發(fā)布時間：2022-03-09所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：針對城市因不透水鋪裝面積過大引起的排水能力不足、城市內(nèi)澇等問題，根據(jù)海綿城市具體建設(shè)要求，依托低影響開發(fā)理論，對城市道路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以探索適用的低影響開發(fā)設(shè)計方案。以浙江紹興某試點區(qū)為例，從道路雨水系統(tǒng)、道路排水與雨水銜接系統(tǒng)及道路路面排水
摘 要：針對城市因不透水鋪裝面積過大引起的排水能力不足、城市內(nèi)澇等問題，根據(jù)海綿城市具體建設(shè)要求，依托低影響開發(fā)理論，對城市道路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以探索適用的低影響開發(fā)設(shè)計方案。以浙江紹興某試點區(qū)為例，從道路雨水系統(tǒng)、道路排水與雨水銜接系統(tǒng)及道路路面排水系統(tǒng) 3 個方面，研究了低影響開發(fā)優(yōu)化設(shè)計理論，并在此基礎(chǔ)上對道路橫斷面、縱斷面以及路基、路面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。探索出的低影響開發(fā)設(shè)計方案，可為類似區(qū)域海綿城市建設(shè)提供參考。
關(guān)鍵詞：海綿城市;低影響開發(fā);道路優(yōu)化設(shè)計;城市道路
0 引 言
隨著現(xiàn)階段不透水鋪裝覆蓋面逐漸擴大，自然水文環(huán)境被嚴(yán)重破壞，高強降雨天氣極易引起城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)崩潰，從而導(dǎo)致內(nèi)澇發(fā)生[1- 3]。海綿城市建設(shè)理念和低影響開發(fā)(LID)理論由此提出。利用土壤及水文自然途徑維護自然水質(zhì)，并通過低影響小規(guī)模措施對徑流雨水進(jìn)行控制，避免內(nèi)澇問題的出現(xiàn)[4- 5]。
國內(nèi)外已針對低影響開發(fā)技術(shù)在城市雨洪優(yōu)化方面展開了諸多研究。王書敏等[6- 7]針對綠色屋頂這一低影響開發(fā)措施進(jìn)行了研究，認(rèn)為綠色屋頂可以有效緩解酸雨，凈化雨水徑流水質(zhì)。馬姍姍等[8- 9] 針對生物滯留池方案的增滲及雨污凈化能力進(jìn)行了研究，認(rèn)為其降低徑流量能力相較平凸綠地有著明顯優(yōu)勢。在與道路相關(guān)的透水鋪裝低影響開發(fā)措施方面也有一定的研究基礎(chǔ)，龔應(yīng)安等[10- 11]主要研究了透水鋪裝對降低徑流、鋪裝增滲方面的能力。趙現(xiàn)勇[12] 則重點考慮了透水鋪裝層的結(jié)構(gòu)設(shè)置對污染物處置能力的影響情況。
綜上所述，現(xiàn)有針對低影響開發(fā)措施的研究主要集中在對徑流污染物的處置及雨水徑流量削減方面，而針對低影響開發(fā)措施在道路設(shè)計方面的應(yīng)用研究仍有著較大空白。本文將依托低影響開發(fā)理論對城市道路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，旨在探索出適用的低影響開發(fā)設(shè)計方案，為海綿城市建設(shè)提供參考依據(jù)。
1 城市道路設(shè)計特征
1.1 試點區(qū)概況
我國部分城市道路、河網(wǎng)交錯密布，本文以浙江紹興某試點區(qū)為例，進(jìn)行城市道路設(shè)計特征分析。該區(qū)水域面積占比為 13.8%，河道占比為 3.1 km/km2 。區(qū)域內(nèi)城市道路總長度為 104.6 km，包含雨水管口 228 個，平均每 458 m 道路設(shè)有一雨水管口，超量徑流雨水采用漫流入江河的方法排除，最大限度降低內(nèi)澇可能性。
該區(qū)分布有大量綠地，其整體布置情況如圖 1 所示。綠地設(shè)置于河道網(wǎng)絡(luò)、道路網(wǎng)絡(luò)之間，按照綠地面積大小可設(shè)計為濱河綠化帶、城市公園等，其空間分布可為道路排水提供便捷條件。
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該試點區(qū)雨水管口分布密度相對較小，卻存在豐富的綠地。以 DHI MIKE 計算軟件模擬評估試點區(qū)的排水能力，發(fā)現(xiàn)：58.36%的管道重現(xiàn)期小于 6 個月， 71.03%的管道重現(xiàn)期小于 24 個月，該試點區(qū)的整體管道排水能力相對較弱。
統(tǒng)計試點區(qū)模擬的內(nèi)澇風(fēng)險：設(shè)置 30 a 一遇的降雨標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)澇風(fēng)險面積達(dá) 35.94 hm2 ，低風(fēng)險、中風(fēng)險及高風(fēng)險面積占比分別為 1.31%、0.54%、0.21%。如果能保證內(nèi)河水位處于安全范圍，則試點區(qū)中心位置不易產(chǎn)生內(nèi)澇狀況。
1.2 城市道路設(shè)計要求
該試點區(qū)除面臨管網(wǎng)排水能力欠缺的問題外，還存在面源污染大的情況。為有效利用試點區(qū)豐富的綠地條件，對城市道路設(shè)計提出以下要求：
(1)因地制宜地利用道路范圍內(nèi)綠地儲排水空間，從徑流直排模式轉(zhuǎn)化為低影響開發(fā)措施綜合利用，增加徑流排水路徑長度，除排水外，增添滲水、蓄水等功能，限制徑流峰值。
(2)充分利用路面橫斷面、縱斷面、路基及路面優(yōu)化設(shè)計，提升城市道路系統(tǒng)排水能力。
2 道路工程低影響開發(fā)措施
結(jié)合城市道路設(shè)計要求，試點區(qū)在道路設(shè)計過程中，充分考慮低影響開發(fā)措施：一是選取徑流控制效果佳的方案，包括透水瀝青路面、透水混凝土路面、透水磚鋪裝及下沉式綠地等單項設(shè)施;二是選取去除徑流污染物較佳的低影響開發(fā)措施，包括植被緩沖帶、植草淺溝等。
3 低影響開發(fā)優(yōu)化設(shè)計理論
3.1 道路雨水低影響開發(fā)系統(tǒng)
傳統(tǒng)道路設(shè)計方法將道路分為不同等級、不同斷面，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合低影響開發(fā)理論，進(jìn)一步劃分道路紅線范圍，即紅線范圍外和紅線范圍內(nèi)。
城市道路設(shè)計中，橫斷面包含機動車道、非機動車道、機非分隔帶、人行道、中央分隔帶等，結(jié)合低影響開發(fā)理論，合理設(shè)置各處徑流分流設(shè)施(見圖 2)，設(shè)置紅線內(nèi)低影響開發(fā)設(shè)施(見表 1)。
紅線外的道路下墊面常見 3 類，即濱河綠化帶、開放綠地以及硬化地面。針對濱河綠化帶的低影響開發(fā)措施有生物滯留帶、植草淺溝等;針對開放綠地的低影響開發(fā)措施有雨水濕地、雨水塘和生物滯留帶等;針對硬化地面的低影響開發(fā)措施有透水混凝土及透水磚等。
3.2 道路排水與雨水銜接系統(tǒng)
綜合利用低影響開發(fā)理論，對坡面坡向、分隔帶位置以及橫斷面型式進(jìn)行空間綜合設(shè)計。為有效銜接道路排水與雨水系統(tǒng)，在設(shè)計過程中引入雨水排水設(shè)施及引流設(shè)施。
(1)雨水排水設(shè)施
雨水排水設(shè)施這一低影響開發(fā)措施，能夠很好地銜接道路排水與雨水系統(tǒng)，常見的手段有溢流雨水口和導(dǎo)流管。
溢流雨水口常和生物滯留池綜合利用，當(dāng)洪峰徑流量超限較多，可實現(xiàn)溢流排水，一般設(shè)置于匯水面最低高度位置，其頂部略低于路面 35~45 mm，同時應(yīng)超出綠地面 55~95 mm。溢流雨水口的排水能力直接決定了其服務(wù)匯水面積，其過流量要在雨水管設(shè)計重現(xiàn)期流量的 2 倍左右，并依照當(dāng)?shù)貎?nèi)澇防治要求進(jìn)行檢核。雨水口要設(shè)置截污設(shè)備，例如截污籃等，防止溢流污染物直接排放到周邊場地。
導(dǎo)流管的主要作用體現(xiàn)在增滲和雨水回收，常與透水鋪裝、植草淺溝、生物滯留池配合使用。導(dǎo)流管的管徑和布置密度應(yīng)大于設(shè)施最大入滲量，可通過計算確定。計算形式應(yīng)視情況分別選取孔口自由出流、孔口淹沒出流兩種計算形式。導(dǎo)流管埋管坡度應(yīng)因地制宜確定，通常坡度大于 0.005。
(2)雨水引流設(shè)施
雨水引流設(shè)施包含側(cè)石進(jìn)水口和機非分隔帶過水設(shè)施。
為確保路面徑流能夠順利排至分隔帶的各項低影響開發(fā)設(shè)施中，要在側(cè)石處設(shè)置進(jìn)水口，其設(shè)置數(shù)量要綜合考慮每個進(jìn)水口的進(jìn)水量及路面匯水量。側(cè)石進(jìn)水口的設(shè)置通常情況下為均勻排列，但當(dāng)?shù)缆方?jīng)過低洼處時可適當(dāng)增加其設(shè)置密度。要保證單個進(jìn)水口具備足夠的寬度，以防被樹葉等物堵塞，從而影響進(jìn)水能力，其具體尺寸設(shè)置可利用堰流公式進(jìn)行計算驗證。
部分機非分隔帶寬度較窄，無法在其中設(shè)置低影響開發(fā)設(shè)施。機動車道徑流雨水需引流至紅線外相關(guān)低影響開發(fā)設(shè)施內(nèi)，機非分隔帶過水設(shè)施由此產(chǎn)生，徑流雨水可通過其穿越。機非分隔帶過水設(shè)施密度同樣需考慮其服務(wù)道路匯水面匯水總量、過水設(shè)施自身的過水能力，通常情況下為均勻排列，但在低洼路段可適當(dāng)增加其設(shè)置密度。其流量計算方法采用明渠均勻流公式。
3.3 道路路面排水系統(tǒng)
城市道路路面綜合排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，需將大排水系統(tǒng)、防洪系統(tǒng)、灌渠排水系統(tǒng)以及低影響開發(fā)系統(tǒng)等綜合調(diào)用，從而最終實現(xiàn)降低城市內(nèi)澇風(fēng)險、阻滯面源徑流污染物等目標(biāo)。大排水系統(tǒng)是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，可以有效解決徑流雨水超流量排放問題，常利用調(diào)蓄設(shè)施和排放管理協(xié)同設(shè)計，從而控制徑流雨水超流量排放。具體的排放措施包含生態(tài)溝渠、路面鋪裝等。3 類大排水系統(tǒng)構(gòu)建類型如圖 4 所示。
4 城市道路優(yōu)化設(shè)計
本文結(jié)合傳統(tǒng)城市道路設(shè)計理念和海綿城市背景下的低影響開發(fā)理念特征，從 4 個方面對城市道路設(shè)計進(jìn)行綜合優(yōu)化。
4.1 橫斷面優(yōu)化設(shè)計
相較于傳統(tǒng)設(shè)計方法，分隔帶寬度設(shè)計除考慮 道路規(guī)范及城市規(guī)劃要求外，還需密切結(jié)合低影響開發(fā)設(shè)施的寬度要求進(jìn)行綜合考慮。
考慮到城市道路景觀設(shè)計，機非分隔帶寬度一般應(yīng)大于 3 m，若其寬度小于 3 m，則無法合理設(shè)置下凹式樹帶。若人行道外側(cè)布有低影響開發(fā)設(shè)施，可通過調(diào)整人行道橫坡排放朝向，引導(dǎo)雨水徑流排入上述低影響開發(fā)設(shè)施內(nèi)，在機動車道和非機動車道間設(shè)置預(yù)埋管件。
4.2 縱斷面優(yōu)化設(shè)計
除了考慮城市道路總體標(biāo)高要求、規(guī)范要求外，道路縱斷面設(shè)計應(yīng)兼顧道路兩側(cè)用地低影響開發(fā)設(shè)施，優(yōu)先利用橫坡、縱坡將路面徑流引入綠地，而城市道路最低處應(yīng)靠近水體。
進(jìn)行縱斷面優(yōu)化設(shè)計時：一要考慮將綠地設(shè)置在局部最低處，實現(xiàn)徑流雨水的分散控制;二要利用城市河網(wǎng)，通過道路豎向系統(tǒng)在近水體處形成低洼點。優(yōu)化設(shè)計如圖 5 所示。
4.3 路基優(yōu)化設(shè)計
基于低影響開發(fā)的城市道路路基優(yōu)化設(shè)計，其重點在于降低地下水沖刷和地表水下滲。浸水部路基填料應(yīng)選取清骨料，設(shè)置碎石層，防止毛細(xì)水上涌。在低影響開發(fā)設(shè)施和道路主體間設(shè)置防水層。防水層與路面的搭接端布設(shè)于側(cè)平石下部，防水層向下延伸長度應(yīng)不小于 50 cm。路基優(yōu)化設(shè)計如圖 6 所示。
4.4 路面優(yōu)化設(shè)計
較為理想的海綿城市建設(shè)理念應(yīng)在道路建設(shè)初期就將各類透水鋪裝路面材料應(yīng)用起來。本文推薦，機動車道可采用透水瀝青路面，非機動車道可采用透水瀝青路面或透水混凝土路面，人行道可采用透水磚鋪裝。
5 結(jié) 語
針對城市因不透水鋪裝面積過大引起的排水能力不足、城市內(nèi)澇等問題，本文提出利用低影響開發(fā)措施，對城市道路進(jìn)行綜合優(yōu)化設(shè)計。在整體道路排水設(shè)計過程中，重點考慮雨水徑流引導(dǎo)，并與常規(guī)道路設(shè)計手段相結(jié)合，對城市道路橫斷面、縱斷面、路基及路面進(jìn)行具體優(yōu)化設(shè)計。探索出的低影響開發(fā)設(shè)計方案，可為海綿城市建設(shè)提供借鑒。——論文作者：魏國容
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