海绵城市模式下的城市市政道路排水优化设计
慧聪水工业网市政道路的排水系统是城市基础建设的组成部分，它对于车辆行驶、人员来往的交通安全、城市的环保和城市的防洪排涝等有着非常重要的作用，海绵城市理念的发展顺应了道路排水优化的需要。本文首先综述了海绵城市的意义，分析了市政道路给排水的特点，随后对于市政道路给排水的优化设计方案进行了详细的分析和探讨。
海绵城市示意图
城市道路在交通运输及其国家经济社会发展中发挥着不可替代的基础作用，随着社会的进步和经济水平的提高，人们对市政道路建设的要求不断提高。但是，城市道路在使用的过程中受各种自然社会条件的影响，特别是雨水的侵蚀，路面如果积水严重，会阻碍到车辆的正常通行，导致车辆出现液面滑移的现象，严重影响交通安全。同时，道路路面的长期积水会对路基产生侵蚀，造成路基局部损坏，影响路基的整体强度和稳定性。因此，在市政道路上一般都需要采取有效的排水措施，使得路基路面都能处于干燥的状态下，以确保道路结构强度及稳定性，延长其使用寿命。鉴于市政道路排水措施的重要，所以，市政道路排水的合理优化设计，具有十分重要的意义。
海绵城市与市政道路排水的内涵
1海绵城市内涵
海绵城市的本质是改变传统城市建设理念，实现与资源环境的协调发展为了实现城镇化与自然资源环境的协调发展。为了保护城市水生态系统，减少雨水灾害，开发雨水资源，海绵城市建设(又称为低影响开发，LID)作为新的城市建设理念被提出来[1]。海绵城市能够像一块海绵一样，将雨水吸收储存，对其循环利用，并降低初期大流量雨水径流的污染，面对自然灾害和环境变化时能够弹性适应。海绵城市建设将传统的“快排”模式转变为“渗、滞、蓄、净、用、排”的有机结合，最大程度上减少城镇化发展建设给原自然水文特征和水生态环境带来的负面影响，从而实现对雨水的自然积存、自然渗透、自然净化[2]。
2市政道路排水内涵
市政道路排水工程设计主要指建设在市政道路上用于收集、输送排放城市雨水、污水的城市排水设施(排水管网及其附属构筑物)的设计。
城市道路排水设计作为市政排水规划的重要实现目标而言，是一项关键性的系统工程，实施该项工作的主要目的是：将市政道路排水收集以及输送、净化、利用、排放等环节的内容有机地统一起来，并协调运作，使得在市政道路排水工程建设中，能够充分实现资源的有效利用以及能源的有效利用，让市政排水取得了较好的投资效果和合理的城市排水规模。[3]
市政道路排水设计优化设计
1道路生态排水
按功能分类
道路生态排水措施的根据功能进行分类，主要有以下几类：收集利用、拦截、过滤、渗透、净化、调蓄、滞留、蒸发等。其中：以收集利用为主要功能的包括生态水窖等;以拦截为主要功能的包括生态型雨水口、沉泥井等;以过滤、渗透为主要功能的包括生态透水路面、生态植草沟、土壤滤池、渗透管(沟)等;以调蓄、滞留为主要功能的包括雨水花坛、生态植草沟、雨水调蓄池、生态滞留塘、下凹式城市绿地等。道路生态排水措施功能并非单一不变，如生态植草沟，沟内表层植物可起到杂物拦截和吸附作用，沟体可起到调蓄、滞留的作用，而沟的结构层由多种滤层组成，又可起到过滤、渗透、净化等作用。因此，道路生态排水措施通常是各种功能的组合体。
按空间布局分类
道路生态排水措施无论采用何种方式，都需围绕着道路进行设计和实施，从空间布局上看，道路生态排水措施可分为点、线、面三类。
1.点式道路生态排水措施
点式道路生态排水措施呈点状、分散式布置，一般在道路路网或排水管网中的某个节点上对道路径流进行集中拦截、收集和处理。通常所谓的源头控制和末端处理都是以点的方式开始和结束。目前应用较为广泛的点式道路生态排水措施包括生态雨水口、具有沉泥功能的排水构筑物、雨水花坛、多功能调蓄池等。
2.线式道路生态排水措施
道路是以系统网格、线型的方式表现在城市布局中，其路面径流排放的形式也是由点到线及面逐渐汇集的过程，而为了解决径流污染和雨水利用问题，过程控制十分重要。线式道路生态排水措施则是过程控制的典型手段。线式道路生态排水措施结合道路断面及线型布置，一般包括生态植草沟、生态过滤管(槽)、生态护坡、绿化缓冲带等。
3.面式道路生态排水措施
降雨开始、持续至道路径流形成的过程是一个雨水面式汇集的过程，因此采用适当的面式道路生态排水措施更能有效减少径流污染。典型的面式道路生态排水措施包括生态透水路面等。
道路生态排水建设意义
按照海绵城市下低影响开发(LID)的原则，无论采用何种工程或非工程的措施，都应强调通过生态功能来维持开发前原有的水文条件，控制径流污染，减少污染排放，实现开发区域可持续水循环的目的。随着对道路排水研究的不断深入，节能、生态、环保逐渐成为城市道路排水的发展方向。道路生态排水措施种类和应用形式多种多样，使用地点、适用条件也各有不同，因此可从不同角度进行分类、归纳和汇总，但无论如何分类，对道路排水措施而言，只要其能够实现污染物的削减及对雨水资源的利用，体现BMP和LID理念，即可赋予其生态的涵义。道路生态排水措施具体的表现形式不同，但都体现了削减污染物、保护水环境的生态理念，是城市道路排水的发展趋势。道路生态排水技术的日益成熟是工程应用和推广的前提和保证，城市管理部门应结合相关成功案例，根据工程自身特点合理选择相对应的生态排水措施。[4]
2下凹式绿化带
市政道路下凹式绿化带建设形式及原理
常规市政道路的两侧绿化带和中央分隔带均高于道路断面，此种形式可以有效地防止车辆意外驶离道路，但是绿化带无法汇集道路雨水，雨水只能通过雨水口直接汇入雨水管道中，加大了雨水管道的排水负担，并未实现雨水的充分利用[5]。下凹式绿化带即将横断面方向的绿化带设计为可以存积水的下凹式断面，使雨水通过绿化带过滤后以溢流的方式进入雨水利用系统，雨水口布设于下凹式绿化带内，较绿化带地面高出3~5cm，而绿化带内绿地地面的高程较两侧路面低5~10cm，绿化带两侧的路缘石应当每隔一段距离设置雨水的流入孔便于雨水流入绿化带中。此外，为了减轻雨水的下渗对周边道路结构层带来的不利影响，可以在绿化带的底层及其两侧铺设防水土工材料。
下凹式绿化带工作原理为：降雨后路面雨水通过道路横坡向绿化带汇集，从绿化带两侧路缘石中的流入孔流入绿化带内，汇集进入绿化带内的雨水一部分在绿化带的表层土壤内得到下渗，无法下渗的部分则汇入绿化带内的雨水口中，而汇入雨水口中的雨水一部分继续通过井底的打孔渗透管向底层土壤中入渗，最后无法实现渗透的雨水从雨水连接管溢出排入城市排水管道中排入下游。具体结构图见图1。
道路下凹式绿化带结构图
道路下凹式绿化带重要作用
1.增加地下水资源
地下水资源持续减少是我国很多城市面临的严峻问题。城市地表硬化减少地下水来源是地下水资源减少的重要因素。而下凹式绿化带可以有效强化雨水的渗透作用，补充城市地下水资源。我们对各种条件下下凹式绿地雨水入渗量进行试验，从试验结果(表1)可以看出下凹式绿化带对于补充地下水作用明显，绿化带面积比例为20%时，在暴雨重现期为2年的条件下，在下凹式绿化带的渗蓄作用下70%以上的雨水可进行下渗。按常规城市规模进行计算，采用下凹式绿化带每年可增加数亿吨地下水资源，可以有效缓解城市地下水资源急剧减少的危机。
2.减少洪涝灾害
自然状态下降雨量的85%以上可由地表入渗和自然蒸发，而产生径流的不足总降雨量的15%。而在城市中，由于硬化地面比例较高，降雨量仅有40%左右入渗和蒸发，径流量达总降
雨量的60%左右，是自然状态下的4倍左右，因此随着城市化的不断进展城市内涝灾害也日趋严重。下凹式绿化带减少城市洪涝灾害的作用主要从两个方面体现：一方面是通过下凹式绿化带的渗蓄作用可以减少汇集进入管网的总量，减小下游排水压力;另一方面作为下凹式绿化带的蓄水功能对于洪峰的削减具有较大作用，通过拦蓄作用延缓部分雨水的汇流时间，使洪水过程更加平缓，减轻防洪压力。下凹式绿化带在城市防洪方面的作用对于减少城市防护设施建设投资、降低排水系统造价方面具有重要意义。
3.控制初期雨水污染
除了城市内涝灾害，城市初期雨水的污染问题也是困扰城市居民生活、威胁城市生态环境的重要问题。下凹式绿化带通过其渗蓄作用可有效截留初期雨水，切断初期雨水污染下游城市水体的途径。此外，城市下凹式绿化带的渗蓄过程也是土壤对雨水进行过滤的过程，雨水在不断下渗的过程中其中大量的污染物经过土壤及其上方植物的过滤被截留在土壤中，截留下来的污染物后期被绿化带植物逐步降解，另一方面这些污染物也成为绿化带内植物生长的肥料，促进了植物的生长。下凹式绿化带一方面有效缓解了初期雨水污染问题，减少了初期雨水污染处理的资源消耗;另一方面截留下来的有机肥料对于绿化带内植物的生长也有促进作用，减少了绿化带的养护成本。
4.其他效果
下凹式绿化带蓄留的雨水在晴天时通过蒸发作用以及植物的蒸腾作用可以在道路区域内产生较强的上升气流，增加市政道路内空气的流动性，调节区域气候，强化区域内空气污染物的扩散作用;通过下凹式绿化带入渗的雨水可以增加区域内土壤中的含水量，节约道路绿化灌溉用水。[6]
道路下凹式绿化带建设意义
市政道路下凹式绿化带其实是城市下凹式绿地的一种形式，城市下凹式绿地作为一种生态的城市雨水利用技术在城市小区和广场中已有较多应用，并且在减轻城市内涝灾害、改善城市生态环境方面取得了良好的应用效果[7]。而道路绿化带作为城市绿地的重要组成部分，下凹式绿化带的应用在不增加市政道路建设用地的条件下，对于削减暴雨洪峰流量、减少洪涝灾害发生的频率、减轻城市初期雨水污染、增加城市地下水资源、调节城市区域气候、节约绿化灌溉用水等也具有非常积极的作用，其在市政道路的建设中具有广阔的应用前景。当然下凹式绿化带的渗蓄作用对于道路长期的结构稳定性的影响也是需要考虑的重要因素，需要进行更深入的研究与探讨，并据此对下凹式绿化带进行不断的优化改进。
市政道路透水性铺装
透水性铺装的背景
随着城市化发展速度的加快，街道、广场、小区的路面正在逐步被混凝土、石材、瓷砖等封闭性阻水材料所覆盖，部分地区的不透水铺装覆盖率已超过80%[8]，地面透水能力受到显著削弱，引发了热岛效应、城市内涝等诸多严重的城市问题。为了缓解不透水路面带来的各种不良后果，各国均积极发展透水性铺装并进行了广泛的研究与应用。“渗水”是海绵城市的基础功能之一，而传统城市的硬质路面一般采用非透水性铺装材料，透水性铺装材料的引入是发挥海绵城市渗透功能的不二选择。此外，透水性材料本身的绿色材料属性，更是与当下“十三五”规划建议中的“绿色发展”不谋而合。推广和使用透水性材料，将会给海绵城市建设带来巨大的经济和生态效益。
透水性铺装材料的类型
1.透水性混凝土材料
透水性混凝土材料分为透水性水泥混凝土和透水性沥青。透水性水泥混凝土是采用水泥、水、胶结材料，并掺配一定骨料所配置的，具有一定空隙率的混合材料。其制作成本较低，过程也较为简单，因此有着比较广泛的工程应用。此外，透水性水泥混凝土还可以通过特殊工艺预制为路面砖等透水性混凝土制品，然后再作为铺装进行铺设。在考虑景观效果的基础上，也可在透水性水泥混凝土的制作过程中拌入颜料，以呈现出不同颜色。透水性沥青一般在使用中要与混合料配合使用，所以其制成的铺装被称为透水性沥青混合料铺装。由于其强度要高于透水性水泥混凝土材料，所以在市政道路建设的应用要更为广泛，是透水性材料的主角。在景观有需求时，同样可以加入颜料，用以铺设彩色沥青路面。透水性混凝土材料的透水原理是其内部的多孔隙结构，长期使用中易受砂石、尘土的影响，需要定期用高压清洗车进行保养。
2.陶瓷透水砖
目前，常见的透水砖从材质和工艺上大致可分为两类，即陶瓷透水砖及非陶瓷透水砖。其根本区别在于陶瓷透水砖是烧制而成，而非陶瓷透水砖则是通过粘结剂固化而成，其中就包括上文提到的透水性混凝土路面砖。陶瓷透水砖是以固体工业废料、建筑垃圾、废玻璃、生活垃圾等材料经过粉碎、成型，而后高温烧制而成。陶瓷透水砖具有高透水性、高孔隙率、高抗压、装饰效果好等优点，但需要配合柔性基层使用，一般只用于人行道路的铺装。
3.自然型透水材料
传统园林采用的方砖、卵石、木料、嵌草铺地等透水性铺装，都属于自然型透水材料的范畴。现代城市在景观设置时仍会大量采用这样的透水性材料，如卵石路的应用和日本枯山水意象的景观布置等。而通过防腐处理的木制铺装也被大量应用于现代亲水空间的设计，有着良好的生态和美学效果。
透水性新材料
石米地毯和沙基透水砖是近年来出现的透水性新材料。其中沙基透水砖也被成为“生态砂基透水砖”，其通过破坏水的表张力来形成其透水性，避免了多孔结构易受堵塞而影响透水性的弊端，其在世博会、奥运村的建设中都有使用。石米地毯更为生态，以多纤维树脂粘合天然卵石形成透水性铺装，其景观效果丰富且维护成本低。[9]
透水性铺装的生态功能
与非透水性铺装相比，透水性铺装可以与绿地、水体共同发挥良好的环境综合效益，有着丰富的生态功能[10]。
1.雨水可以迅速下渗至城市土壤中，还原为地下水，在减少地面径流的同时，使城市下垫面可以与大气进行直接的水、气交换。此外，由于地表径流的减小，其携带地面污染物的能力也随之减少，从而降低了对自然水体污染的机会。
2.由于透水性铺装良好的通透性，其表面的温度与湿度要比非透水性铺装更为均衡，即在高温季节，市政透水路面要更为凉爽;而干燥季节其表面要更为湿润，这在一定程度上起到了降温加湿的作用。
3.透水性铺装还能起到吸收噪音、减少反射的作用。透水性材料中多孔隙的结构使其能吸收声波，而路面积水的及时下渗也避免了其反光对行人车辆造成的干扰。
结语
市政道路排水系统设计由于对市政道路的功能、使用寿命和道路通行能力、交通安全有直接而重要的影响，因此，在进行道路排水系统的设计时，要充分考虑道路路面、人行道和绿化带等的排水设计。市政道路排水设计应该在海绵城市理念的指导下优化设计，以寻求最科学、合理、经济的方案，合理安排排水设施，通过排水系统尽快将路面的积水排除出去，确保路面保持畅通，延长城市道路的使用寿命。分享按钮
