海绵城市理念在市政道路工程中的应用文献综述

 2022-08-03 11:08

文献综述

城市道路雨洪管理经历过几个时期的变迁。公元前到中世纪以古罗马为代表的基本供水时期,水井和地表水用于供水与清洗;中世纪到19世纪工业革命时期以欧洲各地为代表的沟渠输水时期,存在沟渠排水系统和蓄水池;19世纪后半期到20世纪后半期以欧美发达国家和部分亚洲国家为代表的无处理快速输送时期,广泛应用链接排污渠,开始建设地下管网;1972年美国净水法案颁布至今全球各大小城市应用的末端处理快速输送时期,污水处理开始受到重视;20世纪末至今以欧美发达国家、日本、中国等先进城市为代表的低影响开发时期,最大限度实现雨水的自然积存和再利用[1]。自二十世纪末以来,为解决城市内涝问题与实现可持续发展,国外的一些发达国家开始致力于对雨水资源管理运用的研究,国内依据本国地质气候条件,也开展了关于城市绿地系统的设计开发,为低影响开发和“海绵城市”的建设积累了宝贵的实践经验。

一、国外研究现状

美国在20世纪70年代就提出了“最佳流域管理措施”(Best Management Practices,简称BMP)的概念,在80年代又提出了重视水质管理BMPS的概念[2]。到了20世纪90年代末,美国马里兰州的乔治王子郡和西北地区的西雅图市、波特兰市共同提出了“低影响开发”(又称低冲击开发,Low Impact Development,简称LID)建设理念——一种暴雨管理和面源污染处理技术。其基本原理是在人工系统的开发建设活动中,尽最大可能减少对自然生态系统的冲击和破坏[3],强调恢复自然水文状态的建设开发,实现生态循环的良性发展。在城市道路方面,低影响开发通过生态植草沟、下凹式绿地、地下蓄渗、透水路面等生态滞留技术从源头控制降雨径流与污染,“绿色基础设施”的建设理念也是在此基础上提出来的。绿色道路的建设也经历了多次发展,最初即在道路源头利用道路绿化建设不同的低影响开发设施管理城市道路雨水径流[4],之后发展成对道路红线内外城市片区雨水径流实行综合管理的建设方法,综合各种类型雨洪管理措施进行道路建设。

澳大利亚的传统的城市建设模式导致了城市雨水径流的污染加重,洪峰流量增加,河道形态和稳定性发生改变,水质恶化,生物多样性大幅度降低等水问题突出[5]。为此,澳大利亚联邦政府于20世纪80年代开始对水行业进行改革,水敏性城市设计(Water Sensitive Urban Design,简称WSUD)在对传统的城市发展和雨洪管理模式的反思中应运而生。水敏性城市设计建设理念是通过在城市水循环视为一个整体,将雨洪管理、供水、污水管理一体化,强调用城市规划和设计的整体分析方法来改善水文过程的资源利用,使城市规划与城市水循环管理系统有机结合并达到最优化[6]。在城市道路方面,水敏性城市强调最小化投入排水管网的改造费用,同时在道路断面设计中引入道路植草沟建设比、道路绿化率指标,降低城市不透水铺装的面积,以尽最大可能滞留、收集雨水[7]

德国道路的雨洪管理在欧洲国家中具有代表性,尤其以雨水截污处理、渗透、蓄滞利用系统最为出色。20世纪80年代末,德国推出了《雨水利用设施标准》,该标准标志着德国雨水利用技术的成熟和进步;进入21世纪以来,保护生态环境、保持生态平衡的相关政策和标准逐渐完善,目前已形成了完备的雨水利用与排放政策体系[8]。德国城市道路雨水在汇入管道需初步截污处理,以拦截滤掉径流中的垃圾和污染物并设置有截污挂篮;城市道路使用可渗透的铺地砖,以降低雨水径流系数减小径流;行道树种植池土壤上覆盖孔隙度高的砾石、疏松的树皮或碎屑等自然材料,一方面加强地表径流渗透,一方面阻拦过滤污染物[9]。德国的道路雨水建设已形成了雨水收集至排水系统排入蓄水池补给地下水的一体化雨洪管理系统。

其他诸如日本的雨水贮留渗透计划[10]、英国的可持续城市排水系统(SUDS)[11]、新西兰的LIUDD模式[12],均是以科学管理雨水径流为最终目标,从源头解决洪涝与雨水资源浪费问题。

二、国内研究现状

与欧美国家相比,我国关于低影响开发的建设理念起步较晚。住房和城乡建设部海绵城市建设技术指导专家委员会副主任委员、北京大学建筑与景观设计学学院院长、北京土人景观与建筑规划设计院长俞孔坚,于2003年1月出版的《城市景观之路:与市长交流》一书中提出“河流两侧的自然湿地如同海绵,调节河水之丰俭,缓解旱涝灾害”的说法,用“海绵”比喻自然系统调节洪涝的能力,至此,“海绵”概念首次在国内被提出[13]。2009年,湖南省长沙市建设委员会发布《长沙市绿色道路设计导则(试行)》等五个地方技术标准,对道路系统雨水渗透、集蓄和补给三个方面进行了关于绿色道路建设的阐述[14]。2012年4月中国北京大学在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中首次提出“海绵城市”一词[15]。住房和城乡建设部于2014年2月17日发表的《住房和城乡建设部城市建设司2014年工作要点》中首次提出海绵城市的概念,2014年10月,住房和城乡建设部出台了《海绵城市建设技术指南》[16]

由于国内低影响开发和“海绵城市”建设理念的兴起,国内越来越重视市政道路设计中的雨水管理系统。2009年,长沙市建设委员会发布了“长沙市绿色道路设计导则”,其中要求人行道采用透水铺装、道路绿带与雨水控制利用相结合等[17]。2010年,深圳市光明新区在门户区南片区1.8平方公里范围内开展了23条市政道路(总长度17公里)的低影响开发设计,路面均采用透水沥青,厚约5厘米,下面依次为砾石层与路基;两侧绿化带采用下凹式植生滞留槽,雨水口设于绿化带内,雨水口高程高于绿地约5厘米;道路路牙采用孔口道牙,下雨时,路面雨水很快经透水沥青入渗,经下层砾石层储存、汇流至道路一侧的边沟,再流入下凹式植生滞留槽入渗,超渗雨水经雨水口流至市政雨水管道[18]。在2011年建成的北京经济技术开发区科创十七街,由于道路南侧为凉水河,北侧与蓄洪区毗邻,受建设条件的控制,没有条件采用雨水管直接排水。因此,在设计中以道路低影响开发为目的,通过道路横断面、竖向设计及生物滞留带、植草沟、透水砖铺装实现道路径流调蓄和排放[19]

综上所述,发达国家相关研究起源较早,针对不同的道路雨水问题提出了不同的道路雨洪管理模式,具有较为完善的技术措施、应对方法以及建立了相关的法律法规,其建设实例具有很高的系统性和联通性,使其能够形成低影响开发与原有城市建设有机结合的科学管理体系。反观国内关于雨洪管理模式的研究,“海绵城市”的设计建设理念是从低影响开发理念的基础上发展而来的,当前仍处于探索学习的初级阶段。虽然国内部分城市颁布了相关的法律法规,各地区也陆续开展相关研究建设,但总体来说比较笼统。由于不具备完善的理论和技术体系,造成了海绵城市技术规划和工程技术实践上的脱节。可以说,我国对“海绵城市”的探索还有很长一段路要走,“建立完善的理论体系,深入研究其作用机理和技术措施,健全相关的法律法规,发展LID相应产业,在实践中找寻适合国内地理环境条件的低影响开发策略”将有利于解决日益严重的城市水问题,促进“海绵城市”的建设以及可持续发展。

参考文献

[1]李和谦.北方海绵城市道路景观设计方法研究[D].天津.天津大学,2015.

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