海绵城市理念在城市道路绿化景观设计中的应用

'海绵城市理念在城市道路绿化景观设计中的应用摘要：我国致力于追求全方面的可持续发展，而“海绵城市理念”作为一种以维持城市范围内旱涝平衡为核心的城市设计理念，与可持续发展的国家战略方针高度契合。因此，积极推广海绵城市理念在城市道路设计中的应用就显得格外重要。基于此，以许昌新区城市道路的绿化景观设计为案例，深入分析如何将海绵城市理念应用于城市道路设计中，从而可以为许昌市未来城市道路的海绵城市设计提供一定程度的技术参考。关键词：海绵城市；城市道路；道路设计［基金项目：国家自然科学基金项目：“西北主要城镇区域与PREE的动态模拟、空间整合研究”（51178163）资助］根据《许昌市海绵城市建设专项规划》中所划定的海绵城市试点区域，选取许昌新区的城市道路兰亭路（万通街一宏腾路）为研究对象，以许昌市上位规划中所提出的海绵城市建设具体指标为设计要求，重点分析本方案如何将海绵城市理论实际应用于具体的道路绿化景观设计和实际的工程施工措施中，以及如何进行道路海绵城市设计的数据指标核算，同时根据行业相关规范，提出工程设施维护及管理的相应要求，以期为许昌市未来其它地区城市道路的海绵城市设计提供一定程度的技术参考。一、工程概况（一）工程地质情况许昌市土壤类型丰富，全市土壤共6个土类，14个亚类，25 个土属和46个土种。6个土类为棕壤、褐土、粗骨土、石质土、潮土和砂姜黑土。兰亭路（万通街一宏腾路）规划范围内主要为潮土，潮土是河流沉积物受地下水运动和耕作活动影响而形成的土壤，因有夜潮现象而得名。属半水成土。其主要特征是地势平坦、土层深厚。（二）道路基本情况兰亭路（万通街一宏腾路）道路为南北走向，道路长约993米，现状道路为原始田间土路，道路的质量情况较差，但设计路段地势整体较为平坦，项目地周边目前主要为耕地、林地和城市居民住宅，基地现状如图所示（图1）o兰亭路规划红线宽20米，采用单幅路，道路东西两侧规划设计各10米宽绿化带，绿化带内侧设1.5米宽的自行车慢道。道路的断面形式为：8.5米（绿化带）一1.5米（自行车慢道）一3米（人行道）一14米（车行道）一3米（人行道）一1.5米（自行车慢道）一8.5米（绿化带）。（三）场地排水设计原则兰亭路的规划设计主要通过应用海绵城市理念，突破传统的道路雨水收集排放系统，配合应用透水铺装、植草沟、简单生物滞留设施、雨水花园、下沉绿地等一系列LID设施，打造新的充分体现海绵城市设计理念的道路雨水收集排放系？yo在绿化带内部，打造雨水T绿地tLID设施T溢流式雨水口一市政管网的雨水收集排放系统；在道路部分，打造雨水T 车行道（人行道/自行车慢道）tLID设施t溢流式雨水口T市政管网的雨水收集排放系统。（四）海绵城市建设控制目标根据《许昌市海绵城市建设专项规划》中所提出的许昌市海绵城市建设具体指标，该方案的年径流总量控制率将达到75%,其相对应的设计降雨量为24.4mm,根据上位规划，该地块的雨水排水管渠设计标准（重现期）为3年。二、道路海绵城市设计（一）整体设计方案兰亭路的道路规划设计部分已经由许昌市规划设计院设计完成，本项目是以许昌规划设计院的道路规划设计为基础，所进行的兰亭路道路景观绿化带设计，在设计的过程中充分应用海绵城市理念，同时根据海绵城市道路设计需要，经由与甲方（许昌瑞贝卡集团）和许昌规划设计院协商，对道路设计部分进行适当修改，从而更好地完善整体设计方道路红线宽20米，道路的断面形式为：8.5米（绿化带）一L5米（自行车慢道）一3米（人行道）一14米（车行道）一3米（人行道）一1.5米（自行车慢道）一8.5米（绿化带）＜兰亭路的道路雨水管道根据许昌规划设计院的设计均布置于道路东侧，本次设计以已规划设计的道路雨水主管保持不变，参照行业设计规范保证每隔40米设置溢流井一处，同时为更好地保证雨水收集排放系统的运行，兰亭路的溢流井为双侧对应设置。设计方案中通过在车行道应用透水混凝土、自行车慢道与人行道采用透水铺装的形式，同时绿化带内设置植草沟、下沉绿地、简单 生物滞留设施等LID设施，从而实现地块内部的雨水综合利用。道路断面改造示意如下图所示（图2、图3）。（二）LID设施应用设计1.植草沟兰亭路的植草沟样式采用倒抛物型，就草皮种植层来说，最低点半径为350mm,地平线高度半径为750mm,但半径不是唯一值，其在350mm-750mm之间变化，具体点的半径，见植草沟横断面示意图。植草沟横断面的分层情况由上而下为350mm的蓄水层、草皮、250mm种植土层、针刺土工布（200g/m2）、200mm砾石（粒径30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯实（夯实系数93%）o同时,为增加渗透性能种植土可掺入20%左右的细沙，有机物的含量5%,磷的浓度宜为lOppm—30ppm2.下沉绿地兰亭路下沉绿地的横断面分层情况由上而下为150mm的蓄水层、550mni种植土层、80mni厚碎石（粒径8—10mm）、针刺土工布（200g/m2）、350mm厚碎石（粒径30—50mm）、土工布（300g/m2）、素土夯实（夯实系数93%）。同样为增加渗透性能种植土可掺入20%左右的细沙，有机物的含量5%,磷的浓度宜为10ppm-30ppmo 1.生物滞留池兰亭路生物滞留池的横断面分层情况由上而下为150mm的蓄水层、600mm的种植土层、素土夯实（夯实系数93%）o与植草沟、下沉绿地的处理方式相同，为增加渗透性能种植土可掺入20%左右的细沙，有机物的含量5%,磷的浓度宜为lOppm—30ppmo（三）人行道设计兰亭路的人行道采用建筑垃圾再生材料透水步砖铺装，盲道采用中黄色道板，板厚均为6cm,混凝土标号C40,铺装图案见人行道铺装图。人行道路面结构自上而下依次为：60mm厚建筑垃圾再生材料透水步砖、30mm厚中粗砂垫层、下铺过滤土工布（400g/m2的无纺土工布）、20mm厚透水混凝土（混凝土标号C20）、20mm厚级配再生砖石基层。四）其他设施设计1.溢流井在许昌市规划设计院设计完成的兰亭路道路设计中,已经规划设置了一定数量的溢流井，本案中为更好地应用海绵城市理念，故对溢流井的数量、位置等,进行了一定的调整。溢流井的规格选取最大过流流量50L/S,同时参照行业设计规范保证每隔40米设置溢流井一处，为更好地保证雨水收集排放系统的运行，溢流井为双侧对应设置。溢流井设在绿地内，用于植草沟、下沉绿地、生物滞留池等海绵设施的排水，通过溢流连接管与干管上的雨水井相连。周围铺设卵石，粒径30mm一50mm。 1.双算雨水口兼检查井双算雨水口兼检查井设置在道路上，与市政雨水干管相连，雨水井均用球墨铸铁爬梯，爬梯的水平和垂直间距参照国标检查井设置。复合材料算子为成品，采用复合材料制造，雨水口尺寸可根据实际情况进行调整。2.人行道下排水暗沟兰亭路人行道下排水暗沟处的横断面分层情况由上而下为现有人行道面层恢复、20mm厚1：4干硬性水泥砂浆、30mm厚C25预制混凝土盖板、20nm厚1：3水泥砂浆抹面、lOOmm厚C15混凝土垫层、素土夯实（夯实系数》95%）o3.路缘石路缘石均采用五莲花花岗岩材质，各构件要求抗滑性能好。由于人行道坡度与排水暗沟坡度一致，人行道与绿化带之间的开口高度不变。另外，人行道与绿化带开口处设碎石带，预防夏季高温天气地面积水温度过高，直接经由路缘石开口进入绿化带，不利于绿化带内植物生长。三、道路海绵城市设计数据指标核算（一）目标调蓄容积（设计调蓄容积）兰亭路规划红线宽20米，道路东西两侧规划设计各10米宽绿化带，绿化带内侧设1.5米宽的自行车慢道。根据国家住房城乡建设部于2014年10月发布的《海绵城市建设技术指南一一低影响开发雨水系统构建（试行）》中关于不同汇水面种类径流系数的规定，车行道与自行车慢道雨量径流系数取值0.85；人行道雨量径流系数取值0.45；绿化带中绿地的雨量径流系数取值 0.15。关于设施规模的计算方面，本设计采用的是指南中所推荐的“容积法”，兰亭路的目标调蓄容积计算可按照如下公式：V=10H$F（1）式中：V——设计调蓄容积，m3；H设计降雨量，mm；$——综合雨量径流系数；F汇水面积，hm2o通过加权计算得兰亭路地块的综合雨量径流系数$为0.554,H取值24.4,计算兰亭路总的汇水面积，最后套用“容积法”公式可得，兰亭路目标调蓄容积（设计调蓄容积）为557.207m3o（二）雨水调蓄设施兰亭路在规划设计中所选取的雨水调蓄设施主要包括了植草沟、下沉绿地、生物滞留池三种，设计的最大水深分别为植草沟0.3m；下沉绿地0.15川；生物滞留池0.15m,调蓄设施安全系数取100%,计算可得兰亭路的海绵设施调蓄容积为828.299m3o通过比较，我们发现兰亭路的海绵设施调蓄容积＞目标调蓄容积（设计调蓄容积），规划设计的雨水调蓄设施规模可满足许昌市海绵城市建设试点区域年径流总量控制率75%的指标要求。（三）过流能力校核暴雨强度公式按照河南省许昌市新版暴雨强度公式计算，如下：q=1977.432(1+0.9451ogP)/(t+10.909)A0. 747(2)式中：q——暴雨强度，L/(s?hm2)；P——雨水设计重现期；t降雨历时，min。雨水设计流量的计算公式，本设计采用的是指南中所推荐的“流量法”，兰亭路相关设施的雨水设计流量的计算可按照如下公式：Q=①qF(3)式中：Q——雨水设计流量，L/s；①流量径流系数；q——设计暴雨强度，L/(s?hm2)；F汇水面积，hm2o1.人行道下排水暗沟在?M行人行道下排水暗沟的过流能力校核的过程中，计算公式Q二①qF,关于F(汇水面积)的取值，选取的是兰亭路汇水分区中人行道下排水暗沟可控制的最大汇水面积，故通过计算最大汇水面积的雨水设计流量(Qmax)满足要求，其他也满足要求。首先，关于暴雨强度公式中P、t的取值，依据《许昌市海绵城市建设专项规划》中规定兰亭路所在区域的雨水设计重现期为3年，通过相关计算我们取t值为10。查阅指南中径流系数表可得人行道下排水暗沟的流量径流系数(9)取0.9,相关数据套入计算公式可得Qmax=0.026m3/so 上述计算结果表示的是人行道下排水暗沟的最大雨水设计流量，我们还需要计算排水暗沟的实际过流能力，并通过比较其与最大雨水设计流量的大小关系，得出校核结论。关于排水暗沟的实际过流能力的计算，我们可参照如下公式：A二bh(4)R=bh/(b+2h)(5)V二不(2/3)IA(1/2)/n(6)Q二AV(7)式中：A一一过水断面，？0；R-—水力半径，m；V流量，m；Q—过流能力,m3/s；b宽，m；h高，m；I水力坡度；n粗糙系数。计算可得兰亭路人行道下排水暗沟的实际过流能力Q=0.063m3/so通过比较其与最大雨水设计流量的大小关系，发现人行道下排水暗沟的过流能力＞最大雨水设计流量，故可得出结论人行道下排水暗沟的规格满足排水需要。此处需要注意的是由于本设计中路缘石开口与人行道下排水暗沟的开口尺寸一致，故路缘石开口的过流能力与人行道下排水暗沟的一致。2.溢水管关于溢水管过流能力校核，我们依据相同原则，选取 兰亭路汇水分区中溢流井可控制的最大汇水面积，通过计算最大汇水面积的雨水设计流量(Qmax)满足要求，其他则也满足相应要求。首先，关于暴雨强度公式中p、t的取值，依据《许昌市海绵城市建设专项规划》中规定兰亭路所在区域的雨水设计 重现期为3年，通过相关计算我们取t值为17。查阅指南中不同汇水面的径流系数表，车行道和自行车慢道的流量径流系数取0.9、人行道的流量径流系数取0.45、绿地的流量径流系数取值0.2,通过加权计算得综合流量径流系数①为0.748。最后，相关数据套入计算公式可得Qmax=0.026m3/s=26L/s,而我们在设计中所设置的溢水口的规格可满足50L/s的最大过流流量，所以计算得出的溢水管最大雨水设计流量小于设置溢水口的最大过流流量。但是，我们还需要计算溢水管的实际过流能力，并通过比较其与最大雨水设计流量的大小关系，得出最终的结论。关于溢水管实际过流能力的计算，我们可参照如下公式：A=n(d/2)a2(8)R=A/2n(d/2)(9)V=RA(2/3)IA(1/2)/n/r八Q二AV(11)式中：A过水断面，m2；R水力半径，m；V流速，m/s；Q—过流能力，m3/s；d-—管径，m； I——水力坡度；n——粗糙系数通过比较其与最大雨水设计流量的大小关系，发现溢水管的过流能力＞溢水口的最大雨水设计流量，故可得出结论兰亭路溢流井的规格满足排水需要。四、系统维护（1）后期管理中应及时补种修剪海绵设施内的植物、清除杂草；（2）进水口、溢流口因冲刷造成水土流失时，应及时采取防冲刷措施；（3）进水口、溢流口堵塞或淤积导致过水不畅时，应及时清理垃圾与沉积物；（4）低影响开发设施的常规维护频次及时间要求如下图所示（图18）：五、结论与展望随着时代的发展、社会的进步，社会各界对于可持续发展的关注度与日俱增，而“海绵城市理念”恰恰与之高度锲合。众所周知，以海绵城市理念为依托的城市道路绿化景观设计，可以科学合理地将城市环境的自然生态功能与人工干预相结合，打造新型的城市道路雨水收集排放系统，从而可以很好地修复城市水生态、涵养水资源，有效缓解城市内涝问题，降低城市地面径流污染负荷，节约水资源，改善城市的生态环境。参考文献：[1]刘程林，银钊.基于海绵城市理念的市政道路设计探讨[J].山？|化工，2017,（19）：182-183.[2]褚克平.浅谈海绵城市中的道路设计[J].广东化工，2017,（08）：200-201.[3]方庚明.海绵城市理念下的城市道路系统化设计策略探究[J].低碳世界，2017,(07):215-216. ［4］王宁.基于海绵城市理念的城市道路设计方案探讨［刀给水排水,2016,(11):27-31.作者简介：原振华，河南工业大学土木建筑学院建筑学专业硕士研究生。研究方向:城市规划。段汉明，教授、博士生导师，就职于河南工业大学城市科学与区域发展研究所。研究方向:城市规划。谢培琦，河南工业大学土木建筑学院建筑学专业硕士研究生。研究方向：城市规划'