顏偉康，朱曙光，2，李 云，杜海濤，江 云，歐陽匡中

（1.安徽建筑大學環(huán)境與能源工程學院，合肥 230601；2.安徽省綠色建筑先進技術研究院，合肥 230601）

海綿城市技術在池州市齊山大道工程建設中的應用

顏偉康1，朱曙光1，2，李 云1，杜海濤1，江 云1，歐陽匡中1

（1.安徽建筑大學環(huán)境與能源工程學院，合肥 230601；2.安徽省綠色建筑先進技術研究院，合肥 230601）

針對國內城市洪澇災害頻發(fā)而城市水資源又相對缺乏的現狀，城市排水系統(tǒng)建設逐漸融合了海綿城市理念，提出了自然積存、自然滲透、自然凈化的要求。本文以安徽省池州市齊山大道南段海綿城市建設項目為例，研究在道路建設領域海綿城市建設的技術方案，通過實施雨水源頭、客水、末端和大排水綜合控制方案，選擇適宜的海綿城市工程技術手段，實現水資源保護、城市內澇、水污染控制的綜合目標。

海綿城市；池州；齊山大道；低影響開發(fā)；雨水管理

0　引　言

我國城市化進程不斷加速，一方面使城市的基礎設施得到有效完善，另一方面也造成了城市過度硬化，導致自然積存、自然滲透、自然凈化能力不足的現象。城市暴雨易導致地表徑流急劇增大，形成城市內澇，造成嚴重的經濟損失。與雨洪形成反差的是城市地下生態(tài)補水能力嚴重不足，加劇了水資源短缺。現有的城市排水系統(tǒng)制約了城市的可持續(xù)發(fā)展，因此海綿城市發(fā)展模式成為了優(yōu)選模式。

海綿城市（Sponge city），就是讓城市排水系統(tǒng)像海綿一樣，對環(huán)境變化具有極強的適應能力同時對自然災害有較強的應對能力。生態(tài)優(yōu)先是建設海綿城市的基本原則，通過自然和人工途徑相輔助，實現雨水的滲透、存儲、凈化，達到保護生態(tài)環(huán)境的效果，同時又能保證城市的防洪排澇設施正常運行［1］。

國外城市雨洪管理與實踐較早，并已形成較為成熟的體系，如最佳管理措施（Best Management Practices,BMPs）、低影響開發(fā)（Low-Impact Development,LID）、綠色基礎設施（Green Stormwater Infrastructure, GSI）等，可持續(xù)城市排水系統(tǒng)（Sustainable Urban Drainage Systems, SUDS）、水敏感性城市設計（Water Sensitive Urban Design, WSUD）等［2］。

在國內雨洪管理實踐中，國務院連續(xù)出臺了《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》、《關于加強城市基礎設施建設的意見》、《城鎮(zhèn)排水與污水處理條例》等重要法規(guī)政策［3］。2013 年12月，中央城鎮(zhèn)化工作會議著重強調了“海綿城市”的理念。2014年11月，住建部發(fā)布了《海綿城市技術指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》。2015年4月和2016年4月住建部公布了國家第一批和第二批試點海綿城市入選名單，并在政策和資金上分別予以支持。

本文通過安徽省池州市齊山大道海綿城市建設項目，研究探索適用于安徽南部道路項目的海綿城市建設方案，為我國海綿城市建設提供案例參考。

1　項目基本概況

1.1項目概況

安徽省池州市是國家第一批試點海綿城市，是國家第一個生態(tài)經濟示范區(qū)，位于安徽省南部，地處東經116°38′-108°5′，北緯29°33′-30°51′，是長江南岸重要的濱江港口城市，境內有三大水系十條河流，年平均氣溫16.5 ℃，年降水量1400-2200 mm，降雨集中在7-10月。

齊山大道為池州市出入口門戶大道，也是城市交通主干道。齊山大道海綿城市綜合改造項目北起凌陽大道，南至高速轉盤，全場2.3 km，道路紅線60 m，如圖1所示。道路西北部臨近齊山湖，東北部為住宅空地，中部為新建商業(yè)住宅，南部為鐵路、建材市場。齊山大道兩側生態(tài)本底條件良好，而道路路面排水狀況不佳，易形成內澇積水，影響交通組織安全。因此，運用海綿城市建設理念對齊山大道進行改造有良好的示范意義。

圖1　齊山大道項目平面示意圖

1.2建設條件分析

池州市是皖南城市，地表水資源較豐富，地表水是城市用水水源，城市周邊水體水質良好，局部有輕度污染。池州屬于典型皖南丘陵地形，存在水土流失、滑坡山洪、生態(tài)敏感度高等情況。通過海綿城市技術應用，需要著重結合區(qū)域特點。

1.2.1項目建設優(yōu)勢

齊山大道兩側自然本底的條件良好，整體來看，道路具有綠化帶、機非隔離帶，兩側有大面積的集中綠地以及天然水塘、湖泊等。這有利于生態(tài)綠地雨水基礎設施對徑流水量及污染進行控制，并使道路橫向坡度具有較好的道路排水條件。

1.2.2項目建設劣勢

同樣，齊山大道在自然本底、雨水系統(tǒng)方面也存在著劣勢。在自然本底條件上，齊山大道兩側綠地多為高綠地，增加了低影響開發(fā)設施改造難度；現有隔離帶景觀植物豐富，改造成本高；土壤為偏酸性粘土，很難滿足傳統(tǒng)生物滯留設施調蓄深度不宜超過15 cm的要求，為后期設施及工藝選擇帶來難度。在雨水系統(tǒng)上，道路坡度起伏較大，部分道路縱坡大于橫坡，雨水收集困難，部分路段內澇積水嚴重。此外，路面雨水均通過雨水管線直接就近排入周邊水體，初期雨水對收納水體造成污染。

2　建設途徑研究

2.1建設研究目標

基于池州皖南城市特點，海綿城市建設應強調洪水滯蓄、減小地塊開發(fā)對水文循環(huán)的破壞，即側重于“滯”、“滲”和“排”幾個環(huán)節(jié)。

齊山大道海綿城市化改造，其年徑流總量控制率要求達到80%～85%；雨水系統(tǒng)重現期、徑流系數等設計參數參照《室外排水設計規(guī)范》執(zhí)行，著重考慮對雨洪峰值的削減，使道路達到30年一遇的目標［1］；環(huán)境保護目標中，年SS總量去除率要達到40%～60%。

2.2項目建設思路

結合皖南城市特色和齊山大道建設總體目標，齊山大道海綿化建設的整體思路如下：

（1）方案采用源頭加末端綜合控制技術，最大化解決道路自身及匯入路面的匯水區(qū)雨水的徑流控制問題，使其滿足海綿城市考核目標。

（2）遵循自然本底條件，設施位置選擇人行道周邊綠化帶3～5 m無灌木、喬木區(qū)域，盡量減少對自然本底條件的破壞。

（3）不僅考慮海綿城市雨水系統(tǒng)與道路工程的改善狀況，同時結合景觀、人文設施，讓市民更親近生態(tài)雨水設施。

（4）技術應選擇經濟實用型，成本低控制效果好的技術，綜合考慮項目建設、維護費用，提出經濟適用的技術方案。

2.3項目建設途徑

齊山大道路線南北走向，北部臨近齊山湖、自然水塘，道路周邊具有較好的綠地空間。道路西側為低勢綠地，道路東側為高綠地。機非隔離帶為高綠地密布灌木、喬木，改造難度大，樹池為單個樹池，均為耐水性強的香樟。

2.3.1平面設計研究

方案設計降雨量為37.1 mm；根據道路豎向以及雨水管網匯水范圍，采取源頭加末端綜合控制技術，充分利用綠地空間，不破壞現有較好植被，保留具有較好景觀價值的中間隔離帶，只對樹池進行改造，將單個樹池構建樹池帶；人行道周邊綠地采用下沉式綠地、植草溝與雨水花園搭配技術，重點提升道路景觀；對于源頭無法控制的雨水，使之溢流至管網后進入末端進行集中控制。

2.3.2斷面建設研究

道路南北段的斷面方案特點鮮明：北部采取下沉式綠地、卵石植草溝、護坡植草溝、雨水花園、樹池帶相結合技術；南部采用卵石植草溝、護坡植草溝、雨水花園、樹池帶相結合技術。北邊斷面與南段的主要區(qū)別在于北段西側具有大面積的自然低勢綠地，故主要采取下沉式綠地技術，下沉式綠地調蓄深度為10 cm，設置溢流口，保證下沉式綠地不被長時間水淹。

方案總體保留原有機動車道、非機動車道道路排水的豎直走向，雨水控制采用“機非隔離帶-明溝-樹池帶-植草溝-雨水花園”的方案，如圖2所示。一方面重點對機非隔離帶改造，將機非隔離帶切割成明溝。流入明溝的雨水穿越非機動車道，匯流進入路邊樹池。樹池帶通過蓋板溝上的溢流口進入植草溝。另一方面，對人行道進行坡度改造，使雨水流向植草溝，植草溝再與雨水花園連通。植草溝布置在人行道外側3 m處，雨水花園則布置在人行道周邊0～8 m無灌木、喬木區(qū)域，避免對綠化帶的喬木、灌木開挖，減少對現有自然本底條件的破壞。

圖2　道路典型斷面方案示意圖

2.3.3適宜技術研究

齊山大道項目在篩選適宜技術時，主要采用了下沉式綠地、雨水花園、植草溝等海綿城市技術。

下沉式綠地具有增加下滲、削減洪峰流量、減輕地表徑流污染的效用。研究表明下沉式綠地對雨水徑流的污染物具有削減效應：對COD、NH4-N 和TP的平均削減率范圍分別為52.2%～41.3%，49.0%～44.1% 和47.4%～39.0%［4-6］。

雨水花園的組成部分是蓄水層、覆蓋層、種植土壤層、砂層、溢流管等。一方面，雨水花園具有雨水滲透的功能，雨水花園的蓄水層、覆蓋層吸收并匯聚路面雨水，經種植土壤層、砂層的綜合作用來凈化雨水，最后經溢流層滲入土壤中，涵養(yǎng)地下水。另一方面，雨水花園的環(huán)境功能更加顯著，雨水花園經過合理經濟的植物配置，可為眾多的動植物如昆蟲、鳥類提供優(yōu)良的棲息環(huán)境。同時，植物的蒸騰作用通過適量調節(jié)空氣的溫度和濕度，可改善局部的小氣候環(huán)境。雨水花園對雨水徑流污染物的削減效應研究表明：TSS、TP、TN、重金屬、病原體平均削減率分別為80%、60%、50%、45%～95%、70%～100%［7］。與普通草坪相比，雨水花園的建造成本較低，其維修更方便快捷，管理更系統(tǒng)簡單。此外，雨水花園具有人工挖掘的淺凹綠地的特征，能以一種更舒適、更清新的景觀感受呈現在市民面前。

植草溝不僅能輸送雨水，還能通過植物滯留、土壤過濾可以降低雨水徑流流速，減小雨水徑流流量，從而起到調峰、錯峰的作用。研究發(fā)現植草溝對降雨徑流污染物中TSS的去除率可達68%～93%，TP、TN的去除率分別達到28%～83%和40%～92%，污染物平均去除率達到79%～98%［8-13］。

2.3.4客水控制研究

齊山大道的客水主要來源于凌陽大道，由凌陽大道南北兩側的兩股客水構成。道路自身匯水面積20.3 hm2，本方案不僅考慮自身匯水區(qū)域，還考慮凌陽大道的客水91.6 hm2以及周邊匯入的客水108.4 hm2，總的匯入齊山大道的匯水面積為220.3 hm2，是道路自身匯水面積的10倍。凌陽大道北側的客水被引入臨近水塘的階梯濕地中進行控制；并在階梯濕地前設置格柵、旋流沉砂等預處理設備，防止泥沙對濕地形成淤積。凌陽大道南側客水主要通過末端集中雨水花園進行控制，再溢流至前置塘。

3　雨水工程設施研究

齊山大道項目建設依據《安徽省海綿城市規(guī)劃設計導則》、《安徽省海綿城市建設設計標準圖集》等進行。項目采用的雨水工程設施主要有雨水花園和植草溝，具體計算分析如下。

3.1雨水花園計算分析

雨水花園的計算分析方法有四種：（1）基于達西定律的滲濾法；（2）蓄水層有效容積法；（3）基于匯水面積的比例估算法；（4）水量平衡分析法。方法（1）缺少植物對蓄水層的影響分析；方法（2）缺少雨水花園的滲透能力考察；方法（3）計算研究精度不夠，適于方案的估算；方法（4）則能兼顧滯留和凈化的作用分析［14］。鑒于皖南地區(qū)的水環(huán)境、地質條件和黏質土壤組成，項目采用水量平衡分析法來計算雨水花園的面積，如式（1）所示：

式中：H—設計降雨量，取37.1 mm

ψ—徑流系數，雨水徑流系數和綜合雨水徑流系數參照表1和表2［15］

Ad—匯流面積；

hm—蓄水層最大蓄水高度；

fv—植物面積占有率，取決于選取植物個數和種類；

n—填料層的空隙率，比例取0.3左右；df—雨水花園深度，不包括砂層和礫石層。

表1　雨水設計徑流系數

表2　綜合雨水徑流系數

通過計算，齊山大道海綿城市化改造中，雨水花園建設面積應滿足6800 m2。項目建設中，雨水花園的布設應考慮當地植被、景觀設施的保護，原有市政設施的保留等因素。為滿足雨水花園的面積和效果達標，故雨水花園的規(guī)模和位置需結合現場情況確定。

3.2植草溝的計算研究

本文采用梯形植草溝，植草溝的徑流量計算可以根據曼寧公式來計算。如式（2）、（3）所示，梯形植草溝斷面圖如圖3所示：

式中：Q—計算徑流量；

圖3　梯形植草溝斷面圖

n—曼寧系數，取n=0.058；

A—橫斷面面積；

R—水力半徑；

J—水力坡度，一般取0.01～0.05。

D—濕周。

注：深度h不宜大于600 mm，在這里取h=600 mm，寬度取h2=1500 mm，坡度i取0.30。

池州市暴雨強度計算，如式（4）所示：

q—設計暴雨強度；

P—設計重現期，取P=30；

t—降雨歷時，取t=120 min。

設計降雨徑流量計算，如式（5）所示：

式中：Q—設計降雨徑流量；

ψ—徑流系數，參照表（1）和表（2）；

F—設計匯水面積。

通過計算理論上植草溝的徑流量為1.998 m3/s。按照設計30年一遇的暴雨目標，雨水徑流量為1.615m3/s，因此，經過理論計算得設計植草溝能抵御30年一遇的暴雨。

4　結論

池州市齊山大道海綿城市建設基于自身良好的環(huán)境本底，通過對雨水源頭、客水、末端和大排水綜合控制，選擇適宜的海綿城市工程技術手段，實現了水資源保護、城市內澇、水污染控制的綜合目標。

池州市是典型皖南城市，海綿城市建設重點考慮雨洪滯蓄，減小狹長區(qū)域建設對水文循環(huán)的破壞，從“滯”、“滲”和“排”環(huán)節(jié)進行工程化建設，為我國長江中下游地區(qū)的海綿城市建設提供了有益的實踐案例，并提供相關建設的技術借鑒。

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Application of Sponge City Technology in the Construction of Qishan Road， Chizhou City

YAN Weikang1, ZHU Shuguang1,2,LI Yun1, DU Haitao1, JIANG Yun1, OUYANG Kuangzhong1
（1. College of Environment and Energy Engineering, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China；
2. Anhui Advanced Technology Research Institute of Green Building, Anhui Jianzhu University, Hefei 230601, China.）

Aiming at the current status that urban fooding disasters occur frequently while urban water resources are relatively defcient, the recent drainage system construction of city is basing on the concept of sponge city, which puts forward the requirements of natural accumulation, natural infltration and natural purifcation. Taking the sponge city construction of the south of Qishan road, in the Chizhou, Anhui Province, the paper studies the technical schemes of sponge city development in the feld of road construction for achieving the comprehensive and overall goals of water resources protection and urban waterlogging, water pollution control, which is executed by the holistic control of the water source, foreign water, terminal and big drainageand big drainage and choosing the appropriate techinical ways of engineer.

Sponge city； Chizhou City； Qishan Road； low-impact-development； stormwater management

X52

A

2095-8382（2016）04-069-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160415

2016-05-09

天津市水質科學與技術重點實驗室開放基金（TJKLAST-ZD-2014-03）。

顏偉康（1992-），男，碩士研究生，研究方向為水環(huán)境模擬與海綿城市。