基于“海綿城市”理念的城市道路排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

文/劉名

1 前言

不科學(xué)的城市道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致水資源的大量流失，為城市生態(tài)系統(tǒng)帶來負(fù)面效應(yīng)。在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國城市水資源生態(tài)系統(tǒng)不容樂觀，綠色覆蓋率低、蓄水能力不足等問題客觀存在。隨著可持續(xù)發(fā)展理念深入人心，海綿城市建設(shè)受到廣泛關(guān)注，在解決人與自然矛盾方面作用顯著。因此，相關(guān)部門應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到城市道路排水系統(tǒng)的重要性，同時(shí)以前瞻性的目光看待海綿城市的建設(shè)，結(jié)合現(xiàn)有短板問題優(yōu)化城市道路排水系統(tǒng)，發(fā)揮其生態(tài)治理作用。

2 海綿城市概述

2.1 基本概念

海綿城市理念認(rèn)為城市應(yīng)像海綿一樣有一定彈性，對(duì)環(huán)境變化和自然災(zāi)害具有一定的應(yīng)對(duì)能力。海綿城市整體遵循生態(tài)優(yōu)先原則，通過人類行為與自然途徑的協(xié)調(diào)提升城市排水防澇能力以及雨水資源利用能力，提升城市生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在海綿城市建設(shè)過程中，往往需要對(duì)自然降水系統(tǒng)、地表水系統(tǒng)以及地下水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌管理，方能真正發(fā)揮海綿城市效用優(yōu)勢(shì)。

2.2 建設(shè)思路

客觀來說，海綿城市建設(shè)的根本思路是擴(kuò)大城市的豎向空間，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市建筑、道路以及綠化的規(guī)劃管理。其中，海綿城市的彈性主要體現(xiàn)在排水系統(tǒng)中，借助如同海綿般的排水系統(tǒng)對(duì)徑流的雨水進(jìn)行吸收、蓄藏和緩釋，并將其應(yīng)用到城市綠化建設(shè)、道路建設(shè)中，提升雨水資源的利用效率。與此同時(shí)，在雨水自然滲透、積存和凈化的過程中，城市的排水防澇能力也將會(huì)有所增強(qiáng)，能夠在一定程度增強(qiáng)人們對(duì)于自然災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力，保障廣大人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.3 設(shè)計(jì)原則

在實(shí)踐中貫徹海綿城市理念，需要相關(guān)部門及人員著重考慮兩方面問題：一方面是明確現(xiàn)階段道路管理模式，深入分析既有地下管道網(wǎng)絡(luò)雨水收集和排放系統(tǒng)構(gòu)造及作用發(fā)揮情況；另一方面則需要實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā)，在技術(shù)允許的情況下提升雨水資源的利用效率。

3 海綿城市道路排水系統(tǒng)的作用

3.1 提升雨水資源利用率

在我國現(xiàn)代化建設(shè)捷報(bào)頻傳的同時(shí)，水資源短缺的矛盾問題也逐漸凸顯。相對(duì)而言，我國水資源較為匱乏，且水污染現(xiàn)象較為常見。因此，若想有效緩解水資源供給和需求的沖突矛盾，必須提升水資源的使用效率。從這一角度來看，基于海綿城市理念的道路排水系統(tǒng)融合了超標(biāo)雨水徑流排放體系與城市雨水管道系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，既可以有效提升雨水資源的利用效率，同時(shí)也在美化環(huán)境、保護(hù)生態(tài)方面發(fā)揮作用。除此以外，通過運(yùn)用海綿城市道路排水系統(tǒng)對(duì)徑流就地收集，可以在一定程度上降低管網(wǎng)的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)水資源的重復(fù)循環(huán)使用，符合新時(shí)期可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。

3.2 提升災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力

近幾年來，我國極端降水等氣候事件的發(fā)生頻率整體偏高，部分城市降水密集且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致其排水體系長(zhǎng)期處于高負(fù)荷狀態(tài)，增加了城市內(nèi)澇發(fā)生的概率，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全埋下了隱患。基于這一背景，運(yùn)用海綿城市理念設(shè)計(jì)道路排水系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效率的降水傳遞，避免路面存在大量積水，提升了城市在自然災(zāi)害和氣候?yàn)?zāi)害面前的應(yīng)對(duì)能力。

3.3 修復(fù)被破壞水質(zhì)

基于海綿城市理念的排水系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代技術(shù)與自然渠道的融合，以保持自然的水文特點(diǎn)、修復(fù)被破壞的城市水生態(tài)系統(tǒng)。因此，在城市化建設(shè)階段，相關(guān)部門必須遵循生態(tài)優(yōu)先原則，對(duì)區(qū)域內(nèi)自然降雨、地表水、地下水及水循環(huán)的特點(diǎn)展開全方面的系統(tǒng)化分析，減少城市排水系統(tǒng)修建對(duì)生態(tài)環(huán)境的損壞，打造兼具生態(tài)效益和社會(huì)效益的地下管網(wǎng)。

4 基于海綿城市的城市道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 生態(tài)邊溝設(shè)計(jì)

城市道路排水系統(tǒng)中的生態(tài)邊溝是一種溝面草坪下設(shè)有過濾層的雨水收集形式，融集水井和下凹式綠化帶于一體。通常情況下，如果在路旁設(shè)置生態(tài)邊溝，則不需要在該路段額外設(shè)置雨水口。在降水天氣時(shí)，雨水會(huì)順著道路邊緣的開口流入生態(tài)邊溝，經(jīng)過濾層滲透至地下。而在降水量較大的情況下，大量雨水無法滲透，此時(shí)會(huì)由溝內(nèi)的溢流井溢流，并經(jīng)由溢流井連接管流入市政雨水管道系統(tǒng)。客觀來說，基于海綿城市的城市道路生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)邊溝具有以下優(yōu)勢(shì)：其一，提升溢流井的聚集能力、降低雨水徑流量；其二，對(duì)雨水中所夾雜的污染物起到初級(jí)的過濾作用，避免出現(xiàn)雨水口被堵塞現(xiàn)象，防止道路積水；其三，在一定程度上可以減輕熱島效應(yīng)，調(diào)節(jié)城市的氣候環(huán)境。

4.2 綠地調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

在城市道路排水系統(tǒng)中，綠地調(diào)蓄池主要用于將雨水匯流至綠化帶生態(tài)邊溝，促使雨水徑流緩慢排放，滲透至地下，或進(jìn)入雨水儲(chǔ)水模塊箱。通常情況下，綠地調(diào)蓄池具有一定坡度，在調(diào)節(jié)季節(jié)性洪峰流量、均衡水體土質(zhì)等方面作用突出。具體來說，綠地調(diào)蓄池的應(yīng)用具有以下幾種價(jià)值：首先，在城市出現(xiàn)大規(guī)模降水或短期強(qiáng)降水時(shí)，該設(shè)計(jì)可以降低洪峰壓力，使得大量雨水流入江湖水體，避免雨水在路面大量存積。其次，綠地調(diào)蓄池同樣具有過濾與沉積作用，可以阻截雨水中的泥沙，預(yù)防水土流失。最后，經(jīng)綠地調(diào)蓄池排放的雨水可以進(jìn)行回收再利用，用于綠化灌溉和道路清潔。值得注意的是，在設(shè)計(jì)綠地調(diào)蓄池的過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)選擇將硬化區(qū)域作為匯水地帶，將松軟綠地作為滯流載體，并合理規(guī)劃排水通道，展開精細(xì)的水文計(jì)算，提升綠地調(diào)蓄池設(shè)計(jì)對(duì)城市內(nèi)澇問題的應(yīng)對(duì)能力。

4.3 雨水智能板設(shè)計(jì)

在城市道路排水系統(tǒng)中，雨水智能板主要被應(yīng)用于道路中面層與頂面層之間。由于設(shè)備對(duì)雨水的敏感性較強(qiáng)，在城市出現(xiàn)大規(guī)模降水天氣時(shí)，雨水智能板能夠迅速吸納經(jīng)由透水材質(zhì)向下滲漏的雨水，而在天氣轉(zhuǎn)晴時(shí)，該設(shè)備又會(huì)借助光照感應(yīng)、重力感應(yīng)，將設(shè)備中的濃縮水借助PVC 管道傳輸至雨水儲(chǔ)水模塊箱，即路基頂部面層下側(cè)。根據(jù)我國的城市道路結(jié)構(gòu)來看，其普遍分為底層、上層、中層、下層，雨水智能板所處的位置是中層與上層之間，其良好的吸水能力在一定程度上阻擋了雨水進(jìn)入底層，削弱了雨水對(duì)于道路剛度、承載能力的負(fù)面影響，可以為道路質(zhì)量提供一種有效保障。與此同時(shí)，雨水智能板普遍具有良好的抗壓性能，在道路施工過程中，于中層和上層交界之處設(shè)置厚度為2～3cm 的雨水智能板，并在路面布置磨耗層，可以有效提高工程質(zhì)量。除此以外，雨水智能板屬于綠色材質(zhì)，能夠多次重復(fù)使用。整體來說，雨水智能板具有如下特征：其一，雨水智能板具有良好的抗壓性能，負(fù)荷能力較強(qiáng)，基本可以滿足現(xiàn)代交通流量壓力；其二，雨水智能板如同海綿一般具有良好的吸水性能，可以將地面滲透的雨水吸附在內(nèi)部，將其轉(zhuǎn)化為濃縮水；其三，雨水智能板具有環(huán)保性，可以回收再利用，且應(yīng)用年限高達(dá)50年。結(jié)合雨水智能板在我國城市道路排水體系中的實(shí)際應(yīng)用情況來看，其改善了傳統(tǒng)模式中的借助道路坡度排水所導(dǎo)致的不均衡問題，借助良好的吸水能力和滲透性展開豎向排水，對(duì)水資源的感應(yīng)和收集能力更勝一籌。在此基礎(chǔ)上，利用凈水設(shè)備對(duì)收集的水資源進(jìn)行凈化，可以達(dá)到有效減少雨水徑流、提升水資源利用效率的目的[1]。

4.4 雨水過濾凈化設(shè)施設(shè)計(jì)

結(jié)合我國現(xiàn)階段海綿城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況來看，絕大多數(shù)城市均設(shè)有雨水過濾凈化設(shè)施。該類設(shè)施的作用原理是借助PVC 管和儲(chǔ)水模塊箱，對(duì)地面雨水中的漂浮過濾物進(jìn)行過濾和分離，使得雨水中摻雜的顆粒物和雨水分離，達(dá)到凈化雨水資源的目的，確保其可以被應(yīng)用于綠化灌溉和工業(yè)建設(shè)。值得注意的是，無論采用哪一種道路排水設(shè)計(jì)模式，相關(guān)部門都必須編制可行的建設(shè)規(guī)劃，嚴(yán)格落實(shí)責(zé)任制度，確保海綿城市道路排水系統(tǒng)建設(shè)的可行性與合理性。

5 海綿城市發(fā)展前景

海綿城市理念是基于生態(tài)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略而提出的一個(gè)構(gòu)想，具有較為明朗的發(fā)展前景。海綿城市的彈性主要體現(xiàn)在其面對(duì)環(huán)境變化和自然災(zāi)害自如應(yīng)對(duì)能力方面，在強(qiáng)降雨天氣吸水存水，在氣候干旱時(shí)吐水放水，改善城市的內(nèi)澇問題和干旱問題。事實(shí)上，受我國土地開發(fā)模式的影響，城市道路硬化問題持續(xù)加劇，間接干擾了城市地面的透水功能和滯水功能，城市降水的情況不容樂觀。而在大量實(shí)踐應(yīng)用中，海綿城市在調(diào)節(jié)城市管道排水功能、緩解城市內(nèi)澇問題方面展現(xiàn)出了較強(qiáng)的實(shí)用性。與此同時(shí)，由于海綿城市道路排水系統(tǒng)符合城市化建設(shè)需求，同時(shí)又符合生態(tài)文明建設(shè)思想，受到各級(jí)政府部門的一致認(rèn)可和大力推崇。在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，海綿城市仍舊會(huì)作為城市道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)理念，成為提升區(qū)域?yàn)?zāi)害應(yīng)對(duì)能力、拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。因此，海綿城市的發(fā)展前景整體較為樂觀。

6 結(jié)語

綜上所述，面臨城市化建設(shè)進(jìn)程中水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，相關(guān)部門應(yīng)基于可持續(xù)發(fā)展理念，以海綿城市理念為指導(dǎo)，著手優(yōu)化城市道路排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)城市排水體系的弊病和老化問題。也就是說，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合城市的地質(zhì)水文條件，合理設(shè)計(jì)生態(tài)邊溝、綠地調(diào)蓄池、雨水智能板以及雨水過濾凈化設(shè)施等，改善雨水徑流，提升水資源利用效率，緩解城市內(nèi)澇問題，推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。