料配合使用，所以其制成的鋪裝被稱為透水性瀝青混合料鋪裝。由于其強度要高于透水性水泥混凝土材料，所以在市政道路建設的應用要更為廣泛，是透水性材料的主角。在景觀有需求時，同樣可以加入顏料，用以鋪設彩色瀝青路面。透水性混凝土材料的透水原理是其內部的多孔隙結構，長期使用中易受砂石、塵土的影響，需要定期用高壓清洗車進行保養。

　　2.陶瓷透水磚

　　目前，常見的透水磚從材質和工藝上大致可分為兩類，即陶瓷透水磚及非陶瓷透水磚。其根本區別在于陶瓷透水磚是燒制而成，而非陶瓷透水磚則是通過粘結劑固化而成，其中就包括上文提到的透水性混凝土路面磚。陶瓷透水磚是以固體工業廢料、建筑垃圾、廢玻璃、生活垃圾等材料經過粉碎、成型，而后高溫燒制而成。陶瓷透水磚具有高透水性、高孔隙率、高抗壓、裝飾效果好等優點，但需要配合柔性基層使用，一般只用于人行道路的鋪裝。

　　3.自然型透水材料

　　傳統園林采用的方磚、卵石、木料、嵌草鋪地等透水性鋪裝，都屬于自然型透水材料的范疇。現代城市在景觀設置時仍會大量采用這樣的透水性材料，如卵石路的應用和日本枯山水意象的景觀布置等。而通過防腐處理的木制鋪裝也被大量應用于現代親水空間的設計，有著良好的生態和美學效果。

　　透水性新材料

　　石米地毯和沙基透水磚是近年來出現的透水性新材料。其中沙基透水磚也被成為“生態砂基透水磚”，其通過破壞水的表張力來形成其透水性，避免了多孔結構易受堵塞而影響透水性的弊端，其在世博會、奧運村的建設中都有使用。石米地毯更為生態，以多纖維樹脂粘合天然卵石形成透水性鋪裝，其景觀效果豐富且維護成本低。[9]

　　透水性鋪裝的生態功能

　　與非透水性鋪裝相比，透水性鋪裝可以與綠地、水體共同發揮良好的環境綜合效益，有著豐富的生態功能[10]。

　　1.雨水可以迅速下滲至城市土壤中，還原為地下水，在減少地面徑流的同時，使城市下墊面可以與大氣進行直接的水、氣交換。此外，由于地表徑流的減小，其攜帶地面污染物的能力也隨之減少，從而降低了對自然水體污染的機會。

　　2.由于透水性鋪裝良好的通透性，其表面的溫度與濕度要比非透水性鋪裝更為均衡，即在高溫季節，市政透水路面要更為涼爽；而干燥季節其表面要更為濕潤，這在一定程度上起到了降溫加濕的作用。

　　3.透水性鋪裝還能起到吸收噪音、減少反射的作用。透水性材料中多孔隙的結構使其能吸收聲波，而路面積水的及時下滲也避免了其反光對行人車輛造成的干擾。

　　結語

　　市政道路排水系統設計由于對市政道路的功能、使用壽命和道路通行能力、交通安全有直接而重要的影響，因此，在進行道路排水系統的設計時，要充分考慮道路路面、人行道和綠化帶等的排水設計。市政道路排水設計應該在海綿城市理念的指導下優化設計，以尋求最科學、合理、經濟的方案，合理安排排水設施，通過排水系統盡快將路面的積水排除出去，確保路面保持暢通，延長城市道路的使用壽命。