基于海绵城市的城市道路系统化设计研究
专业：交通运输工程
硕士生：
指导教师：
摘要
近年来，我国城市暴雨积涝灾害频发，而传统城市道路普遍存在排洪压力大、
雨水资源流失等问题，不仅给生态环境带来了极大的危害，也给人们造成了严重
的生命财产损失，已经无法满足生态保护和社会发展的需求。为此，我国提出了
“海绵城市”的概念，采用LID（低影响开发）技术和设施来进行雨水径流控制。
本论文研究的海绵城市理念下的城市道路系统设计，能够有效地缓解雨水排放问
题、改善城市道路水文生态环境。
论文首先提出海绵城市道路系统设计的概念、要点、对象、思路和原则；分
析了海绵城市道路系统与LID的关系，总结了LID设施在城市道路中的应用对象。
其次，从我国城市道路实际情况出发，借鉴国内外相关工程经验，构建了海
绵城市道路系统的规划和设计体系，具体分为：①海绵城市路网规划：通过对传
统城市路网规划的研究，总结了海绵城市路网的影响因素、规划思路和规划原则。
②海绵城市道路设计：总结了海绵城市道路与传统城市道路的区别；对城市道路
进行了LID设施的选择及其组合优化设计；对道路红线外用地进行了LID技术和
设施的选择，并对建筑、小区进行了LID设施的优化设计；通过对海绵城市道路
特征的研究，给出了海绵城市道路的横断面布置型式。
最后，以商洛市为例，针对其城市道路系统的现状问题，给出了海绵城市理
念下的商洛市路网规划和商鞅大道设计并采用SWMM模型对商鞅大道设计方案
进行了雨水径流量模拟评价，得出海绵城市道路的雨水径流控制优于传统城市道
路，更有利于保护城市道路系统的生态环境。
关键词：
I
目录
第1章绪论.....................................................................................................................1
1.1研究背景................................................................................................................1
1.1.1城市暴雨积涝灾害频发..................................................................................1
1.1.2传统城市道路排水存在的问题......................................................................1
1.1.3 LID与海绵城市理念的提出...........................................................................2
1.2相关理论的概念....................................................................................................2
1.2.1海绵城市概念..................................................................................................2
1.2.2 LID概念...........................................................................................................3
1.3国内外相关研究应用现状....................................................................................4
1.3.1国外研究应用现状..........................................................................................4
1.3.2国内研究应用现状..........................................................................................6
1.3.3国内外研究现状的不足..................................................................................8
1.4研究目标、意义、内容和方法............................................................................9
1.4.1研究目标及意义..............................................................................................9
1.4.2研究内容..........................................................................................................9
1.4.3研究方法........................................................................................................10
1.5论文创新点和技术路线......................................................................................10
1.5.1论文创新点....................................................................................................10
1.5.2技术路线........................................................................................................10
第2章海绵城市与LID...............................................................................................12
2.1海绵城市与LID概述..........................................................................................12
2.1.1海绵城市—LID..............................................................................................12
2.1.2海绵城市与相关理论的联系与区别............................................................12
2.2海绵城市与LID...................................................................................................13
2.2.1海绵城市与LID的关系................................................................................13
2.2.2 LID设施的选择原则.....................................................................................13
2.3海绵城市道路系统与LID...................................................................................14
2.3.1海绵城市道路系统........................................................................................15
2.3.2海绵城市道路系统与LID的关系................................................................15
2.3.3 LID技术设施选择.........................................................................................16西安建筑科技大学硕士学位论文
II
2.4本章小结...............................................................................................................18
第3章海绵城市道路系统规划与设计体系...............................................................19
3.1海绵城市道路系统规划与设计体系框架...........................................................19
3.2海绵城市路网规划...............................................................................................19
3.2.1影响因素.........................................................................................................19
3.2.2规划思路.........................................................................................................22
3.2.3规划原则.........................................................................................................23
3.3海绵城市道路设计思路.......................................................................................24
3.3.1海绵城市道路设计思路.................................................................................24
3.3.2海绵城市道路设计注意事项.........................................................................25
3.4本章小结...............................................................................................................25
第4章基于LID的海绵城市道路设计.......................................................................26
4.1海绵城市道路与传统城市道路的区别...............................................................26
4.2海绵城市道路的LID设施组合优化设计..........................................................27
4.2.1机动车道和公交专用道.................................................................................27
4.2.2非机动车道和人行道.....................................................................................27
4.2.3路缘石、雨水口和路肩边沟.........................................................................29
4.2.4道路绿带.........................................................................................................33
4.2.5停车场.............................................................................................................36
4.2.6广场.................................................................................................................40
4.2.7高架桥、立交桥.............................................................................................41
4.3海绵城市道路与红线外用地的衔接设计...........................................................42
4.3.1道路与建筑、小区衔接优化设计.................................................................42
4.3.2道路与城市绿地衔接设计.............................................................................43
4.3.3道路与城市水系衔接设计.............................................................................44
4.4海绵城市道路横断面布置型式设计...................................................................44
4.4.1单幅路.............................................................................................................46
4.4.2两幅路.............................................................................................................47
4.4.3三幅路.............................................................................................................48
4.4.4四幅路.............................................................................................................48
4.4.5特殊形式断面.................................................................................................49目录
4.5本章小结..............................................................................................................51
第5章商洛市海绵城市道路系统设计应用研究.......................................................52
5.1商洛市概况分析..................................................................................................52
5.2海绵城市路网规划..............................................................................................56
5.2.1商洛市现状路网分析及存在问题研究........................................................56
5.2.2商洛市排洪防涝、水系和绿地现状及存在问题........................................56
5.2.3商洛市海绵城市路网规划............................................................................58
5.3海绵城市道路设计..............................................................................................62
5.3.1商鞅大道地理位置........................................................................................62
5.3.2商鞅大道现状分析........................................................................................62
5.3.3基于LID的商鞅大道横断面设计................................................................64
5.3.4商鞅大道公共停车场设计............................................................................69
5.3.5丹江立交平面设计........................................................................................69
5.3.6商鞅大道综合设计........................................................................................71
5.4商鞅大道设计效果模拟评价..............................................................................72
5.4.1 SWMM模型介绍..........................................................................................72
5.4.2获取基本数据................................................................................................73
5.4.3开发前场地模拟............................................................................................74
5.4.4传统城市道路模拟........................................................................................76
5.4.5海绵城市道路模拟........................................................................................78
5.4.6三种情景模拟结果分析................................................................................82
5.5本章小结..............................................................................................................84
第6章结论与展望.......................................................................................................86
6.1结论......................................................................................................................86
6.2不足和展望..........................................................................................................86
参考文献........................................................................................................................88
致谢................................................................................................................................92
城镇化的快速发展带动了经济持续增长，促进了社会全面进步，同时也带来
了严重的暴雨积涝灾害。从古至今，暴雨积涝灾害一直是人类难以解决的问题。
近几年，中国的暴雨洪涝灾害愈发严重：“2014年7月12日，哈尔滨多处上演
‘水漫金山’”、“2012年7月21日，北京遭遇特大暴雨，导致严重内涝”、
“2011年6月18日，到武汉看海”、“2008年深圳6.13特大暴雨”……数量之
多，不胜枚举，这些新闻无不说明暴雨洪涝已成为长城内外、大江南北大多城市
的通病。暴雨积涝灾害对城市水利、农业、交通、工业等方面造成的直接经济损
失不可估量，同时通过人口死亡、疫病爆发等问题给社会带来了巨大的冲击，造
成的自然资源减少、环境污染和生态退化程度更是难以估计。
造成城市暴雨积涝灾害的原因主要有气候和城市建设两方面的原因。从气候
角度来说，由于全球气候变暖，水循环产生变化，降雨时空分布不均，导致城市
出现暴雨积涝灾害；从城市建设角度来说，主要是城市建筑和硬化面积过大，植
被覆盖率过低或者遭到破坏，城市的吸水、存水能力差，其次是排水设施的排水
能力不足、重建轻管。
目前，城市针对暴雨积涝灾害采取的工程性措施主要有修建蓄水池、增加排
水泵站、加大排水管径、在线蓄水等，这些措施需要占用大量的城市地下空间，
投资大，维护困难，废弃后无法回收利用，会产生大量固体废弃物，对环境造成
二次污染。其他措施如增加绿化面积也会引起城市用地紧张等问题，浪费城市空
间资源。
1.1.2传统城市道路排水存在的问题
城市雨水径流产生和排放过程中的一个重要场所就是城市道路，传统城市道
路的排水设计思路主要是雨水沿路面的横纵坡度产生径流，雨水口收集后通过雨
水管排至水体。这种“以排为主，利用滞后”的排水思想随着城市化的发展，问
题日益凸显。传统城市道路排水存在很多问题：
1）道路排洪压力大随着城市扩张、硬化路面比例增大，自然地面比例逐渐减小，硬化路面极小
的透水率，加剧了城市暴雨内涝的产生，加大了城市道路排水系统的压力。
2）路面径流污染严重
路面雨水径流中含多种污染物和交通垃圾[1]，比如：汽车排放的油污和重金
属、路面的砂砾、建筑材料的腐蚀物、建筑工地的淤泥和颗粒物、轮胎的磨损物、
动植物的有机废物、润滑油、融雪剂、喷洒的农药等[2]。城市道路的雨水径流携
带污染物排入水体，造成严重的面源污染，这已经成为污染城市水体的主要原因。
3）雨水资源流失严重
我国657个城市中有300多个城市缺水、110多个城市严重缺水，我国城市
年缺水量高达60亿m3
[3]
，而我国的雨水资源丰富，每年有6.029万亿m3的降水
资源，但80%的雨水白白流走
[4]
，没有得到有效利用。
4）生态环境遭到破坏
城市道路的快速建设不可避免地给环境带来了危害，如城市热岛效应加剧
（城区平均气温比郊区高1.1~1.4℃，空气比郊区干燥，6、9月集中降雨量比郊
区高7~13%）
[2]
、植被破坏、噪声污染、地下水补给减少、土地资源的占用与破
坏，以及对居民生活的影响。
在这样的形势下，采用传统城市道路排水已不能满足人类对雨水各方面的需
求，因此需要寻求新的设计和建设思路，改善排水问题。
1.1.3 LID与海绵城市理念的提出
1990年末，美国环境资源署针对城市雨洪和面源污染等问题提出了LID技术，
2012年，我国在对LID技术的研究中形成了“海绵城市”的理念。海绵城市与
LID技术的结合能够有效解决城市道路排水问题，适应环境变化，应对暴雨积涝
等自然灾害，最大程度地保护城市原有水生态环境。
此外，2013年12月12日，习近平总书记在中央城镇化工作会议中提出了：
建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。海绵城市的建设是我国城
市建设的重大任务，也是实现城镇化和环境资源协调发展的重要途径[5]。
1.2相关理论的概念
1.2.1海绵城市概念
海绵城市是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对自然灾害等方面
具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。海绵城市建设应遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施
相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限度地实现雨水在城城区域的
积存、渗透和净化，促进雨水资源的利用和生态环境保护。在海绵城市建设过程
中，应统筹自然降水、地表水和地下水的系统性，协调给水、排水等水循环利用
各环节，并考虑其复杂性和长期性[5]。
海绵城市的核心是应对城市发展过程中出现的雨水问题[41]，包括水资源缺乏、
雨水流失、雨水径流污染和暴雨洪涝灾害等问题。海绵城市应对各类问题有三种
途径[5]：
一是保护原有生态系统。保护自然河流、湿地、湖泊、坑塘、林地、草地等
海绵体，使城市能够涵养水源，维持开发前的水文循环。
二是修复和恢复生态。由传统城市建设而遭到破坏的海绵体，采用生态方法
进行修复和恢复。
三是新建海绵体。采用LID技术和设施，新建一些海绵体，控制开发强度，
降低城市不透水面积，尽可能减小开发对城市原有水环境的破坏。
1.2.2 LID概念
LID（Low Impact Development）我国将其翻译为低影响开发，指在场地开发
过程中采用源头、分散式措施维持场地开发前的水文特征[5]。
LID强调雨水是一种资源，不能任意排放，需要控制利用。其核心是维持场
地开发前后水文特征不变，包括径流总量、峰值流量、峰现时间等[5]，如图1.1
所示。LID的技术思路为
[43]
：采用“源头控制”的生态技术代替传统的“末端处
理”技术，尽可能地降低不透水面积，提高雨水利用效率，减轻面源污染，缓解
暴雨积涝灾害，以实现场地开发前的水文健康环境。
