近年来，随着海绵城市的快速发展，低影响开发（Low Impact Development,LID）城市道路得到了广泛应用^[1,2,3,4]。LID道路系统构建的途径主要是通过路缘石豁口将路面雨水径流引入道路两侧绿化带进行控制。路缘石豁口的雨水径流截流效果直接决定了低影响开发道路的雨水径流控制效果。道路豁口设计公式最早由Izzard提出^[5,6]，其认为路缘石豁口入流的水力特性与宽顶堰堰流的水力特性相似，并根据曼宁公式计算出路面雨水径流纵向流速后（假设水力半径等于水深），再沿道路横坡方向进行积分计算路面的径流流量，进一步得到豁口的截留效率公式，但公式假设豁口入流处水深为临界水深，不适用于大纵坡道路豁口处有超临界流的情况。Guo^[7]对于豁口计算的基本假设同Izzard一致，故二者路缘石豁口的截留效率公式形式相似，但Guo是在一定豁口长度（3英尺和5英尺）下进行的试验，在推广到不同豁口长度时其经验系数偏小，截留效率普遍偏高。已有豁口的计算公式大多是基于试验数据拟合得出，在试验中往往采用放缩模型，且在一定程度上忽略了道路粗糙率、坡度对计算结果的影响。

目前，实际工程中低影开发城市道路豁口的类型主要包括敞口式、门洞式、分散式等，但通过雨天调研发现，除了豁口形式影响雨水径流截留效果以外，豁口前道路的坡度对其截留能力也具有较大影响，尤其在道路纵坡大于横坡的情况下，无法有效将道路雨水截留到生物滞留带中，严重影响低影响开发道路对雨水径流的控制效果。与此同时，国内外大量研究表明，在豁口前进行变坡能有效的增大豁口截留率^[8,9]。相关学者发现豁口前变坡的水深、设计宽度与豁口截留率存在一定的关系，当豁口的设计宽度/设计下凹深度=12时，其截流效果最好^[10]，但其试验中是采用光滑的路面试验平台，且试验结果是基于特定流量，由于复杂的路面产汇流特征，以往研究中试验平台的缩放一般采用雷诺或弗劳德相似模型，以简化模拟豁口的流态特征，但模型放缩往往导致试验结果产生偏差，因此导致试验结果与实际情况相差较大^[11]。

针对上述问题，本文以单车道城市道路为例，通过搭建1∶1物理试验模型，采用人工模拟降雨的方法，系统研究了LID道路豁口前变坡坡度i、宽度B和长度L对豁口截留效率的影响，以期为城市LID道路建设提供依据。

根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004)^[12]中市政道路铺装结构和方法，在人工模拟降雨大厅铺设了1∶1城市道路单车道物理模型，道路试验平台平面和剖面见图1,LID道路路面尺寸L×B=18m×4m，生物滞留带尺寸为L×B=10m×1m。试验道路由上至下依次铺设沥青、防渗膜、二灰和夯实基土，其中路面铺设所用沥青混凝土的标号为AC-13C细粒式密级配沥青混凝土，其厚度为5cm。生物滞留带由上至下依次铺设种植土层（20cm，种植植物为马莲）、透水土工布，砾石层（30cm，=8～10mm）、透水土工布渗透膜和基层（5cm），其中生物滞留带没有坡度变化。其中雨水口下游端距道路平台末端1.5m，雨水口右侧距右侧路缘石0.1m，其尺寸为L×B=750mm×450mm，豁口位置位于雨水口上游0.5m处，豁口开口长度为30cm。

我国现有《城乡建设用地竖向规划规范》（CJJ83—2016)^[13]5.0.2、6.0.2条、《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012)^[14]5.4.1、6.3.1、6.3.2条和《公路路线设计规范》（JTG D 20—2017)^[15]8.2.1条规定道路最小纵坡不应小于0.3%，车行道最大纵坡为3%～8%。道路的横坡应该根据路面类型、纵坡、宽度等条件确定，建议采用1.0%～2.0%。在快速路、降雨量大的区域建议选择1.5%～2.0%。参考上述规定，试验道路坡度采用横坡1.5%、纵坡3%。

试验道路平台施工过程中由于无法应用重型碾压机械，结果导致路面密实度较低，模拟中小降雨过程基本不产流，且50 mm/h均匀雨强模拟试验表明：豁口截留率接近100%，无法充分体现豁口前变坡对截留效率的影响，故选取70 mm/h的均匀雨强，降雨历时为0.5h（经实际观察，降雨0.5h后雨水径流流态基本稳定）。通过改变豁口前变坡坡度i、长度L以及宽度B，测定不同试验条件下，道路路面径流量（Q₁）、豁口截留量（Q₂）、雨水口截留量（Q₅）的值，豁口前变坡方式示意见图2，具体试验方案见表1。因变坡范围内下凹深度a不宜过大，故取10cm为坡降的上限，最大坡度选取25%。一般雨水口^[16]宽为40cm左右，其距马路边缘一般为5～10cm，故变坡宽度选取0.2～0.5m。实际工程中一块路缘石长度一般为0.5m，试验变坡长度一般不超过两块路缘石，因此，分别选取0.3m、0.6m和0.9m。城市道路水量平衡方程见式（1），豁口截

留效率E计算方法见式（2）。

式中Q———降雨量，m³;

Q_r———径流总量，m³;

Q₁———路面径流量，m³;

Q₂———豁口截流量，m³;

Q₅———雨水口截留量，m³。

E———豁口截留量与路面总径流量的比值，%。

LID道路在不同变坡宽度条件下的豁口截留效果见图3。从图3中可知，豁口截留率随着变坡宽度的增加而增加。当宽度由无变坡（0m）逐渐增加到0.2m、0.3m、0.4m、0.5m时，豁口截留率分别为16.63%、40.07%、51.38%、63.67%和75.86%。当宽度增幅区间为0～0.2m、0.2～0.3m、0.3～0.4m和0.4～0.5m时，对应豁口截留率增量分别为23.08%、11.31%、12.28%和12.20%。从上述分析可知，随着变坡宽度的增加，豁口截留率几乎呈线性增加，因此，变坡宽度是影响豁口截留率的重要影响因素。但在实际工程中考虑到行车安全，宽度不宜过大，一般雨水口外沿距路缘石约0.5m，并且从试验结果看，当宽度为0.3～0.5m时，对道路雨水径流截留效果较好。因此，建议实际工程中变坡宽度宜采用0.3～0.5m。

豁口前不同变坡长度条件下其截留率变化见图4。从图4中可知，随着变坡长度的增加，豁口截流量逐渐增加。当变坡长度为0 m（无变坡）、0.3m、0.6 m和0.9 m时，豁口截留率分别为16.63%、51.38%、63.67%、71.86%。相比于豁口前没有变坡的情况，当变坡长度为0.9 m时，豁口截留率提高了55.23%。当变坡长度增量区间为0～0.3m、0.3～0.6m、0.6～0.9m时，豁口截留率增量分别为34.75%、13.10%和6.58%。因此，随着变坡长度的增加，豁口截留率增加速度逐渐减小。同时试验结果表明，当变坡长度≥0.6m时，豁口的截留效率在63%以上。因此，在实际工程中应结合道路条件和控制目标需求合理选择变坡长度，豁口前变坡长度一般宜为0.6～0.9m。

豁口前变坡坡度对雨水径流截留能力的影响见图5。从图5a中可知，当变坡坡度由0增加到5%时，豁口截流量从0.42m³增加到0.57m³，豁口截留率从16.63%增加到22.71%。因此，坡度从0增加到5%对豁口截留效果影响不明显，收水率均较低。坡度由10%增加到25%时豁口截流效果见图5b，从图5b中可知豁口截流量增加了0.44m³，豁口截留率从46.10%增加到63.68%。当变坡坡度从0增加到25%时，豁口截留率增加了47.05%。因此，增大豁口前变坡坡度可提高其截留率，主要是由于随着豁口前坡度的增加，豁口前有效水深增加，从而使豁口截留能力增加。图5中，当坡度的变化区间分别为0～5%、5%～10%、10%～15%、15%～20%和20%～25%时，对应的豁口截留率增量分别为6.07%、23.39%、13.40%、3.13%和1.20%。因此，5%～10%坡度下豁口截留率增幅最明显，其次为10%～15%，坡度为15%～25%增幅不明显。当坡度为15%、20%和25%时，截留率分别为60%、62.62%和63.68%，截留效率相近。因此，综合考虑豁口截留效率和施工难易程度，建议在实际工程中变坡坡度宜采用5%～15%。

(1）豁口前变坡宽度是影响豁口截留率的主要因素。在实际工程中宜优先考虑通过增加变坡宽度来提高豁口截留效率，一般宜为0.3～0.5m。

(2）豁口的截留效率随豁口前变坡的长度增加而增加，最终趋于稳定值。在实际工程中，当变坡宽度受到限制时，可通过增加变坡长度来提高豁口截留效率，一般宜为0.6～0.9m。

(3）随着变坡坡度的增加，豁口截留率逐渐增加。在实际工程中当变坡宽度和长度均受限的情况下，可考虑适当增加变坡坡度来提高豁口的截留效率，一般宜为5%～15%。

以上结论是基于实验室模拟道路坡度和均匀雨强条件，而实际城市道路坡度变化较大，且降雨是一个非均匀雨强的降雨过程，因此，在实际工程应用中应根据道路等级、坡度、雨水口和豁口空间布局关系、雨水径流控制目标等因素综合确定豁口前变坡的设计参数。