摘要 摘要：城市道路绿化带作为生态基础设施，对于解决城市道路路面积水有着重要作用。以石嘴山市大武口区2016年因暴雨导致城市道路内涝的问题为研究出发点，选取世纪大道为实例，通
摘要：城市道路绿化带作为生态基础设施，对于解决城市道路路面积水有着重要作用。以石嘴山市大武口区2016年因暴雨导致城市道路内涝的问题为研究出发点，选取世纪大道为实例，通过实地调研、文献综述、方案设计和建立数学模型等方法，进行道路绿化带低影响开发解决路面积水的探究，并得出相应的结论。同时，为大武口区其他道路绿化带的低影响开发提出了可借鉴的方案。
关键词：交通工程,道路绿化带,方案设计,低影响开发
20世纪90年代，低影响开发(LID，LowImpactDevelopment)和海绵城市理念的提出和发展，使得城市道路绿化带成为实现雨水收集利用的城市生态基础设施组成部分，担负着一定的生态设施功能[1]，如接纳道路路面排水、雨水收集利用与净化、降低城市道路雨洪内涝和污染、减缓路面雨水径流速度等。
我国已有部分学者针对城市道路路面排水做出了相应的研究。陈宏亮在其硕士论文中以图、文、数据相结合总结提出了LID与城市道路雨水系统四个方面的衔接关系，即城市道路雨水LID系统与平面布局、竖向、设计标准和与其他专业的衔接关系[2]。
缪勤荣通过下凹式绿化带的面积比例、下凹深度、土壤稳定入渗速率和设计暴雨重现期的分析，探明道路下凹式绿化带有着增加地下水资源、减少洪涝灾害、控制初期雨水污染等建设意义[3]。李玉芝、周围等人采用《长沙雨水计算技术导则》中的数据和公式作为依据，对下沉式道路绿化带进行雨水蓄滞能力分析、影响因素分析和优化设计三个方面的研究[4]。
西北内陆地区是我国降雨最少的地区，多数地方并不具备建设海绵城市的客观条件;但可借鉴和实施海绵城市建设的低影响开发理念和技术，如城市道路绿化带可作为“吸水海绵”进行雨水的收集和利用。
因此，本文以宁夏回族自治区石嘴山市大武口城区道路为例，抓住石嘴山市作为全国第二批水生态文明建设试点城市的契机[5]，以已出现的路面积水问题为导向，明确城市道路绿化带是城市水循环系统和水生态文明建设的重要组成部分，进行城市道路绿化带低影响开发理念借鉴和方案设计的探究。
1概念界定
1.1城市道路绿化带
城市道路绿化带，是指城市道路红线范围内的带状绿地[6]。作为城市道路的重要组成部分，其具有车辆分流、景观多样性、绿化美化、降噪防尘、视线诱导或遮挡、眩光影响等作用[7-9]。道路绿化带有分车绿带、行道树绿带和路侧绿带等[6]。分车绿带，是指车行道之间可以绿化的分隔带;其位于上下行机动车道之间的为中间分车绿带，位于机动车道与非机动车道之间、或同方向机动车道之间的为两侧分车绿带[6]。行道树绿带，是指布设在人行道与车行道之间，以种植行道树为主的绿带[6]。路侧绿带，是指在道路侧方，布设在人行道路侧至道路红线之间的绿带[6]。
1.2城市道路绿化带低影响开发
城市道路绿化带低影响开发，即通过对现有城市道路绿化带进行微改造和再开发，将其作为“吸水海绵”，吸纳降雨和路面积水。不同于“边沟—雨水口—市政管线”的传统城市道路排水，让降雨资源沿管道白白溜走，而是加以利用进行道路绿化灌溉，以减少城市道路绿化用水量、避免道路内涝发生引起交通瘫痪、提高城市道路防洪标准、降低路面面源污染等。
2研究对象、内容与方法
2.1研究对象
石嘴山市地处宁夏回族自治区北部，位于我国干旱、半干旱地区，年平均降水量180mm左右，全年降雨集中，光照充足，蒸发强烈，水面蒸发量是降雨量的7~9倍，干旱指数6.9，水资源相对匮乏[5]。节约用水、合理分配用水、循环用水和多用途用水一直是该地倡导并执行的水资源管理理念，自然降雨也同样理应被高度综合利用，在一定程度上也为城市提供绿化灌溉、河湖补给等用水。
在2016年7—8月，石嘴山市因两次暴雨而导致城市路面积水严重、雨水集聚速度快、排放慢、形成的积水不能加以利用等问题。据统计，在2016年7月23日—24日的大雨到暴雨过后，大武口区有十多条马路被淹(表1，图1)，且世纪大道、星光大道皆是城市对外的主要通道，并紧邻或穿过星海湖湿地水利风景区，路面积水若得不到适当处理将直接影响到星海湖湿地的水质及周边土壤、植被;贺兰山路、文明路、黄河街等连接着大片的城市居住用地，道路内涝导致交通阻滞，严重影响了市民的日常出行。
实地调研了解到，城市道路防洪标准可以说是一年一遇;每当大到暴雨过后城市路面积水严重，来往车辆行驶速度缓慢，部分车辆遇水后停在路中央造成了市民财产损失的同时也加大了交通事故的发生率，有车辆较快驶过时水花飞溅打在行人身上。为研究便利，进而选取该地具有代表性的世纪大道作为主要研究对象，同时对其他城区道路加以分析。
2.2研究内容
城市道路绿化带作为“吸水海绵”，是以解决道路积水问题而提出的实际对策。本文探究城市道路绿化带低影响开发，研究内容为道路绿化带土壤上表面与绿化带砌护砖石所形成的可进行蓄、滞道路积水量的空间。
2.3研究方法
本文采取的研究方法有实地调研、文献综述、方案设计、建立数学模型。通过实地调研得知城市道路路面积水情况，并对研究对象进行简单测量以获取研究基础数据;查阅相关文献为本文提供理论支撑;方案设计是与研究内容相对应的解决对策;建立数学模型以得出相应的研究结果。
3方案设计与优选
3.1方案设计
针对世纪大道实例，现提出如下5个方案(图2~6)。方案一为世纪大道的实际情况，也是大武口城区多数路段的实际情况，方案二、三、四、五为针对方案一提出的低影响开发方案，同时可灵活运用到其他道路。其中，方案一(图2)有分车绿带和路侧绿带，无行道树绿带，分车绿带砌护砖石(以下简称砌护砖石)上表面高于道路路面，路面积水因砌护砖石阻挡而并不能自行流入绿化带中，易造成道路内涝。方案二(图3)为完全下沉式道路绿化带，即砌护砖石上表面与道路路面的高度基本相同，绿化带内土壤表面(以下简称土壤表面)平整并低于道路路面，路面积水可自行排入绿化带内;方案三(图4)为半完全下沉式道路绿化带，即砌护砖石只有某处(100m/处)的上表面与道路路面的高度一致，土壤表面平整且低于道路路面，路面积水需从砌护砖石较低处排入分车绿带内;方案四(图5)是在方案三的基础上，在路侧绿带足够宽敞的前提下，增设两处行道树绿带;方案五(图6)与方案三相似，不同之处是在人行道路面下方设置雨水排放孔道，路面积水通过孔道排入路侧绿带中，设计研究路段内每50m设置一处排水孔道。
3.2方案优选
(1)构建数学模型[11]设机动车道路面宽度2l，非机动车道路面宽j，人行道宽度u，分车绿带砌护砖石上表面到路面的垂直距离h，绿化带内土壤表面到砌护砖石上表面的垂直距离xi(i=1,2,3,4,5)，绿化带砌护砖石宽a、长b，一侧分车绿带的宽度(不包括砌护砖石在内)d，路面积水深度(积水上表面到路面的垂直距离)n，砌护砖石的挪动、更换等调整个数ki(i=1,2,3,4,5)，人行道路面下加设雨水排放孔道(孔径口为0.1m×0.1m)长度wi(i=1,2,3,4,5)。
人工排除路面积水(即人为将路面积水排入绿化带内)的费用为1元/m3，排除积水需运送他处的费用为1元/m3，减少绿化带内土方量的费用为1元/m3，砌护砖石的挪动、更换等调整费用为1元/块，人行道路面下加设雨水流通孔道费用1元/m，费用总计为fi(i=1,2,3,4,5)。补充假设条件：①忽略道路竖向的坡度，将路面看作是一个平面。②绿化带内的土壤表面假设为平面。③研究道路长度取值100m。④不计水面蒸发、地表径流、土壤渗水、植物吸水对路面积水或绿化带蓄滞水的损失。可知，暴雨过后机动车道路面积水量：V1=100×2l×n+2×100×j×n①分车绿带可接纳的储水量：V2=2×100×d×xi(i=1，2，3，4，5)②100m内的道路砖石共有：K=4×(100/b)③未被绿化带接纳的道路积水量：V3=V1-V2④所需费用：fi=1×ki+1×V2+1×V3+1×wi(i=1，2，3，4，5)⑤明确：h≥n，ki≤K⑥
(2)结果分析
通过对世纪大道的实地测量得知，机动车道路面宽度为2l=30m，非机动车道路面宽j=5m，人行道宽度u=5m，分车绿带砌护砖石上表面到路面的垂直距离h=0.15m，绿化带内土壤表面距砌护砖石上表面的垂直距离为x1=0.15m，绿化带砌护砖石宽a=0.23m、长b=1m，一侧分车绿带的宽度(不包括砌护砖石在内)d=3.6m。由此，当h=n时，可知100m的机动车道路面积水量Vmax=600m3，绿化带内土壤表面与道路路面的高度一致h=x1=0.15m。
现令暴雨过后的V1=Vmax，h=n。现已知确定量l、j、h、n(n=h)、d、a、b、V1、x1，并将其带入①-⑥式中：方案一求解得到：V2=108m3，K1=400个，V3=492m3，w1=0，f1=600元。方案二、三在方案一的基础上优化改造，进行土壤挖深以接纳路面积水。因土壤表面与道路路面的高度一致h=x1=0.15m，则接纳积水量等于挖土方量，即V1=V2=600m3。
求得x2=x3=0.83m，k2=k3=8个，V3=0，w2=w3=0;所需费用f2=1000元，f3=608元。方案四中，令x4=0.3m(通常情况的下沉式绿化带土壤表面与道路路面的高差设计值)，则V2=216m3，V3=384m3。V3需要被两侧增设的行道树绿带所接纳，则增设的其中一个绿带的宽度为d'=6.4m，k4=12个，w4=0。因增设行道树绿带，需将原有的人行道向外侧6.4m处重新铺设。现补设条件，保持原有人行道宽度不变，重新铺设费用为1元/m2，则增加费用为2×u×100×1=1000元。所以，方案四总共花费f4=1612元。
方案五，同令x5=0.3m，则V2=216m3，V3=384m3，k5=12个，w5=20。V3通过排水孔道进入人行道另一侧绿化带内，费用为f5=632元。通过表2分析可知，方案一中，路面积水深度为n=h时积水量达到最大，绿化带主动蓄滞水量为0，完全需要人工排水并运送他处，花费600元。存在路面积水速度快、积水解决速度慢、能力差、短时单次费用最低、长时多次费用较高的情况，不利于城市水生态的可持续发展。
方案二中，路面积水不需要人工排水费用，积水可自行流入绿化带，是最生态的绿化带方案，总共花费1000元。但注意该方案对于土壤挖深要求达到0.83m，深度较大，不利于道路绿化带优化改造的设计和施工以及道路养护、车行、人行安全;且对绿化带内的植物根系也有很大的影响，不利于植物存活和生长。所以，方案二对于世纪大道的优化改造并不适用，且成本较高。方案三存在与方案二同样的问题，即土壤挖深较大，同样不适用于世纪大道的优化改造。但其减少砌护砖石的调整费用，对路面积水排入绿化带的影响也较小，是值得借鉴之处。
而方案二、三，对于分车绿带宽度较大的道路，土壤挖深深度可控制在0.3m左右的，则可成为优选方案。方案四是方案三的进一步优化，首先确定土壤表面与道路路面的高差设计值0.3m，这是下沉式绿化带土壤表面距离道路路面的常用设计值。在保持原有道路设计尺寸不变的情况下，增设行道树绿带以解决路面积水蓄滞问题，所需费用1612元，是五个方案中花费最高的，不完全适用。但对于已有行道树绿带的道路来说，应考虑适用。
方案五是方案三的升级，同样先确定土壤挖深取值0.3m，另需在人行道下方设置排水孔道，路面积水通过孔道排入道路外侧绿化带内，所需费用632元。如此，在不影响交通运行情况下也便于施工，成本花费也较低，适用于世纪大道的优化改造，应当作为首选方案。
4对其他道路的适用分析
4.1道路类型归类
针对表1的城区道路进行归类，分为以下几种：①有分车绿带—无行道树绿带—有路侧绿带”，即同世纪大道相类似，有星光大道和贺兰山南路。②无分车绿带—有行道树绿带—无路侧绿带”，有裕民南路、前进北路、胜利街、人民路、贺兰山北路和建设街。③“无分车绿带—无行道树绿带—无路侧绿带”，有文明北路。④“有分车绿带—有行道树绿带—有路侧绿带”，有黄河街。⑤“有分车绿带—无行道树绿带—无路侧绿带”，有文明南路。⑥“无分车绿带—有行道树绿带—有路侧绿带”，有长庆街。⑦无分车绿带—无行道树绿带—有路侧绿带”，有长胜路和大武口区新区部分道路。
4.2方案适用探究
以世纪大道为研究基础，进行五个方案对七种类型道路的适用探究。于类型一的道路，基于世纪大道实例，得知方案五也可同样适用于星光大道和贺兰山南路。但对贺兰山南路而言，其分车绿带宽度为8m，若土壤表面与道路路面的高差设计值可以达到或接近0.3m，则应考虑方案二、三的适用。于类型二、五、七的道路，仅有行道树绿带或分车绿带或路侧绿带可进行路面积水的吸纳工作，是城区道路内涝最多的道路类型。将方案四的行道树绿带低影响开发技术运用于类型二的道路、方案三运用于类型五的道路、方案五的路侧绿带低影响开发技术运用于类型七的道路，则较为适用。
同时，在资金充足和施工条件允许的情况下，还应在行道树绿带或分车绿带或路侧绿带的下方铺设雨水收集管道和过滤垫层，增强雨水吸纳能力，并在雨水收集过程中净化水质，提高可利用雨水质量。于类型三的道路，可借鉴方案四，即增设行道树绿带，以进行路面积水吸纳工作。由于一次进行的费用过高，施工过程也会对道路交通带来不便，是城区道路低影响开发的难点所在。可采用分段、分期施工进行。
于类型四的道路，应将方案四、五进行结合，使分车绿带和行道树绿带有效吸纳车行道路面积水，且行道树绿带和路侧绿带可吸纳人行道路面积水，改造成本低，是最利于低影响开发的道路。于类型六的道路，可将方案四、五的行道树绿带和路侧绿带的低影响开发技术进行结合。结语综上所述，通过对具体道路的实际情况和提出的低影响开发方案进行定性和定量分析，明确城市道路绿化带作为城市生态基础设施，有着蓄滞城市道路路面积水的能力。同时，根据各道路的实际情况，采取具体方案和各方案之间相互结合，应灵活运用。
此外，对于西北内陆地区的城市道路绿化带低影响开发，不应仅局限于对绿化带进行扩宽增设、土壤挖深和砌护砖石调整;还应根据不同城市的道路具体情况，注重绿化带土壤渗水率、土壤下方的雨水管网的建设和利用、绿化带内植物种类选取、砌护砖石的开口设计、雨水水质净化提升、路面渗水能力、雨水径流大小，以及路面污染物对于雨水水质的影响等。
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