基于海綿城市理念的城市排水系統(tǒng)設(shè)計

摘要：城市排水系統(tǒng)是城市水生態(tài)的命脈，對處理城市污水、應(yīng)對城市內(nèi)澇等起著非常關(guān)鍵的作用。本文通過海綿城市理念，提出改善舊城市排水系統(tǒng)、運用新型路面鋪裝材料、地下排水實現(xiàn)雨污分流等方法，解決城市排水系統(tǒng)現(xiàn)存的排水設(shè)計標準過時、排水效率低從而引發(fā)城市內(nèi)澇的問題，得出基于海綿城市理念的城市排水系統(tǒng)設(shè)計可以緩解城市內(nèi)澇、實現(xiàn)水資源的最大利用、最終實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)共同可持續(xù)發(fā)展的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：城市排水;海綿城市;雨污分流;可持續(xù)

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2020）21-00-02

0 引言

隨著城市化進程的加快，道路上柏油路面越來越多，交通改觀的同時減少了土壤與地表植被的地表覆蓋率，交通便捷程度提高的同時卻不利于地表水的滲透，遭遇雨季強降水時會發(fā)生城市內(nèi)澇。在全球變暖的大背景下，降雨頻發(fā)，降水不均且難以預(yù)測，旱澇急轉(zhuǎn)事件概率提高，現(xiàn)城市大部分路段排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)排水設(shè)計不足以達到強降水的排水要求，對路面施工提出了新的要求，要修繕并加建排水管道系統(tǒng)，實現(xiàn)雨污分流，全面運用新科技，實現(xiàn)系統(tǒng)化、合理化、智能化、可控性高等特點，遵循可持續(xù)發(fā)展的原則，實現(xiàn)水資源的最大化利用。

1 內(nèi)澇對城市排水系統(tǒng)提出新要求

1.1 城市內(nèi)澇的產(chǎn)生

為了響應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展和提高道路使用率，綠化和天然土壤為城市道路建設(shè)作出了很大的讓步。舊的城市排水標準導(dǎo)致雨水留在道路上，城市內(nèi)澇主要是由城市排水系統(tǒng)不足造成的[1]。

1.2 內(nèi)澇對城市基建及生活的影響

在許多城市的經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程中，排水系統(tǒng)的建設(shè)往往被忽視，排水效率將直接影響居民的生活質(zhì)量[2]。在全球變暖的趨勢下，雨季和旱季帶來的旱澇災(zāi)害程度急劇上升，在某些排水系統(tǒng)建設(shè)落后的地區(qū)，甚至?xí)o城市帶來嚴重的災(zāi)害，對居民及城市本身的建設(shè)都有很大的影響，如腐蝕路面、電線桿等路面基建材料，造成交通不便而影響城市運作，使得經(jīng)濟效益得不到提升。發(fā)生城市澇災(zāi)的主要原因是城市早期排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)體系落后，地表混凝土等低滲材料覆蓋率高，降低了地表水滲入地下的情況。大雨期間由于排水無法跟上降水量，形成地表積水，極大地影響路面的使用壽命，甚至對城市居民造成損害[3]。

1.3 旱澇急轉(zhuǎn)的嚴重性

工業(yè)革命之后，機器取代了人力勞作，人控制機器運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生空前巨大的經(jīng)濟效益，正是如此帶動了社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的思想得以進步。機器取代人產(chǎn)生的效益是驚人的，但帶來的環(huán)境污染也是驚人的，工業(yè)廢料、空氣污染物被拋棄，即使經(jīng)過遏制與處理，產(chǎn)生的二氧化碳、甲烷等溫室氣體無法被現(xiàn)有地表的植被吸收轉(zhuǎn)化，滯留在大氣中造成海平面上升、降水不均，使路面排水的原有設(shè)計達不到現(xiàn)有雨季降水的排水要求，產(chǎn)生嚴重的城市內(nèi)澇。

根據(jù)《21世紀全球變暖背景下江淮流域夏季旱澇急轉(zhuǎn)特征分析》一文，作者通過比較耦合模式，基于5個具有最強變暖背景的模型計算了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示，21世紀下半葉，江淮盆地附近將發(fā)生兩次嚴重的旱澇急轉(zhuǎn)事件[4]。旱澇急轉(zhuǎn)對城市的排水系統(tǒng)和儲水、凈水系統(tǒng)有很高的要求，長期干旱會造成城市水資源短缺、農(nóng)作物產(chǎn)量低等危害，緊跟其后的旱轉(zhuǎn)澇，長時間集中降水，會引起河水陡漲，地表水長時間滯留地面，損壞道路周圍設(shè)施，甚至造成農(nóng)作物死亡等現(xiàn)象。我們需要充分思考長時間干旱和集中降水對路面、居民、作物造成的影響，使其不影響居民日常生活、腐壞道路，充分利用降水資源，加以儲存和運用，實現(xiàn)環(huán)境效益最大化。

2 海綿城市理念在城市排水系統(tǒng)設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1 海綿城市理念

海綿城市本質(zhì)上是一種管理城市天然水資源的新理念，有系統(tǒng)化和精度高等特點。其能夠提高城市的抗災(zāi)和抗風(fēng)險能力，目前已在許多城市投入使用。顧名思義，海綿城市與海綿的特性非常相似，可以自由吸收和釋放水，在雨季可以儲存大量的雨水，并且在滲入時可以通過土壤等天然過濾器進行凈化[5]，在旱季或日常城市用水時可以調(diào)用地下水，實現(xiàn)水資源的自由遷移，以達到生態(tài)可持續(xù)的目的。海綿城市致力于通過將人與自然融為一體，存儲、滲透并最大限度地處理城市雨水，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。發(fā)展海綿城市，就必須構(gòu)建完備的生態(tài)系統(tǒng)，對已遭到破壞的生態(tài)進行修復(fù)，維護保持原生態(tài)，運用新技術(shù)，實現(xiàn)人與自然的有機結(jié)合。

2.2 海綿城市理念介入城市排水系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 路面鋪裝

由于全球變暖，冰川持續(xù)融化，海平面逐漸提高，會使降水量增加，首先應(yīng)對城市路面鋪裝材料提出新的要求，路面材料是實現(xiàn)海綿城市理念的“第一道防線”。道路施工時首選透水性強的材料進行鋪裝，如此一來有利于地表水的下滲，實現(xiàn)水循環(huán)，如果路面鋪裝材料達不到降水標準，在應(yīng)對集中降水時，地表水會逐漸增加，產(chǎn)生城市內(nèi)澇?？紤]到地區(qū)的經(jīng)濟原因，當(dāng)前的城市路面大多使用低滲透性的鋪路材料，例如瀝青、水泥等[6]，這種鋪裝材料在強降水時不利于雨水下滲，從而使雨水停留在路面。應(yīng)提倡使用新的鋪路材料，遵循海綿城市的概念，逐步實現(xiàn)各個城市地區(qū)鋪路材料的轉(zhuǎn)變，使其在海綿城市的概念中扮演地表植被的角色[7]，這也是抵御干旱和洪水的第一道防線，可以最大限度地減少甚至避免澇災(zāi)，促進生態(tài)水的循環(huán)利用，并符合可持續(xù)發(fā)展的原則[8]。

2.2.2 增設(shè)修繕排水管道

城市中的排水管道稱得上是一個城市實現(xiàn)水循環(huán)的血脈，其有收集、處理、運輸?shù)孛婕吧钣晡鬯淖饔?。必須對舊城區(qū)排水系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以應(yīng)對未來的雨季和旱澇急轉(zhuǎn)事件。應(yīng)更換有問題的排水管，在提出新設(shè)計方案時，需要考慮舊方案，而不進行重大更改，充分利用原始資源條件，考慮人口和氣候的影響以及其他條件，以實現(xiàn)收益最大化[9]。順應(yīng)時代的發(fā)展，將現(xiàn)有技術(shù)巧妙合理地應(yīng)用到排水系統(tǒng)中，實現(xiàn)排水防洪的智能化、數(shù)字化、三維可視化[10]，根據(jù)降雨量及地區(qū)的排水標準進行數(shù)據(jù)計算，預(yù)測未來降水可能發(fā)生的狀況，從而及時、有準備地開展排水、防汛工作，實現(xiàn)人機互動，達到系統(tǒng)化、可視化、智能化、合理化、高效化，面對突發(fā)狀況，有條不紊、有針對性、有目的地進行干預(yù)調(diào)整。

2.2.3 優(yōu)化城市排水泵站

城市的排水泵站有調(diào)節(jié)水源、輸送水源、防洪排澇的作用，是城市最終實現(xiàn)水循環(huán)的心臟。排水泵站是水利工程的一部分，其作用非同尋常，工、農(nóng)業(yè)的供水、排放工業(yè)廢水和雨污水等生活中的方方面面都需要靠它完成，時刻影響著我們的日常生活。水泵作為城市的心臟，必須管理得當(dāng)，合理準確是其必須擁有的特點，從而才能保證排水系統(tǒng)的正常運行。城市中的水泵站具有成本低、工程周期短、靈活性高、效益高等特點，但是在日常管理水泵站的工作不容懈怠，以防問題頻發(fā)，必須針對水泵的特點制定相應(yīng)的管理方針，采取有效的措施對水泵進行優(yōu)化，從而達到節(jié)約水資源的目的，實現(xiàn)海綿城市的理念，體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展原則。在設(shè)備選材時，必須選用精度高、質(zhì)量好的設(shè)備[11]。為了防止藻類和生活垃圾等城市水質(zhì)廢物的增加導(dǎo)致水泵站的運行受阻[12]，可以對水中雜質(zhì)進行定期、及時的清理，以防水泵站停運影響經(jīng)濟發(fā)展[13]。與此同時，也可以將目前的科技運用到水泵站中，實現(xiàn)人機互動，高效、可視化的管理可以使水泵站的工作變得更加合理準確，進一步提升其工作效率，使水泵站更加經(jīng)濟適用。

2.2.4 擴充儲水站

城市人口的增加導(dǎo)致對水資源的需求急劇增加，現(xiàn)有儲水站難以應(yīng)對突發(fā)的缺水情況[14]。城市人口的不斷增長，會大量用水造成供水不足，對此，應(yīng)當(dāng)對現(xiàn)有的儲水站進行相應(yīng)的擴充調(diào)整，擴大儲水站的容積，使雨季降水得到充分保留，充分利用地表流支，擴充河流，增加其儲存容量，水資源短缺時可從河流抽水、凈化使用。

2.2.5 雨污分流，實現(xiàn)可持續(xù)

雨污管道分流可以使城市排水更高效。這種模式可以減輕污水處理的壓力，將雨水和污水分開流通，凈化后的雨水可以直接排入附近的河流。首先處理雨水，然后處理污水，可以減輕匯合處理的壓力[15]，如此可以實現(xiàn)效果最優(yōu)、高效經(jīng)濟，將雨水、污水分離從而減少水資源環(huán)境污染，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的。

如今，城市排水管基本上存在標準老、時間長、規(guī)模大的問題[16]，很難達到如今城市內(nèi)的雨污排放要求，應(yīng)積極改變此現(xiàn)狀，在不大幅變更原有設(shè)計的基礎(chǔ)上提出新的設(shè)計方案，運用現(xiàn)有的未損壞老化的管道及濾網(wǎng)，降低總投入成本，實現(xiàn)效益最大化。在建立新的城市排水系統(tǒng)時，需要改進和優(yōu)化舊的管道和過濾器，定期檢查，并在出現(xiàn)新情況時進行有針對性的調(diào)整[17]，避免長時間使用導(dǎo)致管道堵塞等情況發(fā)生，造成排水不及時?？梢宰裱瓌?chuàng)新原則，運用科技，在雨污分流管道中實現(xiàn)人機交互，可視化、高效化、操控性強，便于管控整個排水系統(tǒng)，對突發(fā)狀況的應(yīng)對會更及時可控?？傊?，實現(xiàn)雨水和污水分流，可以最大限度地提高城市排水效率，防止水污染等問題。因此，在優(yōu)化系統(tǒng)之前，需要做好充分的準備[18]，只有經(jīng)過充分的技術(shù)研究，才能提高雨污分流帶來的整體效益。

3 結(jié)語

海綿城市建設(shè)是一項注重長遠、造福未來的工程。采用基于海綿城市的城市排水系統(tǒng)設(shè)計，可以有效規(guī)避因全球變暖我國城市面臨的旱澇急轉(zhuǎn)及城市內(nèi)澇帶來的問題。應(yīng)在原有的城市排水系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，強調(diào)海綿城市的重要性，從改進路面鋪裝材料、增設(shè)并修繕排水管道、優(yōu)化城市水泵站、擴充儲水站、實現(xiàn)雨污分流等方面，逐步完善城市排水系統(tǒng)建設(shè)，遵循海綿城市的理念，最終才能有效解決城市內(nèi)澇和旱澇急轉(zhuǎn)給城市帶來的負面影響。此外，建設(shè)海綿城市，需要改變原有的觀念，遵循可持續(xù)發(fā)展觀，順應(yīng)自然，不破壞生態(tài)體系，運用技術(shù)實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與人的有機結(jié)合，從而實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的共同可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 盛廣耀.勿讓城市內(nèi)澇成為城市通病[J].人民論壇，2020（19）：92-94.

[2] 張興國，馬誼欽.探討城市排水工程施工質(zhì)量控制與管理[J].決策探索（中），2020（06）：49.

[3] 鐘國強.淺析城市道路排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量以及改進措施[J].四川水泥，2018（12）：42.

[4] 陸苗，陳翔，唐鵬，等. 21世紀全球變暖背景下江淮流域夏季旱澇急轉(zhuǎn)特征分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2020（14）：184-186+189.

[5] 魯遙，胡志強，祝遵凌.基于地下水過濾收集技術(shù)的生態(tài)駁岸設(shè)計[J].設(shè)計，2020（11）：152-154.

[6] 徐曉波.城市排水建設(shè)中海綿城市理念的應(yīng)用分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2020（12）：130-131.

[7] 邱月，薛梅，張藝，等.城市排水防澇三維地理信息平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J].城市勘測，2020（02）：5-9.

[8] 李欣，王夕倩，錢麗紅.現(xiàn)代化居住區(qū)景觀設(shè)計的植物造景美學(xué)[J].藝海，2020（5）：88-89.

[9] 項杰濤，李崢.城市排水系統(tǒng)規(guī)劃及海綿城市的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2020，19（04）：62-63.

[10] 丁振興.葉潔楠.綠化技術(shù)在生態(tài)建筑中的集成應(yīng)用分析[J].美術(shù)教育研究，2020（6）：89-90.

[11] 楊杰，劉平.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計思維研究[J].設(shè)計，2020（3）：74-75.

[12] 楊旭，趙文博.城市排水泵站常見問題與優(yōu)化管理研究[J].農(nóng)家參謀，2020（12）：245.

[13] 丁振興，葉潔楠.綠化技術(shù)在生態(tài)建筑中的集成應(yīng)用分析[J].美術(shù)教育研究，2020（6）：89-90.

[14] 熊瑤，嚴妍，張秀.生態(tài)文明背景下郊野公園規(guī)劃設(shè)計策略研究——以湖南株洲天池公園為例[J].美術(shù)教育研究，2020（13）：108-109.

[15] 張良.城市排水系統(tǒng)雨污分流改造技術(shù)探究[J].工程技術(shù)研究，2019，4（14）：243-244.

[16] 劉明珠，朱華鋒，陳周翔.地域文化視角下的舊城改造——以南京老門東為例[J].藝海，2020（5）：158-159.

[17] 孟毅.城市排水系統(tǒng)雨污分流改造技術(shù)探究[J].居舍，2020（15）：55.

[18] 高婧.敘事與體驗：城市公共空間的沉浸式設(shè)計與表達[J].美術(shù)教育研究，2020（13）：92-93.

作者簡介：梅沄澍（2000—），男，江蘇東臺人，本科在讀，研究方向：環(huán)境設(shè)計。

指導(dǎo)老師：胡宏亮（1984—），男，江蘇南京人，碩士，講師，研究方向：景觀生態(tài)學(xué)。