摘要:针对当前城市排水系统存在的绿色设施与灰色管网衔接不畅、生态功能与排水目标相互割裂等问题,本文立足于城市自然水文循环规律,提出基于排水系统“四网协同”理念。该理念强调统筹路网、管网、水网、林网的功能布局与衔接关系,构建“传输-转输-调蓄-净化”一体化的闭环式雨水管理体系。本文探讨了道路排水系统作为“四网协同”关键载体的复合功能定位,系统阐述了其与管网的水力匹配与流程协同、与水网的调蓄匹配与生态相容、与林网的空间融合与植被适配等衔接要求。在此基础上,提出了城市道路分级排水设计策略,为提升城市排水系统韧性、推动城市水系统可持续发展提供参考。
01 引言
随着我国城市化进程持续加速,城市开发导致下垫面急剧硬化,城市内涝、径流污染等城市水系统问题日益突出。传统排水系统设计以“快排”为主,忽视了水系统自然循环过程,不仅易造成城市排水管网的峰值负荷加剧,还造成了雨水资源的流失。随着海绵城市建设理念的提出,排水系统设计向“减排”转变,在提升城市排水防涝能力的同时,优先实现雨水的就地留存,借助自然力量完成排水,最终构建起自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市。近年来,韧性城市理念的提出对城市排水系统提出了更高要求。排水系统既要能够应对常规降雨下的径流减排与生态净化,也需具备超标降雨条件下的行泄通道功能,以确保极端天气下城市生命线工程的安全运行。
城市道路在城市建设用地中占比超过30%,是城市最主要的不透水下垫面类型之一。因此,道路排水系统是城市排水系统的重要组成。在海绵道路技术方面,国外研究起步较早,已形成了效仿自然排水方式的可持续发展理论、技术和管理体系。如美国波特兰市从2003年开始探索绿色道路建设,在进行市政道路设计及改造过程中,采用生态手法处理路面雨水径流,使雨水自然入渗充分补充地下水资源,改变传统的城市雨水管理模式。美国《道路绿色手册》(《Green Streets Handbook》)提出基于海绵城市理念的绿色道路概念,并详细介绍了适用于道路工程的各项低影响开发技术措施。德国在全世界率先提出采用路面透水结构,保证雨水能自然入渗,充分补充地下水。目前,国内关于海绵道路的研究集中于低影响开发单项技术的效能分析(如透水铺装、生物滞留设施)及其在道路横断面上的集成应用,且以道路红线范围内的工程性设计为主,缺少从城市层面的水系统循环设计,导致道路系统中绿色源头设施与灰色排水管网往往各自为政,排水与生态功能脱节,缺乏系统性整合,造成城市道路生态功能缺失、污染转移与内涝风险与水资源浪费等诸多问题。
为此,本文以城市自然水文循环规律为根本,统筹路网、管网、水网、林网的功能布局与衔接关系,提出基于“四网协同”理念的道路排水系统设计思路,从道路排水系统的功能定位、多网衔接要求及分级设计策略等方面展开系统探讨,探索兼具生态协同、资源利用与雨洪防控功能的城市道路排水系统设计路径,以期为新时期城市道路排水系统规划建设提供系统性的理论支撑。
02 “四网协同”理念
理想的城市排水系统应是一种与区域自然地理条件高度适应且有机融合防灾韧性、生态效益与景观品质的新型基础设施。其构建需模拟自然水文循环过程,依托三大相互关联的核心维度推进。一是在水安全层面,需通过提升系统性内涝防治能力,强化城市应对极端降水事件的韧性;二是在水环境层面,需有效控制面源污染负荷,减轻或避免对受纳水体的环境质量造成影响;三是在水生态层面,增强生态系统的自我调节与服务功能。因此,推动排水、生态、景观及市政管网等系统在功能耦合与空间布局上实现一体化融合,才能实现排水系统从单一功能向复合功能载体的根本转型。
城市水文循环是一个涉及多要素耦合作用的动态过程,其核心支撑是由路网、管网、水网与林网共同构成。“四网”在水文循环过程中承担着不同但互补的关键作用。其中,路网作为城市主要下垫面载体,是雨水径流的源头生成与初始传输载体,决定了雨水径流的产生方式与导排方向;管网作为人工雨洪转输系统,承担常规雨水收集、转输与排放功能,是城市快速排涝的基础保障;水网作为城市天然行泄、调蓄与净化空间,是雨洪消纳、水资源调蓄的核心载体;林网作为生态缓冲与净化体系,通过植被截留、土壤入渗与生态涵养,实现径流削减、水质净化与生态连通。因此,通过优化路网、管网、水网、林网的空间布局与功能配置,构建“传输-转输-调蓄-净化”闭环式雨水管理体系,可以实现城市雨洪管理与生态保护。
图1 “四网协同”理念雨水管理体系框架图
03 “四网协同”理念下的道路排水系统规划设计
3.1 道路排水系统的核心作用
道路排水系统作为人工纽带,是“四网协同”理念落地的重要载体。随着海绵道路、行泄通道等设计理念的提出,道路排水系统突破了传统排水通道的单一导排功能,成为集雨洪传输、径流净化、生态连通、资源利用于一体的复合性功能载体。一方面,其承接路网地表径流,实现雨水从道路到管网、水网的有序导排,有效缓解管网排水负荷,降低城市内涝风险;另一方面,道路排水系统与林网深度融合,在雨水径流传输过程中同步完成污染削减,实现雨水自然净化;此外,当管网转输能力不足时,道路排水系统作为行泄通道可承接管网溢流雨水,为多余雨水提供应急出路,同时结合调蓄设施实现雨水临时储存,为雨水资源回收利用创造条件。因此,通过优化道路排水系统设计,实现路网、管网、水网、林网的有效衔接,可解决城市生态空间的连通性断裂问题。
3.2 道路排水系统衔接要求
处理好道路排水系统与路网、管网、水网、林网衔接的关键节点,实现水力联通与功能复合,是“四网协同”理念落地关键。在道路排水系统设计中,不仅要落实海绵理念,通过海绵道路实现径流减排净化需求,还应统筹考虑道路作为行泄通道的雨洪转输功能,推动节点设计从单一的水力衔接向多功能协同转换升级。
当道路承担行泄通道功能时,需与路网竖向规划、道路断面设计及路缘石形式深度协同。竖向规划上,需顺应道路纵坡与横坡,形成重力流导排路径,避免逆向导排导致的径流淤积;道路断面设计上,需根据道路等级与径流特征,合理规划行泄通道的位置与断面形式,主干路可利用绿化退线布设行泄通道,支路、社区道路可结合人行道、绿化带布设小型行泄设施;路缘石形式上,摒弃传统立式路缘石,采用下凹式、渐变式路缘石开口,确保路面径流无阻碍导入行泄通道,同时在开口处布设缓冲、沉淀设施,减少泥沙淤积。
道路排水系统与管网的协同衔接,需考虑水力匹配、流程协同与应急互补。水力匹配上,道路排水系统的设计流量需与管网的排水能力相匹配,避免过量径流进入管网导致漫溢;在流程协同方面,二者宜采用“并联”运行模式,常规降雨时径流经行泄通道生态净化后,通过环保雨水口进入管网实现高效排放,超标降雨时行泄通道则作为应急载体承接超出管网能力的径流,发挥防控功能;在衔接节点层面,应在环保雨水口、溢流井等关键位置布设流量控制与水质净化设施,确保入管网径流水质达标,防止管网淤积与污染。
道路排水系统与水网的协同衔接,需注重调蓄匹配、水质保障与生态相容。在调蓄匹配上,道路转输的设计径流总量应与水网调蓄能力相适配,避免过量排入导致水体漫溢;在水质保障方面,应在地表径流汇入水网前布设雨水净化设施,确保排入水体的雨水水质符合要求;在生态相容方面,二者衔接处宜采用生态护岸、滨水绿地等设计手法,实现道路排水系统与水网生态空间的无缝融合,确保水体生态系统稳定性。
道路排水系统与林网的衔接,需考虑空间融合、功能协同与植被匹配。在空间融合方面,行泄通道应优先利用林网生态空间布设,实现通道与绿廊的空间一体化,集约利用建设用地;在功能协同方面,将林网的生态净化、水土保持功能与雨洪导排功能有机叠加,实现径流传输与生态净化的同步进行;在植被匹配层面,道路沿线及绿化退线植被配置应与林网植被体系相衔接,优先选用本土化、耐水湿且净化能力强的植物品种,形成连续的植被净化廊道,提升径流全程净化效率。
3.3 城市道路分级排水系统设计
在路网体系中,不同等级道路因其交通功能与服务定位的差异,在道路排水系统中也承担着差异化的功能。厘清各级道路的功能角色,是实现“四网协同”理念下道路排水系统精细化设计的基础。
主干路作为城市路网的核心“主动脉”,承担着区域交通枢纽与空间骨架的关键职能,其道路红线范围内通常不赋予路面行泄功能,而是将排水核心任务置于两侧绿化退线空间。因此,主干路路面系统需聚焦常规径流快速收集与排除。一方面可通过合理设置1.5%—2%道路横坡与纵向排水坡度,引导道路红线内机动车道、非机动车道及人行道降雨径流汇入两侧机非隔离带或侧石开孔等排水设施,保障路面不积水、交通畅通,减轻市政管网瞬时排放压力。另一方面非机动车道及人行道可采用透水铺装,增强雨水下渗,减少径流总量。而主干路两侧绿化退线空间因承担着排水核心任务,设计过程中需从多维度统筹考量:一是作为区域超标径流行泄载体,需通过设置0.3%—0.5%行泄坡度及生态边沟、溢流通道,承接路面、道路红线外地块的超标雨水;二是衔接水网调蓄功能,通过生态边沟、溢流口等设施与周边调蓄塘、湿塘、雨水花园等水网节点精准衔接,实现超标雨水的临时滞蓄与转输,强化雨洪调蓄能力,推动水网与林网的功能融合;三是形成管网兜底保障,在绿化退线内合理设置溢流节点,当雨量超过路面、退线及公园调蓄系统的综合处理能力时,将多余径流安全导入市政雨水管网,避免行泄通道过载。
图2 雨水径流导排图
次干路作为城市路网的“联络动脉”,上承主干路的统筹调度功能,下接支路的精细化落地需求。在功能定位上,它不仅是区域交通通行空间,还承担着径流行泄、生态净化及市政管线集成等多重任务。因此,其断面设计需统筹区域排水需求与沿线多元用地功能,科学划分机动车道、非机动车道、人行道、绿化隔离带及排水设施带等功能分区,推动路网与水网、林网、管网的空间精准衔接与复合利用。在具体设计中,一方面需优化道路竖向坡向设计,采用“双向坡为主、局部单向坡补充”的方式,合理设置坡率,将路面降雨径流有序导引至路侧绿化隔离带或专用排水通道,同时严格把控标高协同,确保与周边商业广场、居住小区等地块的排水系统顺畅衔接,避免出现水力梗阻或积水倒灌;另一方面需在路侧预留充足的林网建设空间,并结合水网蓄排空间的布局规划,构建“道路排水—绿化净化—水系消纳”的一体化空间衔接链条,充分发挥“四网协同”的综合效益。
支路作为城市路网的“毛细血管”,是“四网协同”向建设末端精细化延伸的关键载体,不仅要实现“源头减排—过程控制—末端缓冲”的全流程雨水管理,还需适配商业、商住等多样化用地需求。其设计应以“径流有序导引”为核心,依托优化断面功能划分与竖向坡向设计,深度融合路网“导排”、水网“消纳”、林网“净化”与管网“兜底”功能,通过强化道路的传输与连接功能,实现道路层级“四网”功能的协同整合。
04 结论
本文基于城市水文循环规律,提出了“四网协同”理念,为城市排水系统的转型升级提供了系统性解决路径。道路排水系统作为推进“四网协同”落地的关键载体,在海绵城市、韧性城市等理念的推动下,已突破传统单一导排功能,演进为集雨洪传输、径流净化、生态连通、资源利用于一体的复合功能载体。在系统协调层面,道路排水系统与管网的协同中需注重水力匹配与流程协同,与水网的衔接中强调调蓄匹配与生态相容,与林网的融合中推进空间统筹与植被适配。在分级设计层面,主干路依托绿化退线承担径流收集与超标行泄功能,次干路通过断面分区构建“排水—净化—消纳”一体化衔接链条,支路则作为末端载体实现源头减排与过程控制。探索基于“四网协同”理念的道路排水系统的功能复合化、衔接精细化与设计分级化路径,为提升城市排水系统韧性、推动城市水系统可持续发展提供了新的参考。
来源:水业圈