给水排水 |路面行泄通道，发达国家这样做
导 读
在极端天气频发、城市化进程加速的今天，道路路面作为行泄通道排放超出管网承载能力雨水，在排涝除险中起到极为关键的作用，但目前我国在这一方面的理论与实际工程尚有推进空间。总结了发达国家及地区关于道路路面作为行泄通道在设计思路、设计标准、设计方法、设计要点等方面的内容，提出应首先重构道路雨水排放系统框架，面向道路雨水排放需求优化竖向规划，并对发生超出管网承载能力降雨时道路作为行泄通道的设计标准、设计方法及相关要点开展深入研究，在实际工程设计中遵循新区规划引领、旧区问题导向的原则；此外，建议道路工程相关的规范性文件充分融入雨水排放的需求。
0 引言
道路雨水排放是一项复杂的系统工程，但传统设计通常仅侧重于雨水管网，而忽视了道路路面在雨水排放中的角色；实际上，道路路面是城市雨水排放必不可少环节。除了提供基本的漫流途径、对雨水进行有序汇集，在高重现期降雨发生时，道路路面可转变为涝水行泄通道，用于排除超出管网承载能力的雨水，发挥排涝除险的关键作用。目前，国内逐步认识到路面行泄通道的重要性，但相关研究、工程实践尚不成熟，落地实施较为困难。这部分的缺失导致城市的雨水排放乃至内涝防治工程整体能力有所不足。
部分发达国家及地区在经历多年的实践及研究后，逐渐形成了各自较为完整的道路路面排水理论。本文基于对发达国家及地区在道路路面排水方面主要内容的梳理，重点介绍了应对超出管网承载能力雨水的路面行泄通道设计在发达国家的基本思路、设计标准，分析了相关的设计计算方法；结合国内现有研究实践，总结先进做法对国内路面行泄通道设计的启示。
1 发达国家对路面行泄通道的研究实践
1.1 路面行泄通道设计总体思路
英美等发达国家的城市雨水排放通常不仅局限于单一的排水设施，而是遵照系统的规划设计理念。对道路雨水排放而言，当发生小概率降雨事件如25~100年一遇时，即高重现期降雨，雨水管网排水能力不足，路面行泄通道相应启用，充当径流的行泄空间，控制积水对周边地块、建筑产生的风险。
因此，路面行泄通道设计总体思路即为，日常情况下，道路承担基本的交通运输功能；当发生高重现期降雨时，径流超出低影响开发设施、雨水管网的承载能力、道路路面的允许漫幅及水深，在部分或全部交通中断的情况下，道路路面功能转换为明渠。超出管网承载能力的雨水通过路缘石、机动车道、人行道及坡度形成的几何空间蓄积、传输，排入就近的滞洪区、低影响开发设施或受纳水体。此时应基于公众安全及财产损失可接受的流速等参数，针对道路断面进行评估和设计。
此外，发达国家对路面行泄通道一般遵照区域性设计的原则。因地形、坡度及高程控制对于道路雨水排放而言具有直接的影响，故在规划阶段就整体考虑了区域的道路雨水排放设计，通常在顺应自然地形的同时，充分利用道路竖向，布置路面行泄通道。
图1 高重现期下道路过水断面（半幅路）
1.2 路面行泄通道的设计标准
发达国家和地区道路雨水排放涉及的标准一般包括设计标准和校核标准，采用暴雨重现期和风险控制类限值等表征。设计标准主要用于道路下雨水管网量级的确认；校核标准则类似于国内的内涝防治设计标准，考察道路雨水排放系统中全部设施的综合排水情况。因此，为设计应对超出管网承载能力雨水的路面行泄通道，需通过道路雨水排放标准的设计标准与校核标准配合使用，从中获得道路路面所需分担的径流量。
发达国家和地区的雨水管网的设计标准通常较高，与商业区、居住区、相关的道路5年一遇以上，重要路段则10年一遇以上（见表1）。另一方面，校核标准多数以50年、100年一遇起步，并辅以安全限值（见表2）。例如美国校核降雨通常选用100年一遇，同时要求一条车道仍可通行，部分地区同时检验道路的水深和流速；与美国相似，澳大利亚常用100年一遇作为校核标准，并详细明确了高重现期降雨下，相邻建筑地层标高、行人和机动车安全的限值；英国指出超出管网承载能力的雨水设计重现期暂没有标准，多数情况下以30~200年一遇为合适，而对超出管网承载能力的径流的流速与水深乘积、流速平方与水深的乘积提出分别小于等于0.5 m²/s、1.23 m³/s²的要求。
表1 不同国家及地区雨水管网设计要求
表2不同国家及地区道路校核要求
1.3 路面行泄通道设计计算方法
1.3.1 传统设计计算方法
雨水管网的传统设计一般基于推理公式进行手工计算，类比于此，亦可将其作为路面行泄通道的设计计算方法。以澳大利亚为代表，这一设计思路主要包括以下几个步骤：
根据区域地形等因素划定集水区，在集水区内基于道路的断面、几何参数计算道路路面过水能力。
选择高重现期降雨设计标准，扣除雨水管网设计标准，计算差值对应的重现期，即道路路面需应对的设计重现期。
根据各条道路的过水能力、设计重现期获得各道路路面可服务的不透水面积。
利用集水区面积及径流系数得出设计服务面积，对比设计服务面积和可服务面积，能力不足则调整方案。
1.3.2 水文水力学模型设计计算方法
城市水文水力学模型自19世纪提出至今，在发达国家的使用已十分普遍，除常见的管网、河道规划、设计、预测、评估或管理工作，部分国家和地区将路面行泄通道的分析也耦合进模型，将降雨、径流、积水等过程经由模型运算。以英国为代表，建筑行业研究与咨询协会提出的超出管网承载能力雨水的处理就大量借助了水文水力学模型。这一设计方法主要包括以下几个步骤：
使用降雨事件、地形模型识别地表水流走向；对比水流走向和区域路网，明确实际的排水路径，即路面行泄通道。
构建雨水管网模型、行泄通道的路面模型（可采用明渠形式），通过检查井连接，形成管网-路面排水系统模型。
重新模拟降雨事件下，考察路面行泄通道的水深与径流流速是否符合要求，必要时调整设计，如放大管径、增加调蓄设施等。
1.4 其他设计要点
1.4.1 路面行泄通道在新旧区的侧重
对于新建的区域，发达国家的经验显示，在规划阶段应尽早考虑整个区域的道路雨水排放系统的设计；同时，区域中路面行泄路径的选取应顺应自然地形。在我国，建设用地竖向规划承担这一任务，故竖向规划应充分考虑路面行泄通道的需要。
对于旧区而言，重点应当解决既有条件下的积水情况。例如英国建筑行业研究与咨询协会出版的城镇内涝管理报告中，提供了大量已建城区涝水治理的案例。这些案例均在明确引起内涝原因的基础上，利用路面坡度调整、路缘石和低影响开发设施的建设等措施，妥善处理了发生超出管网承载能力降雨时造成的积水。
1.4.2 道路坡度的设置
出于排水需求，发达国家的排水设计多对路面坡度做出规定。值得注意的是，英国等欧洲国家一般对坡度的要求更多基于地形，没有在一定设计速度下严格规定纵坡指标；而美国设计手册也指出在地势非常平缓或道路变坡点上，路面径流将更多利用横向排水：在凹形或凸形竖曲线的位置应考虑加大道路横坡。
针对横坡，美国综合排水所需的合理坡度范围及机动车舒适安全行驶的需要，提出了常见路段的横坡选择范围。由表3可见，依据路面划分的类型具有不同的取值范围，且随着车道数量的增加，远离道路中心线的车道横坡可逐渐加大。
表3 美国道路横坡取值
1.4.3 路面行泄通道排除径流的出口
使用道路路面作为行泄通道时，通常可配合周边环境条件，除一般河道、沟渠及其他水体外，在当前海绵城市建设的背景下，低影响开发设施、调蓄设施等也是良好的选择。英国建筑行业研究与咨询协会提供的多数案例即充分结合了公园绿地、植草沟、滞留塘进行建设。
2 国内研究实践及启示
目前，国内与排水或道路工程相关的一些规范针涉及了部分路面行泄通道的内容。例如2016年发布的《城乡建设用地竖向规划规范》提到道路作为临时行洪通道的路边径流深度、径流深度与流速乘积的限值；2017年，住房和城乡建设部发布的《城镇内涝防治技术规范》（GB 51222-2017）指出了应对超出管网承载能力的雨水应预设道路行泄通道，并提出相关规定。
国内学术界对路面行泄通道也逐步开启了一些研究。李俊奇等结合国内海绵城市的建设理念，提出了大排水系统的规划设计方法；程小文等梳理了以案例介绍了行泄通道的规划布设；李贞子等总结了我国古代城镇道路雨水排放的建设情况；吕恒等在优化提升雨洪模型的基础上，定量分析了道路作为行泄通道的排水作用。此外，还有一些工程或研究将海绵城市的要求与道路路面排水相结合。
总体而言，国内在路面行泄通道方面已有一定的研究基础：规范性文件提出了相关理念或标准限值，学术研究方向包括了海绵城市道路设计、排水要素理论计算或施工技术等。但更为深入的道路雨水排放系统理论阐述、路面行泄通道设计方法、细节还未能完全明确，不利于其实际工程落地。几个关键问题总结如下：
（1）缺乏整体设计的理念，道路雨水排放系统需重新梳理构建。由发达国家的经验可知，道路雨水排放需要有系统的规划设计理念，而不是仅依靠雨水管网。路面行泄通道作为及其重要的道路雨水排放设施，与雨水管网、低影响开发设施相互衔接，在必要时发挥径流传输的作用。
然而长期以来，国内城市的道路雨水排放系统仅由雨水管网构成。虽然随着城市建设的进步，国内逐步认识到道路雨水排放系统不仅局限于排除低重现期降雨的雨水管网，但是目前适应新形势的道路雨水排放系统尚未得到清晰的界定，系统内部组成元素间相互关联与作用关系亦未得到明确，导致路面行泄通道缺乏顶层设计。
因此，应首先整体梳理构建道路雨水排放系统，厘清其组成部分、各部分间的关系，明确路面行泄通道的顶层设计。
（2）城市竖向规划对道路雨水排放考虑不足。发达国家明确了在新区建设中前期规划对于雨水排放工程的重要性。对城市道路而言，设计通常以竖向规划、道路专项规划等为上位规划。其中，如何有序组织地表径流，形成地面雨水排放路径，很大程度上直接由竖向规划引导。
当前，国内城市在进行竖向规划时，通常没有充分考虑路面行泄通道的排水需求。因此，下一步应研究对城市竖向规划的优化，明确如何将路面行泄通道的排水需求与竖向规划相结合，提出竖向规划应增加的内容、相应的编制方法等。
（3）研究路面行泄通道设计思路与方法。作为落地的关键环节，提出具体的设计思路与方法才能提高路面行泄通道的实施性。以“新区规划引领、旧区问题导向”为首要原则，应重点探索适合于国内城市应对超出管网承载能力雨水时道路作为行泄通道的设计方法及要点。
（4）促进各专业协同。部分发达国家将详尽的排水设计并入道路工程中，保证了专业间良好的协作性。而我国的道路、排水设计通常参照不同专业的设计规范，由于所参照的相关规范未能统一目标，即无法为道路雨水排放服务。例如，为满足道路与周边地块标高的协调，且遵循规范所提纵坡不小于0.3%的要求，设计往往形成锯齿形道路纵坡面，造成人为的低洼点，反而容易引起积水。
目前，排水方面的认知逐步进步发展，但最终落地实现还需通过道路工程作为载体。因此建议各类研究成果不仅用于支撑排水方面的规范性文件，道路相关的规范性文件也应充分融入城市排水、内涝防治的需求。
（5）细化道路雨水排放标准。由发达国家道路设计的规范性文件可知，不同类别的道路在抵御不同级别降雨时不是“一刀切”要求，而是被赋予了不同的标准，这能够更好地区分交通优先级、利用可淹没空间。因此，我国可结合自身道路工程的做法，在排水方面针对道路路面进行更为详细的划分，以供选用。同时，细化道路路面雨水排放在控制条件方面的标准，包括降低行人及行车风险的参数等。
3 结语
部分发达国家和地区较为完备的理论体系详细阐述了路面行泄通道的通识、标准，主要排水要素的计算方法，规划设计思路等。国内在这一方面可借鉴发达国家和地区的先进做法，今后应在转变设计思路的情况下，深入研究道路雨水排放系统，完善竖向规划编制方法，以及研究适用于国内路面行泄通道的排水标准和设计方法。
微信对原文有修改。原文标题：路面行泄通道在发达国家的实践及对我国的启示；作者：蔡辉艺；作者单位：福州市规划设计研究院集团有限公司。刊登在《给水排水》2021年第9期。