高速公路海綿服務區LID設施研究

韋 瑋 楊 青

高速公路海綿服務區LID設施研究

韋 瑋 楊 青

（廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530022）

文章以海綿城市建設理論為依據，采取低影響開發理念，選取滲透路面、滲透式植草排水溝、綠色屋頂、集雨綠色生態系統、土壤入滲改良劑、滲排一體化系統等作為海綿服務區建設的應用設施，進行了建設要點研究分析，為高速公路海綿服務區LID設施的選取提供借鑒。

高速公路；服務區；海綿；雨水利用；LID設施

引言

近年來我國高速公路建設發展迅速，與此同時服務區的數量也隨之不斷增加。在當前“綠色交通”已經成為行業發展戰略決策這一背景下，服務區建設需要堅持可持續發展的理念，積極開展低碳節能設計[1]。廣西是全國降水量比較多的地區之一，大部分地區年平均降雨量處于1 200 mm～2 200 mm范圍，雨水資源豐富，在高速公路服務區建設中，結合實際情況，可借鑒海綿城市技術體系，建設海綿服務區，針對服務區范圍內綠地、廣場、道路、屋頂等不同位置所產生的徑流，進行收集、下滲和儲存利用，可以達到充分利用水資源、涵養地下水，控制雨水徑流污染、減輕地方防洪壓力的目的。

1 傳統服務區雨水管理現狀

傳統服務區建設對自然環境的破壞比較大，且忽略雨水的生態作用和利用價值，雨水利用程度較低，歸納起來在雨水管理模式上表現出以下特點：（1）服務區路面硬化鋪裝、建筑屋面的建設等都極大地降低了服務區范圍內的植被覆蓋率、不透水面積比重較大，導致地表原有的吸水儲水能力遭到破壞，綜合徑流系數約為0.9，雨水匯集速度快、徑流峰值流量高，給排水管網設施帶來較大壓力[1]；（2）傳統服務區排水系統建設理念以“快排”為主，雨水處理大多通過管道迅速排放到服務區以外的農田或河流中，雨水資源利用率低，而與此同時，服務區由于遠離城鎮，取用水成本大，區域內綠化維護成本較高；（3）服務區排水設施和雨水管網規模偏小，在夏季等雨量較大的季節，很難對雨水進行快速排放，容易導致服務區排水不通暢及路面積水等問題。

2 海綿服務區LID設計方案

圖1 LID設施應用設計方案

一般而言，高速公路服務區可利用范圍較大，適宜以低影響開發（LID）為建設理念進行海綿化設計。根據區域一般特征及徑流流向，服務區可以大致分為：行車及停車區域、房屋建筑區域、休閑及人行道區域、傳統綠地區域等，可用的LID設施為滲透型、調節型、轉輸型、儲蓄型以及截污凈化型。結合高速公路服務區自身特點，進行雨水利用系統LID設計可以參考圖1。

3 海綿服務區LID設施應用

3.1 滲透路面

傳統高速公路服務區建設中，為了施工便捷往往將路面結構保持與主線相同，路面透水性能不佳，這是服務區排水不暢的主要原因之一，而采用路面各層具有較大孔隙率的滲透地面，可以促進雨水的快速下滲。高速公路服務區路面承載力要求比較高，因此透水路面可以應用在休閑及人行道區域。根據面層鋪裝的不同，透水路面可以分為透水性路面和透水磚路面，其中透水性路面主要包括透水瀝青路面和透水水泥路面。透水瀝青路面面層采用孔隙率較大（15%～20%）的材料進行鋪筑，使降雨可以通過孔隙快速下滲到結構層，有效減少區域地表徑流總量，并能對地表徑流進行初步凈化。按照不同的使用場合和功能，透水瀝青路面可以分為三種類型：Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型[2]，三種類型的透水瀝青路面對比見表1。

表1 不同類型透水瀝青路面對比

透水水泥路面是以孔隙數量較多且連續的透水水泥混凝土修建。在建設過程中，要注意橫縫鋪設的距離間隔宜為4 m～6 m，縱縫的鋪設間距應根據路面寬度在3.0 m～4.5 m之間取值；當與雨水口、排水邊溝等連接時，還需要在連接處設置漲縫[2]。按照透水程度，透水水泥路面可以分為半透水結構、全透水結構，兩種類型路面對比見表2。

表2 不同類型透水水泥路面對比

另外，透水磚路面是指應用透水磚作為道路面層材料，且具有一定孔隙及厚度的路面，該路面結構施工較簡單，具有減少地表徑流、增加雨水滲透能力以及調節局部地區小氣候等優點[3]，可以應用于服務區的人行道或休閑區域等。透水磚的應用一般要求土基的水力傳導系數大于0.001 mm/s，并且道路透水底基層距離地下水面距離應大于1 m，以減小地下水位對滲透能力的影響[2]。

3.2 滲透式植草排水溝

滲透式植草排水溝簡稱植草溝，是指利用地表溝渠進行植被的種植，雨水通過重力流收集后，在溝渠中經滲透、過濾、沉淀、吸收和生物降解等環節，實現削減徑流和水質初步凈化的目的。植草溝通常由過濾層和排水管道兩個部分組成，結構較簡單，適合地下水位相對較低的地區選用，一般可用于服務區停車場、行車道和廣場等區域。植草溝修建和維護成本較低，截留及凈化效果良好，但它對地形有一定的要求，縱坡不宜過大否則會導致水流過快，減弱截留和凈化效果；另外在夏季容易出現蚊蠅或者異味問題，需增加一些衛生防護措施。

3.3 綠色屋頂

綠色屋頂是指在建筑物或構筑物的屋頂、天臺等種植綠色植物，不僅可以削減徑流、凈化雨水，同時還可以改善生態環境以及屋頂溫度及性能等。根據種植模式，綠色屋頂可以分為粗放型、半密集型和密集型三種形式，它們之間的主要區別見表3。

表3 綠色屋頂類型及特征

不管是平屋頂還是坡屋頂都可以進行綠化屋頂設計。但需要注意的是，坡度較小時調蓄效果較好，坡度較大時有利于排水，一般選用的坡度多小于15°[6]。在植物的選用中，應優先選擇適應性強的本土植物，盡量選取植株較小和低矮的種類，以減輕屋頂荷載負荷。除了建設綠色屋頂，針對規模較小的服務區，還可以采用雨水桶作為收集屋頂雨水的裝置[4]。

3.4 集雨綠色生態系統

集雨綠色生態系統主要包括下凹式綠地和雨水花園。下凹式綠地，是指綠地高程低于周邊地面高程，這樣可以利用高差匯集地面徑流，通過綠地良好的入滲性能實現減少排水、涵養水分，其典型結構見圖2。下凹式綠地建設的關鍵是高程，要確保綠化區域高程必須低于道路高程，以便地表徑流能夠順利進入綠地，而溢流口高程應高于綠化區域且低于道路[2]，當遇到雨量較大的情況，溢流口能將過量的雨水排入排水管網，防止綠植長期浸泡于水中。地表徑流在經過綠地的過程中，不僅水量被削減，同時由于綠地滲透、沉淀、截留的作用，水中部分污染物也得以去除。

圖2 下凹式綠地典型結構

雨水花園是指天然或人工建造的凹形綠地，被用來匯集來自屋面和地面的雨水，利用植物和種植土壤層的綜合作用消納雨水并起到一定的凈化作用，其典型結構見圖3。其中蓄水區是消納雨水的主要空間，其深度推薦值為20 cm～30 cm[2]。雨水花園主要應用于建筑、停車區等不透水下墊面周邊綠地，可以結合服務區所在地區特色進行設計，具有良好的景觀價值。

圖3 雨水花園典型結構

3.5 土壤入滲改良劑

針對土壤滲透系數偏小的服務區，為了強化雨水入滲效率，還可以采用化學措施來調控降雨徑流，提高雨水利用率。其中應用得較廣泛的是利用高分子聚合物改良劑，如聚丙烯酸、聚乙烯醇等。它們可以在一定程度上提高天然團粒的穩定性，并使得分散性礦物質顆粒形成人工團粒，增加土壤團粒的含量，改善土壤孔隙度、通氣性及透水性等條件[5]，在提高雨水滲透率的同時增加了土壤的最大持水量及土壤容重。據研究[6]，京港澳高速公路駐信段信陽服務區土壤以亞粘土為主，土壤滲透系數偏小，在改擴建工程中采用聚丙烯酸按4.8%～6.0%的濃度進行強化入滲，土壤滲透率由原來的5.5×10-6m/s增加到8.53×10-6m/s，有效地減少了雨水的徑流量。

3.6 滲排一體化系統

滲排一體化系統是指雨水通過埋設于地下的滲透管渠、多孔管材或多孔雨水檢查井向四周土壤滲透，兼具雨水的儲存、收集、排放等多重功效的綜合性雨水利用設施，可以用于服務區機動車及停車范圍外的區域。圖4為滲排一體化系統典型結構剖面圖，在該系統中，雨水通過滲透管道和滲透井滲入，一部分可以存儲在周圍砂石層、滲透管或者滲透井內，當遇到雨量較大的時候，溢出的雨水可以從系統中排放至雨水處置或者回用系統。

圖4 滲排一體化系統典型結構剖面圖

4 結論

綜上所述，海綿服務區的建設可以有效地提高雨水利用率，實現水資源的節約與開發?；诟咚俟贩諈^特點，可以采用滲透型、調節型、轉輸型、儲蓄型以及截污凈化型等LID設施，能夠推進服務區再生能源利用，協調高速公路服務區水資源循環系統的平衡，助力綠色交通建設。

[1]王峰，顏正惠，黃偉樂，等. 城市雨水內澇成因及對策[J]. 中國給水排水，2017，28(12): 22-24，27.

[2] 李壯. 高速公路海綿服務區建設方案研究[D]. 西安: 長安大學，2021.

[3] 張書函，陳建剛，趙飛，等. 透水磚鋪裝地面的技術指標和設計方法分析[J]. 中國給水排水，2011，27(22): 15-17.

[4] 陸昕. 海綿城市理念下高速公路服務區低影響開發技術研究[D]. 西安: 長安大學，2019.

[5] 吳普特，馮皓. 中國雨水利用[M]. 鄭州: 黃河水利出版社，2009.

[6] 李鵬飛. 高速公路服務區雨水利用技術研究—以信陽高速公路服務區為研究實例[D]. 西安: 長安大學，2011.

Study on LID Facilities in Expressway Sponge Service Area

Based on the theory of sponge city construction, the paper adopts the concept of low impact development, selects permeable pavement, permeable grass planting drainage ditch, green roof, rain collection green ecosystem, soil infiltration improver and infiltration and drainage integrated system as the application facilities for the construction of sponge service area, carries out research and analysis on the key points of construction, and provides reference for the selection of LID facilities in expressway sponge service area.

expressway; service area; sponge; rainwater utilization; LID facilities

U417

A

1008-1151(2022)12-0058-03

2022-09-27

2021年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“綠色交通背景下高速公路開放式服務區環保綜合設計研究”（2021KY1134）。

韋瑋（1981－），廣西交通職業技術學院副教授，碩士，從事土木交通類教學和研究工作。