在现代城市化建设中，城市地表逐步被建筑物和混凝土等阻水材料硬化覆盖，形成了生态学上的人造沙漠，目前城市路面(城市道路、厂房小区公园等路面)基本都为阻水材料，且占城市总面积的比例较大^{[1, 2, 3, 4]}。便捷的交通基础设施、平整的道路虽然给人们出行带来了极大方便，但这些非透水路面给城市的生态环境也带来了极大的负面影响^{[5, 6]}。首先，非透水路面几乎完全将自然降水与下层土壤及地下水阻断，不利于涵养地下水源，破坏了城市地表生态平衡^{[3, 4, 5, 6, 7, 8]}。其次，非透水路面不利于缓解城市噪音污染，给人们的日常生活带来不便。此外，非透水路面与周围城市建筑共同作用，会增加城市的热岛效应^{[9, 10]}。

针对非透水路面存在的弊端，国内外对透水路面开展了大量研究，如研发透水性混凝土路面材料、透水基层、透水性地砖、透水路面铺设等，并主要将其应用于广场、步行街、道路两侧和公园内道路等慢行系统^{[10, 11]}。已有的城市透水路面应用效果表明，透水路面增加了城市的透水、透气空间，对调节城市气候、保持生态平衡起到了良好的作用^[12]。然而，目前国内外对透水路面的研究大多只关注材料的路用性能，对透水慢行系统路面的生态效果研究尚不完善，因此本文基于低碳视角从排水效果、降噪效果、降低城市热岛效应3个方面对透水慢行系统开展研究评价，并提出透水慢行系统生态效果评价的分级标准。

透水路面结构具有良好的排水效果，不仅能及时高效地将路表水排出，避免道路的水损坏现象，而且能通过与土壤连通的空隙，将水源引导至下层土壤，起到涵养地下水源，维持生态平衡的重要作用。

透水沥青路面通过面层排水，透水性能是其重要评价指标。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)成型车辙板试件，级配如表 1所示。采用简易渗透系数测定仪模拟排水层渗水情况，对透水路面的空隙率和渗透系数进行分析，具体试验过程为：向仪器上方总量为600 mL的量筒中注入淡红色水至满，迅速打开全部开关使水从细管下部流出，待水面下降至100 mL时，立即开动秒表，每隔60 s读记仪器管刻度1次，至水面下降500 mL时为止。试验如图 1所示，相关试验结果见表 2。

图 1 渗透系数试验 Fig. 1 Permeability coefficient test

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从表 2可以看出，随着空隙率和连续空隙率的增大，渗透系数也逐渐增大，说明透水性沥青混合料具有良好的渗透特性。SBS 改性沥青 OGFC级配II比级配I的渗透系数提高了30.0%；级配III比级配I的渗透系数提高了40.5%；同样TPS改性沥青OGFC级配II比级配I的渗透系数提高了30.7%；级配III比级配I的渗透系数提高了40.7%。

通过室外试验，研究级配碎石基层、无砂混凝土与级配碎石叠合和水泥稳定碎石与级配碎石叠合基层的排水性能。进行3组平行模拟试验，具体试验方案为：人工模拟降雨；降雨强度由水压力、流量计和开关控制，并用雨量筒每半小时检测一次；降水在道路结构内的渗透深度用预埋的空隙水压计检测；目测路面潮湿情况和径流情况。根据总降雨量-溢流量=渗透量的试验原理，得出3种路面的渗透深度与时间的关系如图 2所示，所述时间为3组平行试验的平均时间。

图 2 透水基层渗透深度与时间的关系 Fig. 2 Relationship between penetration depth of permeable base course and time

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3种透水结构的现场渗透试验表明，3种结构表面均呈湿润无明水，通过图 2渗透深度与时间的关系也可以看出3种透水结构具有良好的渗透性能，能够及时消除路面积水。级配碎石基层渗透所用时间共计86 min；无砂混凝土与级配碎石叠合基层渗透所用时间共计61 min；水泥稳定碎石与级配碎石叠合基层渗透所用时间共计89 min。由此可以推断出无砂混凝土与级配碎石叠合基层的渗透速率最快，级配碎石基层次之，水泥稳定碎石与级配碎石叠合基层最慢。

中华人民共和国住房和城乡建设部颁布的《透水沥青路面技术规程》(CJJ/T190)中规定透水沥青混合料的空隙率为18%~25%。《透水混凝土路面技术规程》(CJJ/T135—2009)中规定透水混凝土的空隙率为11%~17%。透水沥青路面的透水性能与混合料的空隙率紧密相关，结合试验及相关规定，采用混合料的空隙率将透水沥青路面、透水混凝土路面排水效果进行分级，见表 3。

从吸声降噪方面而言，透水性路面结构以其特有的多孔吸声结构，当声波传播到表面时，声波引起小孔或间隙的空气运动，紧靠孔壁表面的空气运动速度较慢，由于摩擦和空气运动的黏滞阻力，一部分声能转变为热能，从而使声波衰减；同时，小孔中空气和孔壁的热交换引起的热损失，也能使声能衰减。另一方面，汽车轮胎行驶在多孔透水性铺装路面时，由于轮胎花纹空气爆破及泵吸噪声强度的降低，汽车行驶噪声降低。

空隙率作为体积指标包括连通空隙率和封闭空隙率，连通空隙在试件内部贯通，并与环境连通；封闭空隙为试件内部封闭的孔隙，不与环境连通。为研究不同空隙率下沥青路面降噪效果，参照《公路沥青路面施工技术规范》，设计不同空隙率的透水沥青混合料，根据驻波法试件要求，制备直径100 mm 的吸声试件，进行吸声系数试验，如图 3所示，并采用阈值法对沥青混合料的CT图像进行分割以确定连通空隙率，不同空隙率OGFC-13混合料的吸声系数均值与吸声系数峰值如表 4所示。

图 3 吸声系数试验 Fig. 3 Absorption coefficient test

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测试结果表明，不同空隙率透水路面材料的吸声系数曲线具有相似的吸声规律，在低频端，吸声系数较小，随着频率的提高而不断提高，达到峰值后，继续提高频率，吸声系数开始下降。透水路面吸声系数峰值的频率集中在900~1 000 Hz的中频附近。吸声系数峰值在空隙率22%时达到0.842，而吸声系数均值在空隙率24%时达到0.428。

透水性沥青路面材料的吸声系数峰值与均值整体上随着空隙率的增大而提高，空隙率18%的透水路面比空隙率16%的提高了17.3%；空隙率 24%的透水路面比空隙率16%的提高了25.5%。

以OGFC-13试件作为参照，分别测试不同空隙率与连通空隙率的OGFC-10的吸声系数，研究沥青混合料集料粒径对吸声性能的影响规律。吸声系数均值与吸声系数峰值见表 5。

对比相同连通空隙率的透水性沥青路面OGFC混合料可以看出，小粒径OGFC-10混合料的吸声系数均值和吸声系数峰值均比较大，分别达到0.432和0.736，其吸声性能优于大粒径的OGFC-13混合料，但小粒径OGFC-10混合料峰值频率点普遍向低频方向偏移。然而相同空隙率下，小粒径OGFC-10的吸声性能反而有所下降，说明吸声性能与OGFC混合料的连通空隙率的相关性更为密切。

对空隙率10%，15%和20%的透水混凝土试块进行吸声系数测定，不同空隙率的透水混凝土在不同频率下的吸声系数曲线，见图 4。

图 4 不同空隙率的透水混凝土吸声系数曲线 Fig. 4 Acoustical absorptivity curves of permeable

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通过图 4可以看出透水混凝土试件的吸声系数与材料的空隙率及频率有关；空隙率是影响吸声系数的主要因素；随着空隙率的增大，透水混凝土吸声系数的峰值增大，通过比较不同空隙率可以得出空隙率15%的透水混凝土试件比空隙率10%的吸声系数提高了9.1%，空隙率20%的透水混凝土试件比空隙率15%的吸声系数提高了27%，而且吸声数的峰值出现在500~800 Hz之间，在1 250 Hz附近吸声系数出现低谷，随着频率的增加，吸声系数又有上升的趋势。

同透水慢行系统结构的排水效果相同，透水慢行系统结构的降噪效果同路面结构面层材料的空隙率关系密切。透水沥青路面降噪效果不同分级对应的空隙率依次为优(20%，25%］、良(18%，20%］；透水水泥混凝土路面降噪效果的不同分级对应的空隙率依次为优(15%，17%］、良(11%，15%］。

城市热岛效应是一种城市化发展导致城市中气温高于郊区的现象，随着城市规模的迅速扩大，城市的热岛效应越来越明显。它的形成一方面来源于现代化大城市数百万人日常生活发出的热量及工业生产、交通运输工具散发的大量热量，另一方面是因为城市的建筑群和路面热容量大，反射率小，有效地储存了太阳辐射热。

透水路面具有一定的空隙并与土壤连通，可以调节空气的温度和湿度，具有降低路面结构温度的作用，能够改善城市局部气候，有利于缓解城市热岛现象。国内的道路工作者也注意到了透水路面对降低路面结构温度的作用，本文通过调查得出透水路面与SMA路面表面与中面层的温度，见表 6。

从表 6中可以看出，4种路面的表面温度差异不大，中面层温度差异较大，透水路面路表与中面层温度差值达6 ℃以上，而SMA路面仅为2.4 ℃，说明透水路面结构内部聚集的热量少。由路表与中面层温度差值的均值可知，透水沥青路面比SMA路面温差效果提高了3.2倍；透水水泥混凝土路面比SMA路面温差效果提高了2.5倍；透水砖路面比SMA路面温差效果提高了3.1倍，进而说明透水路面有利于缓解城市的热岛效应。

目前主要通过比较路面结构的路表和中面层的温度来评价透水慢行系统降低城市热岛效应，通过二者的温差来表征路面降低城市热岛效果。基于此，通过上述温差结果，分析得出透水沥青路面、透水水泥路面和透水砖路面降低热岛效果的分级指标其结果见表 7。

(1)对于排水效果，沥青混合料的渗透系数随空隙率和连续空隙率的增大而增大；无砂混凝土与级配碎石叠合基层的渗透速率最快，级配碎石基层次之。

(2)对于降噪效果，沥青混凝土吸声系数峰值与均值整体上随空隙率的增大而提高；相同连通空隙率下，小粒径吸声优于大粒径，相同空隙率下小粒径性能反而下降；透水性混凝土的吸声系数随着空隙率的增大而增大。

(3)对于降低城市热岛效应，透水路面的路表与中面层温度差值远远大于其他几种路面结构，有效降低城市热岛效应。

(4)提出了评价透水慢行系统排水效果、降噪效果和降低城市热岛效应的分级标准。