CN108074006A - 一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法,本指标体系分为三个层级，目标层重点体现国家海绵城市的指导思想和地区的环境特征，提出道路径流总控制指标及污染总控制指标，途径层通过“渗、滞、蓄、净、用、排”海绵城市构建技术手段，提出适合海绵道路构建的雨水下渗及滞留指标，并与目标层指标进行衔接，操作层结合传统道路的平纵横规划指标进行，将雨水下渗及滞留指标融入道路红线宽度、道路铺装材料、路侧绿化带深度、道路坡度等方面，增加基于海绵特征考虑的平纵横规划指标。本发明可有效指导海绵城市道路规划的编制工作，为当前海绵道路建设搭建了承上启下的指标体系，填补了海绵城市道路规划指标的空白。
Description
技术领域
本发明涉及城市道路规划，特别涉及一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法。
背景技术
为促进我国城市环境的可持续发展，2014年10月住房城乡建设部发布了《海绵城市建设技术指南》(以下简称《指南》)，以期通过构建低影响开发雨水系统，保证城市良好的生态环境。《指南》将城市下垫面分为四个类型，分别为建筑与小区、城市道路、城市绿地与广场、城市水系，根据我国城乡规划法，一般城市道路所占建设用地的比例约为20％，且随着城市机动化水平的不断提高，该比例呈现逐渐增加的趋势，基于城市道路下垫面的雨水解决方案对整体海绵城市的构建具有重要意义。
在降雨方面，华北地区旱季降雨规模较小，城市用水对地下水依赖明显，且涝季突发降雨规模较大，常形成城市内涝。在环境方面，基于PM2.5指标的空气质量排名落后，降雨形成的水体污染对城市影响较大。
当前，我国针对城市的海绵专项规划正在陆续开展，以落实国家的宏观指导思想，相关指标研究主要出于城市规划建设宏观层面，针对城市道路的相关指标体系研究尚未涉及。但在海绵道路设计实施层面，针对道路的设计方案及实施项目已处于稳步推进中，由于基于城市层面的指标体系对道路建设的指导意义较差，道路层面的指标体系尚未形成，导致规划和设计建设脱节，基于此，当前缺少上层次规划的海绵道路的设计思想层出不穷、建设项目系统性和结构性欠缺。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，本发明方法旨在通过构建一种承上启下的规划指标体系，指导海绵城市道路的规划编制，向上贯彻《指南》提出的海绵城市道路的构建思想，与城市总体指标相互呼应，向下指导海绵城市道路设计实施，与传统道路专项规划主要指标相互匹配。
本发明所采用的技术方案是：一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，包括以下步骤：
(1)根据《海绵城市建设技术指南》或上层次规划查询规划道路所在地区的雨水径流总控制指标，结合该地区总规规划的各类型下垫面绿地比率，计算各类型下垫面的雨水径流总控制指标，得到城市道路径流总控制指标；
(2)根据《海绵城市建设技术指南》，并考虑到雨水径流总控制指标与污染总控制指标对于城市道路相关联，参考步骤(1)中道路径流总控制指标的计算方法，确定道路污染总控制指标；
(3)对可选择海绵道路铺装材料进行筛选，确定具体道路铺装材料，计算道路下渗指标；
(4)根据设计降雨量计算规划道路的截面总降雨量规模，扣除下渗雨水量，获得道路滞留指标；
(5)基于步骤(3)获得的道路下渗指标和步骤(4)获得的道路滞留指标，通过实地调研和相关文献查阅，从道路平面、横断面和纵断面三个纬度构建初步指标体系；
(6)通过德尔菲法对步骤(5)获得的初步指标体系进行筛选，选取关键指标应用模糊分析法进行量化，应用灰色关联度法对简化后的指标之间相关性进行检验，通过不断优化后，形成最终的指标体系。
步骤(3)中，通过效益费用比最优的原则对可选择海绵道路铺装材料进行筛选。
步骤(5)中，所述的初步指标体系包括：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度、道路缘石形式、道路纵坡、绿带宽度、下沉式绿地深度、下沉式绿地坡度、机动车道宽度、植物生长适宜度、横断面布局形式、铺装材料、路缘石形式以及路面结构。
步骤(6)中，所述的关键指标为：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度以及道路缘石形式。
其中，所述道路红线宽度的计算方法为：校核路侧绿化带在满足植物生长深度的条件下，是否可承担滞留雨水指标，若不能满足，需对路侧绿化带宽度进行展宽，增加道路红线宽度。
其中，所述绿化带深度的计算方法为：进一步明确道路断面的铺装材料，并根据滞留雨水的规模，计算规划道路路侧绿化带的深度。
其中，所述道路坡度的计算方法为：为便于滞留区域的形成、降低雨水在路面的流速，在不影响原规划道路交通功能的前提下，坡度应尽可能取最小值。
本发明的有益效果是：
(1)本发明构建了海绵城市道路规划的三层次分析框架，分别为海绵城市道路规划的总体目标，实现的途径，以及在规划阶段的实际抓手，将三者进行了技术层面的关联。
(2)本发明以国家《指南》、华北地区环境特征、道路交通规划等资料为基础，分析了三层次框架的要素构成，形成了海绵城市道路规划的指标体系。
(3)本发明提出了三层次框架构成指标的计算方法，在保证指标体系的应用方面提供了支撑。
附图说明
图1：海绵城市道路规划三层次指标体系关系图；
图2：海绵城市道路规划三层次指标计算方法图；
图3：路侧绿化带深度为固定值情况下的储水结构示意图；
图4：道路坡度与单位储水区域长度关系图。
附图说明：L-路面；G-下沉绿地；S-储水区域；R1-支路；R2-次干路；R3-主干路；R4-快速路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1和图2所示，一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，包括以下步骤：
(1)根据《海绵城市建设技术指南》或上层次规划查询规划道路所在地区的雨水径流总控制指标，结合该地区总规规划的各类型下垫面绿地比率，计算各类型下垫面的雨水径流总控制指标，得到城市道路径流总控制指标；
(2)根据《海绵城市建设技术指南》，并考虑到雨水径流总控制指标与污染总控制指标对于城市道路相关联，参考步骤(1)中道路径流总控制指标的计算方法，确定道路污染总控制指标；
(3)通过效益费用比最优的原则对可选择海绵道路铺装材料进行筛选，确定具体道路铺装材料，计算道路下渗指标；
(4)根据设计降雨量计算规划道路的截面总降雨量规模，扣除下渗雨水量，获得道路滞留指标；
(5)基于步骤(3)获得的道路下渗指标和步骤(4)获得的道路滞留指标，通过实地调研和相关文献查阅，从道路平面、横断面和纵断面三个纬度构建初步指标体系，包括：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度、道路缘石形式、道路纵坡、绿带宽度、下沉式绿地深度、下沉式绿地坡度、机动车道宽度、植物生长适宜度、横断面布局形式、铺装材料、路缘石形式以及路面结构等指标；
(6)通过德尔菲法对步骤(5)获得的初步指标体系进行筛选，选取道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度以及道路缘石形式等关键指标应用模糊分析法进行量化，应用灰色关联度法对简化后的指标之间相关性进行检验，通过不断优化后，形成最终的指标体系。
其中，所述道路红线宽度的计算方法为：校核路侧绿化带在满足植物生长深度的条件下，是否可承担滞留雨水指标，若不能满足，需对路侧绿化带宽度进行展宽，增加道路红线宽度。
其中，所述绿化带深度的计算方法为：进一步明确道路断面的铺装材料，并根据滞留雨水的规模，计算规划道路路侧绿化带的深度。
其中，所述道路坡度的计算方法为：为便于滞留区域的形成、降低雨水在路面的流速，在不影响原规划道路交通功能的前提下，坡度应尽可能取最小值。
本发明旨在通过构建一种承上启下的规划指标体系，指导海绵城市道路的规划编制，向上贯彻《指南》提出的海绵城市道路的构建思想，与城市总体指标相互呼应，向下指导海绵城市道路设计实施，与传统道路专项规划主要指标相互匹配。为提升该发明的可操作性，范围仅针对于华北地区。下面对本发明方法作进一步的阐述。
一、本发明适用条件
降雨规模为国家提出海绵城市建设条件下的设计降雨量，所分析雨水仅针对于直接降落到道路红线内的雨水，周边地块雨水直接排入市政管道。
二、三层次指标体系构成及关系
(1)目标层：根据国家对海绵城市建设的要求，结合对华北地区气候、地质条件的分析，确定城市道路在海绵城市中除了承担常规的城市交通功能外，还承担径流控制和污染控制两项功能。因此，选择道路径流总控制指标和道路污染物总控制指标作为本指标体系的目标层。
(2)途径层：海绵城市中低影响开发技术包含“渗、滞、蓄、净、排、用”六个方面，因此对于目标层的指标，本发明从上述六个方面进行分解。即渗透指标、滞留指标、蓄存指标、净化指标、排放指标和回用指标。针对海绵设施在华北地区的适用性分析，确定“渗透指标和滞留指标”作为操作层的指标，并且，在设施的应用上需受到道路污染物总控制指标的约束。
(3)操作层：基于上一层的渗透指标和滞留指标，通过实地调研和相关文献查阅，从道路平面、横断面和纵断面三个纬度构建初步的指标体系：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度、道路缘石形式、道路纵坡、绿带宽度、下沉式绿地深度、下沉式绿地坡度、机动车道宽度、植物生长适宜度、横断面布局形式、铺装材料、路缘石形式、路面结构等指标，通过德尔菲法对指标进行筛选，选取道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度、道路缘石形式等关键指标应用模糊分析法进行量化，应用灰色关联度法对简化后的指标之间相关性进行检验，通过不断优化后，形成最终的指标体系。该层面基于传统道路专项规划平台进行，在道路平面方面，主要进行核实已有规划是否可实现途径层指标，在道路横断面方面，主要为实现途径层指标对横断面铺装材料和绿化带深度的要求，在纵断面方面，主要为优化改善途径层的指标性能。
三、目标层指标——获取思路及计算方法
(1)指标获取思路
根据国家《指南》，构建低影响开发雨水系统，规划控制目标一般包括总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用四个方面，合理选择其中一项或多项目标作为规划控制指标。鉴于本次发明的前提为设计降雨量条件下，因此与暴雨关联性密切的径流峰值控制指标对本次发明影响较小，不作为目标层指标。华北地区污染较为严重，且地下水位较低，建议将污染控制纳入目标层指标，雨水尽可能通过下渗缓解地面水资源，雨水资源化利用指标不作为主要的控制因素。
(2)指标计算方法
指标1：道路径流总控制指标
计算方法：根据《指南》或上层次规划查询规划道路所在地区的雨水径流总控制指标，结合该地区总规规划的各类型下垫面绿地比率，计算各类型下垫面的雨水径流总控制指标，结算结果可根据实际情况进行适当调整，得到城市道路雨水总控制指标。下表以河北省邯郸市为例进行计算，邯郸市雨水径流总控制指标为80％，根据邯郸总规各类用地规划绿地特点，可对应判断道路下垫面雨水径流总控制指标宜取值为65％。
表1邯郸市城市下垫面径流及污染物控制指标选取
根据我国《城市道路交通规划设计规范》相关规定，不同等级道路的机动车道、绿化带、其它设施带比例如下表，互相之间差异较小，因此总体指标可应用于各等级道路。另外，华北地区城市道路设计降雨规模较小，道路下垫面对应降雨基本在断面附近进行自我平衡，不会形成长距离的径流雨水，因此该规划指标可较好的应用于规划路网。
表2城市道路红线内设施特征分析表
注：机动车道宽度快速路按照3.75米计、其它等级道路按照3.5米计。
指标2：道路污染总控制指标
计算方法：根据《指南》，对于海绵城市整体而言，该数值一般取值为40％-60％，华北地区城市污染较为严重，建议按照上限进行取值，为60％。对于城市道路而言，考虑到雨水径流总控制指标与污染总控制指标存在一定的相关性，参考道路径流总指标计算方法，确定道路污染总控制指标。对于邯郸地区的城市城市道路而言，其取值应略小于城市总体取值，参考径流控制率计算方法，建议取值为45％。
四、途径层指标——获取思路及计算方法
(1)指标获取思路
《指南》提出的低影响开发雨水系统的构建途径，对于华北地区城市道路而言，应重点考虑雨水的下渗及滞留特征，并在下渗及滞留的过程中，考虑对雨水进行净化。鉴于华北地区的设计降雨量相对较小，“蓄、用、排”途径不适宜作为主要指标。
(2)指标计算方法
指标1：道路下渗指标
计算方法：考虑到当前海绵道路铺装材料技术的限制，可选择材料有限，材料下渗及去污指标存在一一对应的关系，为保证地下水质标准，首先将可选择材料进行筛选，形成选择集，然后进行下渗指标的计算。具体道路材料的选取建议通过效益费用比最优的原则进行。
具体计算方式如下：
表3海绵道路相关指标计算参数
注：若规划道路机动车道不宜承担下渗功能，则b1＝1，c1指标可忽略。
maxf(A,B,C,d)＝max[αf(x1)-βf(x2)] (1)
其中，α：下渗量权重系数；
β：总投资权重系数；
f(x1)：下渗量归一化处理函数；
f(x2)：总投资归一化处理函数；
其中，x1：道路下渗量；
x2：道路总投资；
约束函数：满足污染总控制指标
or(c1,c2,c3)≥污染物控制指标 (4)
根据《指南》，土路面的径流系数一般取值为0.25-0.35，透水铺装地面径流系数一般取值为0.08-0.45，华北地区土壤下渗率较差，建议道路透水铺装径流系数按照0.35-0.45进行取值，若选择材料的径流系数小于0.35时，在进行下渗指标计算时仍按照0.35进行计算。
指标2：道路滞留指标
计算方法：根据设计降雨量计算规划道路的截面总降雨量规模，然后扣除下渗雨水量，剩余即为规划道路需滞留的雨水规模，主要通过路侧绿化带进行收集，且保证该海绵设施满足污染总控制指标。
五、第三层次：操作层——基于实际道路规划设计的指标确定
(1)指标获取思路
根据《指南》思想，海绵城市道路规划应建立在道路交通及安全功能基础之上，因此建议海绵城市道路规划详细指标应以传统道路规划指标为基础，针对道路规划的平纵横指标提出优化和改善建议。
(2)指标计算方法
指标1：道路平面指标——道路红线宽度
计算方法：承担道路雨水滞留的区域主要为路侧绿化带，校核路侧绿化带在满足植物生长深度的条件下，是否可承担滞留雨水指标，若不能满足，不宜对承担道路交通功能的设施带宽度进行调整，建议通过调整红线，增加路侧绿化带宽度，提升雨水滞留能力。道路红线调整后，需对途径层指标进行重新核算。
道路路侧绿化带雨水滞留能力与其结构形式关系较大，在有条件时应规划为矩形，宽度根据原道路断面规划进行取值，深度按照一般植物可允许的最大深度250mm取值。
指标2：道路横断面指标——机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度
计算方法：进一步明确道路断面的铺装材料，并根据滞留雨水的规模，计算规划道路路侧绿化带的深度，且为便于施工，该指标不宜小于100mm。
指标3：道路纵断面指标——道路坡度，路侧绿化带坡度和道路缘石形式
计算方法：为便于滞留区域的形成、降低雨水在路面的流速，在不影响原规划道路交通功能的前提下，坡度应尽可能取最小值。
对于路侧下凹式绿地，由于道路纵坡的存在，需设置雨水截留挡板等设施，以形成一系列的储水区域，其储水能力为几何体积的一半。考虑到下沉式绿地最大深度为250mm，对应的平均储水深度为125mm(见附图3)。因此，若计算路侧绿化带深度不大于125mm，则可选择路侧绿化带深度为固定值的形式，若大于125mm，则路侧绿化带储水区域需构建为梯形或长方形。
为进一步明确储道路坡度与单位储水区域长度之间的关系，在路侧绿化带深度为250mm的情况下，单位储水区域长度随着道路坡度的增加，其长度逐渐减小，最大为83米，最小为3.1米，对应的道路坡度分别为0.3％和8％(见附图4)。
表4道路坡度与单位储水区域长度对应表
| 道路等级 | 快速路 | 主干路 | 次干路 | 支路 |
| 储水区域长度(m) | 6.25-83 | 5.1-83 | 4.2-83 | 3.1-83 |
Claims (7)
1.一种华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据《海绵城市建设技术指南》或上层次规划查询规划道路所在地区的雨水径流总控制指标，结合该地区总规规划的各类型下垫面绿地比率，计算各类型下垫面的雨水径流总控制指标，得到城市道路径流总控制指标；
(2)根据《海绵城市建设技术指南》，并考虑到雨水径流总控制指标与污染总控制指标对于城市道路相关联，参考步骤(1)中道路径流总控制指标的计算方法，确定道路污染总控制指标；
(3)对可选择海绵道路铺装材料进行筛选，确定具体道路铺装材料，计算道路下渗指标；
(4)根据设计降雨量计算规划道路的截面总降雨量规模，扣除下渗雨水量，获得道路滞留指标；
(5)基于步骤(3)获得的道路下渗指标和步骤(4)获得的道路滞留指标，通过实地调研和相关文献查阅，从道路平面、横断面和纵断面三个纬度构建初步指标体系；
(6)通过德尔菲法对步骤(5)获得的初步指标体系进行筛选，选取关键指标应用模糊分析法进行量化，应用灰色关联度法对简化后的指标之间相关性进行检验，通过不断优化后，形成最终的指标体系。
2.根据权利要求1所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，步骤(3)中，通过效益费用比最优的原则对可选择海绵道路铺装材料进行筛选。
3.根据权利要求1所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的初步指标体系包括：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度、道路缘石形式、道路纵坡、绿带宽度、下沉式绿地深度、下沉式绿地坡度、机动车道宽度、植物生长适宜度、横断面布局形式、铺装材料、路缘石形式以及路面结构。
4.根据权利要求1所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的关键指标为：道路红线宽度、机动车道材料下渗及去污指标、人行道材料下渗及去污指标、绿化带材料下渗及去污指标、绿化带深度和绿化带宽度、道路坡度、路侧绿化带坡度以及道路缘石形式。
5.根据权利要求3或4所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，所述道路红线宽度的计算方法为：校核路侧绿化带在满足植物生长深度的条件下，是否可承担滞留雨水指标，若不能满足，需对路侧绿化带宽度进行展宽，增加道路红线宽度。
6.根据权利要求3或4所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，所述绿化带深度的计算方法为：进一步明确道路断面的铺装材料，并根据滞留雨水的规模，计算规划道路路侧绿化带的深度。
7.根据权利要求3或4所述的华北地区海绵城市道路规划的指标体系构建方法，其特征在于，所述道路坡度的计算方法为：为便于滞留区域的形成、降低雨水在路面的流速，在不影响原规划道路交通功能的前提下，坡度取最小值。
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