市政道路的排水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)建設(shè)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(huán)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(fā)展順應(yīng)了道路排水優(yōu)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(yōu)化設(shè)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(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的基礎(chǔ)作用，隨著社會的進步和經(jīng)濟水平的提高，人們對市政道路建設(shè)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(xiàn)液面滑移的現(xiàn)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(chǎn)生侵蝕，造成路基局部損壞，影響路基的整體強度和穩(wěn)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(tài)下，以確保道路結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)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(yōu)化設(shè)計，具有十分重要的意義。
海綿城市與市政道路排水的內(nèi)涵
1海綿城市內(nèi)涵
海綿城市的本質(zhì)是改變傳統(tǒng)城市建設(shè)理念，實現(xiàn)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展為了實現(xiàn)城鎮(zhèn)化與自然資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。為了保護城市水生態(tài)系統(tǒng)，減少雨水災(zāi)害，開發(fā)雨水資源，海綿城市建設(shè)（又稱為低影響開發(fā)，LID）作為新的城市建設(shè)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(huán)利用，并降低初期大流量雨水徑流的污染，面對自然災(zāi)害和環(huán)境變化時能夠彈性適應(yīng)。海綿城市建設(shè)將傳統(tǒng)的“快排”模式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;滲、滯、蓄、凈、用、排”的有機結(jié)合，最大程度上減少城鎮(zhèn)化發(fā)展建設(shè)給原自然水文特征和水生態(tài)環(huán)境帶來的負面影響，從而實現(xiàn)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(nèi)涵
市政道路排水工程設(shè)計主要指建設(shè)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(shè)施（排水管網(wǎng)及其附屬構(gòu)筑物）的設(shè)計。
城市道路排水設(shè)計作為市政排水規(guī)劃的重要實現(xiàn)目標而言，是一項關(guān)鍵性的系統(tǒng)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(huán)節(jié)的內(nèi)容有機地統(tǒng)一起來，并協(xié)調(diào)運作，使得在市政道路排水工程建設(shè)中，能夠充分實現(xiàn)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(guī)模。[3]
市政道路排水設(shè)計優(yōu)化設(shè)計
1道路生態(tài)排水
按功能分類
道路生態(tài)排水措施的根據(jù)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(diào)蓄、滯留、蒸發(fā)等。其中：以收集利用為主要功能的包括生態(tài)水窖等；以攔截為主要功能的包括生態(tài)型雨水口、沉泥井等；以過濾、滲透為主要功能的包括生態(tài)透水路面、生態(tài)植草溝、土壤濾池、滲透管（溝）等；以調(diào)蓄、滯留為主要功能的包括雨水花壇、生態(tài)植草溝、雨水調(diào)蓄池、生態(tài)滯留塘、下凹式城市綠地等。道路生態(tài)排水措施功能并非單一不變，如生態(tài)植草溝，溝內(nèi)表層植物可起到雜物攔截和吸附作用，溝體可起到調(diào)蓄、滯留的作用，而溝的結(jié)構(gòu)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(tài)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(tài)排水措施無論采用何種方式，都需圍繞著道路進行設(shè)計和實施，從空間布局上看，道路生態(tài)排水措施可分為點、線、面三類。
1.點式道路生態(tài)排水措施
點式道路生態(tài)排水措施呈點狀、分散式布置，一般在道路路網(wǎng)或排水管網(wǎng)中的某個節(jié)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(jié)束。目前應(yīng)用較為廣泛的點式道路生態(tài)排水措施包括生態(tài)雨水口、具有沉泥功能的排水構(gòu)筑物、雨水花壇、多功能調(diào)蓄池等。
2.線式道路生態(tài)排水措施
道路是以系統(tǒng)網(wǎng)格、線型的方式表現(xiàn)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(tài)排水措施則是過程控制的典型手段。線式道路生態(tài)排水措施結(jié)合道路斷面及線型布置，一般包括生態(tài)植草溝、生態(tài)過濾管（槽）、生態(tài)護坡、綠化緩沖帶等。
3.面式道路生態(tài)排水措施
降雨開始、持續(xù)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?shù)拿媸降缆飞鷳B(tài)排水措施更能有效減少徑流污染。典型的面式道路生態(tài)排水措施包括生態(tài)透水路面等。
道路生態(tài)排水建設(shè)意義
按照海綿城市下低影響開發(fā)（LID）的原則，無論采用何種工程或非工程的措施，都應(yīng)強調(diào)通過生態(tài)功能來維持開發(fā)前原有的水文條件，控制徑流污染，減少污染排放，實現(xiàn)開發(fā)區(qū)域可持續(xù)水循環(huán)的目的。隨著對道路排水研究的不斷深入，節(jié)能、生態(tài)、環(huán)保逐漸成為城市道路排水的發(fā)展方向。道路生態(tài)排水措施種類和應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)污染物的削減及對雨水資源的利用，體現(xiàn)BMP 和LID 理念，即可賦予其生態(tài)的涵義。道路生態(tài)排水措施具體的表現(xiàn)形式不同，但都體現(xiàn)了削減污染物、保護水環(huán)境的生態(tài)理念，是城市道路排水的發(fā)展趨勢。道路生態(tài)排水技術(shù)的日益成熟是工程應(yīng)用和推廣的前提和保證，城市管理部門應(yīng)結(jié)合相關(guān)成功案例，根據(jù)工程自身特點合理選擇相對應(yīng)的生態(tài)排水措施。[4]
2下凹式綠化帶
市政道路下凹式綠化帶建設(shè)形式及原理
常規(guī)市政道路的兩側(cè)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(xiàn)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(shè)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(tǒng)，雨水口布設(shè)于下凹式綠化帶內(nèi)，較綠化帶地面高出3~5cm，而綠化帶內(nèi)綠地地面的高程較兩側(cè)路面低5~10cm，綠化帶兩側(cè)的路緣石應(yīng)當每隔一段距離設(shè)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(jié)構(gòu)層帶來的不利影響， 可以在綠化帶的底層及其兩側(cè)鋪設(shè)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(cè)路緣石中的流入孔流入綠化帶內(nèi)， 匯集進入綠化帶內(nèi)的雨水一部分在綠化帶的表層土壤內(nèi)得到下滲，無法下滲的部分則匯入綠化帶內(nèi)的雨水口中，而匯入雨水口中的雨水一部分繼續(xù)通過井底的打孔滲透管向底層土壤中入滲， 最后無法實現(xiàn)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(jié)構(gòu)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(xù)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(jié)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(xiàn)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(guī)城市規(guī)模進行計算，采用下凹式綠化帶每年可增加數(shù)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(zāi)害
自然狀態(tài)下降雨量的85%以上可由地表入滲和自然蒸發(fā)，而產(chǎn)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(fā)，徑流量達總降
雨量的60%左右，是自然狀態(tài)下的4倍左右，因此隨著城市化的不斷進展城市內(nèi)澇災(zāi)害也日趨嚴重。下凹式綠化帶減少城市洪澇災(zāi)害的作用主要從兩個方面體現(xiàn)： 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(wǎng)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(shè)施建設(shè)投資、降低排水系統(tǒng)造價方面具有重要意義。
3.控制初期雨水污染
除了城市內(nèi)澇災(zāi)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(tài)環(huán)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(jīng)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(nèi)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(nèi)植物的生長也有促進作用， 減少了綠化帶的養(yǎng)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(fā)作用以及植物的蒸騰作用可以在道路區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生較強的上升氣流， 增加市政道路內(nèi)空氣的流動性，調(diào)節(jié)區(qū)域氣候，強化區(qū)域內(nèi)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(qū)域內(nèi)土壤中的含水量，節(jié)約道路綠化灌溉用水。[6]
道路下凹式綠化帶建設(shè)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(tài)的城市雨水利用技術(shù)在城市小區(qū)和廣場中已有較多應(yīng)用，并且在減輕城市內(nèi)澇災(zāi)害、改善城市生態(tài)環(huán)境方面取得了良好的應(yīng)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(yīng)用在不增加市政道路建設(shè)用地的條件下，對于削減暴雨洪峰流量、減少洪澇災(zāi)害發(fā)生的頻率、減輕城市初期雨水污染、增加城市地下水資源、調(diào)節(jié)城市區(qū)域氣候、節(jié)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(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。當然下凹式綠化帶的滲蓄作用對于道路長期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jù)此對下凹式綠化帶進行不斷的優(yōu)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(fā)展速度的加快，街道、廣場、小區(qū)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(qū)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(fā)了熱島效應(yīng)、城市內(nèi)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(fā)展透水性鋪裝并進行了廣泛的研究與應(yīng)用。“滲水”是海綿城市的基礎(chǔ)功能之一，而傳統(tǒng)城市的硬質(zhì)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(fā)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(guī)劃建議中的“綠色發(fā)展”不謀而合。推廣和使用透水性材料，將會給海綿城市建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟和生態(tài)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(jié)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(yīng)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(shè)。在考慮景觀效果的基礎(chǔ)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(xiàn)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(shè)的應(yīng)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(shè)彩色瀝青路面。透水性混凝土材料的透水原理是其內(nèi)部的多孔隙結(jié)構(gòu)，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(yǎng)。
2.陶瓷透水磚
目前，常見的透水磚從材質(zhì)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(qū)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(jié)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(yè)廢料、建筑垃圾、廢玻璃、生活垃圾等材料經(jīng)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(yōu)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(tǒng)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(xiàn)代城市在景觀設(shè)置時仍會大量采用這樣的透水性材料，如卵石路的應(yīng)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(yīng)用于現(xiàn)代親水空間的設(shè)計，有著良好的生態(tài)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(xiàn)的透水性新材料。其中沙基透水磚也被成為“生態(tài)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(jié)構(gòu)易受堵塞而影響透水性的弊端，其在世博會、奧運村的建設(shè)中都有使用。石米地毯更為生態(tài)， 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(tài)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(fā)揮良好的環(huán)境綜合效益，有著豐富的生態(tài)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(jié)，市政透水路面要更為涼爽；而干燥季節(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)語
市政道路排水系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)的設(shè)計時，要充分考慮道路路面、人行道和綠化帶等的排水設(shè)計。市政道路排水設(shè)計應(yīng)該在海綿城市理念的指導下優(yōu)化設(shè)計，以尋求最科學、合理、經(jīng)濟的方案，合理安排排水設(shè)施，通過排水系統(tǒng)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。
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