1、315海绵型道路规划设计方法及环境效益评价体系研究杜骋，张皓东，潘友强，尹朝恩（江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 2 11800）摘 要：针对城镇化道路交通建设带来的城市内涝、径流污染等问题，本文提出海绵型道 路概念，并根据其功能特点建立海绵型道路规划设计方法及环境效益评价体系。首先明确 海绵型道路建设目标：雨天安全通行、径流总量控制、径流峰值削减、径流污染控制；其 次，基于政策性指导要求及已有的上位规划，确定海绵型道路规划控制指标的基准值并通 过权重分析确定主次控制指标；接着，根据规划设计单元建设条件对基准值进行上浮或下 调 并 对 规 划 控 制 指 标 进 行 分 解 和 落
2、实 ； 最 后 ， 采 用 踏 勘 验 证 法 、 对 比 监 测 法 、 监 测 -模 拟 联 合法对海绵型道路环境效益进行评价，得出径流总量控制和径流污染削减效果。 关 键 词 ： 海 绵 型 道 路 ； 规 划 设 计 ； 环 境 效 益 评 价 ； 径 流 总 量 控 制 ； 径 流 污 染 削 减Research on Sponge-Type Pavement Planning and Design Method and Evaluation System of Environmental BenefitsDU Cheng,ZHANG Haodong,PAN Youqiang, YI
3、N Chaoen（ Jiangsu SinoRoad Engineering Research Institute. Jiangsu Nanjing, 211800）Abstract:To solve the problems of urban water logging and runoff pollution brought by the urbanization road construction,the concept of sponge-type roadwas put forward,and its planning and design method and environmen
4、tal benefit evaluation systeme was stablished according to its function characteristics.First of all,the target of the sponge-type road constructionwas cleared: safe passage in rainy days, total runoff control, peak runoff reduction and runoff pollution reduction;Secondly,based on the policy guidanc
5、e requirements and the existing upper planning, the reference value of the sponge type road planning control index was determined and the primary and secondary control indexes were determined through the weight analysis;Then,the reference value was floated or lowered based on it,and the planning con
6、trol index was decomposed and implemented.Finally,the exploration verification method,comparative monitoring method and monitoring-simulation method were used to evaluate the environmental benefits of the sponge type road,and the results of runoff total amount control and runoff pollution reduction
7、were obtained.key words:spong-type road; planning and design; evaluation of environmental benefits;total runoff control; runoff pollution reduction316随着我国社会和经济发展，可持续发展、人与自然和谐发展得到广泛认同。海绵城市建设是修 复城市水生态、涵养水资源，增强城市防涝能力、提高新型城镇化质量的重要举措，是城市发展理 念和建设方式转型的重要标志。海绵城市 00 从宏观上与城市道路、地下管线、综合管廊等系统有着紧密的联系。其中道路占据 建成区面积
8、的 10%25%， 是 连 接 城 市 内 部 、 城 市 与 农 村 、 城 市 之 间 的 走 廊 。 道 路 也 是 地 表 径 流 的 主 要载体，是人们室外活动的重要空间，也是汽车燃料、有害固体颗粒、尾气等污染物分布最集中的 区域。城市内涝的发生往往是从道路壅水开始，城市中道路积水是对人们生活和出行影响最大的， 因而建设海绵型道路即关键又迫切。海绵型道路的概念是指在保证道路交通安全和结构耐久性的前 提下，在路域范围内，通过路基路面、路侧绿化及灰色附属设施，综合采用渗透、储存、调节、转 输、截污净化等技术措施，实现对雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。其规划设计体系内容包 括建设目标和
9、落实途径的分析、设计流程、环境效益评价体系。1 海绵型道路建设目标和落实途径根据海绵型道路概念可以确定其总体目标为：在保证道路交通功能和安全性的前提下，控制径 流峰值，缓解道路内涝，提高超标降水时道路的可通行性，降低径流总量，缓解城市各级管网排水 压力，削减道路面源污染，促进雨水下渗、回补地下水。1.1 雨天安全通行目标海绵型道路建设从根本上属交通运输基础设施范畴，因而海绵型道路的基本需求还是保证交通 安全和通行能力。首先，海绵型道路应在超标降雨条件下具备基本通行能力。例如，镇江市在海绵城市建设过程 中就提出有效应对 30 年一遇降雨的目标，即保证城市主要道路在 30 年一遇降雨中至少有一个车
10、道 的积水深度不超过 15cm， 保 证 主 要 道 路 的 基 本 通 行 能 力 。 第 二 ， 海 绵 型 道 路 在 吸 纳 雨 水 后 应 保 持 承 载能力、稳定性、耐久性。1.2 径流总量控制目标理想状态下，径流总量控制目标应以开发建设后径流排放量接近开发建设前自然地貌时的径流 排 放 量 为 标 准 。 一 般 情 况 下 ， 绿 地 的 年 径 流 总 量 外 排 率 为 15%20%（ 相 当 于 年 雨 量 径 流 系 数 为 0.150.20） ， 借鉴发达国家实践经验， 年径流总量控制率最佳为 80%85%0。 这一目 标主要通过控制 频率较高的中、小降雨事件来实现。
11、以南京市为例，当年径流总量控制率为 80%和 85%时 ， 对 应 的 设计降雨量为 30.5mm 和 37.8mm， 分别对应约 0.5 年一遇和 1 年一遇的降 雨量（2h 降 雨历时） 。对具体的海绵型道路的项目，仍需考虑道路建设前的径流排放量与地表类型、土壤性质、地形 地貌、植被覆盖率决定所能达到的径流量和当地水资源禀赋情况、降雨规律、开发强度、低影响开 发设施的利用效率以及经济发展水平等因素，从空间规划和经济性的角度综合确定一个合理的控制 率。1.3 径流峰值削减目标317图 1 不同开发模式对径流过程的影响海绵型道路的径流峰值控制效果受降雨频率与雨型、低影响开发设施建设与维护管理条
12、件等因 素的影响。一般海绵型道路系统对中、小降雨事件的峰值削减效果较好，对特大暴雨事件，虽仍可 起到一定的错峰、延峰作用，但其峰值削减幅度往往有限。为保障道路在强降雨下的通行能力，一 般要依赖道路排水设计与城市雨 水 管渠地衔接 。 同时 ， 海绵型道路是 城 市内涝防治系统的重要组成， 应与城市雨水管渠系统及超标雨水径流排放系统相衔接，建立从源头到末端的全过程雨水控制与管 理体系，共同达到内涝防治要求。1.4 径流污染控制目标国内外对汇水面的雨水径流水质进行了大量研究，结果表明：路面雨水径流水质污染状况最为 严重，尤其是初期径流污染严重程度甚至超过生活污水。其主要污染物包括有机物化学需氧量（
13、以 下简称 COD） 、总悬 浮固 体量（ 以 下简称 TSS） 、重金属和石油类物质 含量 0，其浓度 随降雨及 路面 污染物累积状况而发生随机变化，对水环境造成严重影响。径流污染物控制目标落实需通过分析、评测径流各组分污染物对城市水环境污染物的贡献度， 结合城市或地区对水环境的要求，确定年径流总量控制率，同时明确对径流污染的控制方式，选择 合理的低影响开发设施 0。2 海绵型道路规划设计流程和方法由于海绵型道路作为交通基础设施和海绵城市基础设施的双重特点，其建设目标是多重的，其 规 划 设 计 的 流 程 和 方 法 不 同 于 以 往 常 规 道 路 。 海 绵 型 道 路 的 规 划
14、设 计 流 程 和 方 法 如 图 所 示 。318海 绵 城 市 政 策 要 求城 市 总 体 规 划 要 求交 通 专 项 规 划 要 求项 目 业 主 特 殊 需 求主 要 控 制 指 标次 要 控 制 指 标最 终 规 划 控 制 指 标 值建 设 需 求 规 划 控 制 指 标 基 准 值 规 划 设 计 单 元 划 分 影 响 因 素年 防 面 雨 径 内 源 水 流 涝 污 资总 设 染 源 量 计 化 控 重 削 利制 现 减 用率 期 率 率区 生 水 周 社 域 态 文 边 会 降 环 地 开 人 水 保 质 发 文控 制 指 标 重 要 性 排 序 权 重 系 统控 制
15、指 标 值 上 浮 下 调 评 分 量 表综 合 评 分详 细 规 划 指 标 详 细 设 计 指 标 海 绵 建 设 等 级图 2 海绵型道路规划设计流程与方法2.1 海绵型道路规划设计单元划分同一条道路在以不同宽度范围和不同段落作为考虑对象单元时，规划设计的目标和关键控制因 素均会有不同，合理的对象单元的划分甚至直接影响到设计目标的可实现性和合理性。因而对海绵 型道路规划设计对象单元范围的界定是第一步。对于新建道路项目，海绵型道路规划设计纵向界限适宜在道路建设和管理段落的基础上，保持 道路下垫面路基土的类型和渗透性、路侧场地条件（如均为硬化建筑边界或为自然绿地等）等一致 为原则，进行海绵型
16、道路规划段落的划分。对于改造项目，则以道路现状同一汇水分区内排水条件 及路侧场地条件一致的段落作为考虑单元。无论对于新建还是改造项目，规划设计指标在同一工程 不同段落也应有所区别，因地制宜。但同一个工程中不同的划分段落应避免过分零碎，各段落长度 应大致相当，以保证指标的实际指导意义。2.2 规划控制指标的确定和调整规划控制指标直接反映了海绵型道路的建设目标，是进行规划设计的基础性指标。为了保证规 划控制指标的科学性，本文提出在指标基准值基础上进行微调修正的流程方法，具体步骤如下：（1） 根据政策性指导要求及各目标已有的上位规划， 确定海绵型道路规划控制指标的类型及其 基准值；（2） 根据区 域
17、海绵型道路建设需求， 先定性评估规划控制指标的重要性， 再根据具体项目条件， 通过权重分析对规划控制指标的重要性进行排序，确定主次控制指标；（ 3） 根 据 具 体 道 路 项 目 的 建 设 条 件 ， 收 集 资 料 ， 分 析 对 控 制 指 标 有 影 响 的 各 种 因 素 ， 对 影 响 程 度进行量化评价，根据评价结果对规划控制指标值进行上浮和下调。2.3 规划控制指标的分解和落实规划控制指标具有指导性和总体性的特点，但在具体规划设计中使用不便，需要分解成可实施319的规划和设计指标，进行具体的落实。（1） 首先， 将规划指标在道路路域范围内分配到透排水路基路面、 路侧 LID
18、设施上， 确定各部 分的单位面积控制体积、下沉式绿化带及透水铺装的面积比例等总体布局量值，作为详细规划的指 标值。（3） 其次， 在上一步确定的道路铺装和路侧 LID 的平面布局的基础上， 对横、 竖向 断面的布置 进行进一步的明确。 根据水文水力计算模型的需求， 对反映道路断面、 路基路面结构材料和路侧 LID 设施的储水能力的参数 （铺装材料和介质土的有效空隙率、 蓄水体的储水深度） 、 渗透下渗能力的参 数 （铺装材料饱水与半饱水条件下的渗透系数、 下渗系数） 、 排水能力参数 （路缘石开口比例、 雨水 口间距）和污染物削减能力的参数（如透水铺装材料对特定污染物的削减率、LID 设 施
19、种 植 土 对 污 染物的削减率）等进行变化，根据径流总量过程、峰值过程和污染物浓度的水文模拟的结果，对照 规划控制指标的结果进行验证。3 海绵型道路环境效益评价体系研究海绵型道路环境效益评价体系主要包括：年径流总量控制评价、污染物负荷削减评价。评价周 期 设 定 为 建成 后 运 维 考核 周 期 （ 月度 、 季 度 、年 度 ） 。 评 价考 核 方 法 主要 包 含 踏 勘验 证 法 、 （ 对比 ） 监 测 法 、 监 测 -模 拟 联 合 法 。 年 径 流 总 量 控 制 评 价 采 用 踏 勘 验 证 法 、 监 测 法 、 监 测 -模 拟 联 合 法 ； 污 染 物 负 荷
20、 削 减 评 价 采 用 对 比 监 测 法 、 监 测 -模 拟 联 合 法 。3.1 年径流总量控制评价方法踏勘验证具体流程如下：首先对低影响开发设施的布局、规模等参数进行初步判断；然后对各 类设施所在的汇水分区进行设施可有效控制径流体积的核算；最后根据区域内所有设施控制的径流 体积推算累积控制的雨水径流体积，据此分析控制的雨水径流体积对应的年径流总量控制率。再依 据施工图纸核算的基础上， 通过现场踏勘， 验证低影响开发建成设施的运行是否能发挥预期的效果。 监测评价具体流程如下：基于设计降雨量，选择有代表性的日降雨（要求“降雨量设计降雨 量 ”） ； 然 后 使 用 流 量 计监 测 当
21、日 的外 排 径 流 体积 ， 计 算 雨 水 控 制 体 积和 控 制 雨 量； 最 后 通 过比 较 控 制雨量 H 控 与设计降雨量的大小关系来评估年径流总量控制率是否达标。 将 H 控 与设计降雨量进行比较，如果 H 控 都不小于设计降雨量，则年径流总量控制率达标。 监测与模拟联合考核的具体流程如下：选择典型降雨场次，对试点区域的场次降雨径流传输过程进行监测；结合实测的降雨数据，构建试点区域雨水系统模型，将流量、水深、积水时间等监测 数据用于率定、验证模型参数；将全年所有场次的降雨输入模型，利用率定得出的模型参数，模拟 试点区域的外排体积总量和控制雨水径流量，据此计算年径流总量控制率。
22、3.2 污染物负荷削减评价方法对比监测是指选择与试点区域相似的对比区域，包括面积、下垫面构成、竖向高程等，对两者 进行同步监测。通过对海绵型道路进行合理布点采样和监测，进行各低影响开发设施的处理效率核 算，得到各处理环节污染物负荷实际削减率。海绵城市建设区域内的河湖水系水质不低于地表水 环 境 质 量 标 准 IV 类标准，且优于海绵城市建设前的水质。监测与模拟联合是指通过模型模拟两种开发方式下试点区域的降雨径流污染物负荷，进而针对320两种模式之间的数值差异，进行污染物负荷实际削减率计算。 针 对 降 雨 径 流 污 染 物 状 况 ， 水 质 监 测 因 子 初 步 确 定 为 温 度 、
23、 pH、 悬 浮 物 、 高 锰 酸 盐 指 数 、 石 油类、氨氮、总磷。3.3 海绵型道路环境效益评价考核步骤以 监 测 -模 拟 联 合 法 为 例 ， 海 绵 型 道 路 环 境 效 益 评 价 具 体 步 骤 如 下 ： a.选 定 监 测 点 位 ； b.布 设 监 测点位；c.连 续监测（15m in/次，每天 6 次） ，结合 气象部门提供的降雨数据、相关设计图纸、现场 勘 测 情 况 、 设 施 规 模 及 衔 接 关 系 等 进 行 分 析 ， 必 要 时 通 过 模 型 模 拟 分 析 计 算 ； d.建 立 水 质 水 量 模 型（如 MIKE 或 SWMM） ； e.
24、导入监测数据、 降雨数据、 设计图纸、 下垫面、 设施规模等； f.得出实际 年径流总量、污染物削减等数据。4 结语针对城镇化道路交通建设带来的城市内涝、径流污染等问题，本文提出海绵型道路概念，并对 海绵型道路规划设计方法及环境效益评价方法进行阐述。 首先明确海绵型道路建设目标和落实途径， 接着对海绵型道路规划设计单元进行划分，通过权重分析得出主次控制指标，然后根据项目自身条 件对基准值进行上浮和下调并对规划控制指标进行分解和落实，最后提出海绵型道路环境效益评价 方法踏勘验证法、 对比监测法、 监测- 模拟联合法， 实现对径流总量控制和径流污染削减效果的评估。参考文献1住 房 和 城 乡 建
25、设 部 . 海 绵 城 市 建 设 技 术 指 南 低 影 响 开 发 雨 水 系 统 构 建 （ 试 行 ） S. 2014.2车 伍 ,赵 杨 ,李 俊 奇 ,等 .海 绵 城 市 建 设 指 南 解 读 之 基 本 概 念 与 综 合 目 标 J. 中国给水排水. 2015, 2(08):1-5.3王 文 亮 ,李 俊 奇 ,车 伍 ,等 .海 绵 城 市 建 设 指 南 解 读 之 城 市 径 流 总 量 控 制 指 标 J. 中国给水排水. 2015,31(08):6-12.4车 伍 ,刘 燕 ,李 俊 奇 . 国 内 外 城 市 雨 水 水 质 及 污 染 控 制 J. 给水排水, 2003, 29(10):40-44.5申 丽 勤 , 车 伍 ,李 海 燕 ,等 .我 国 城 市 道 路 雨 水 径 流 污 染 状 况 及 控 制 措 施 J. 中 国 给 水 排 水 ,2009,25(4):23-28.
