市政排水設(shè)計中海綿城市理念的滲透

胡濤濤 中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司工程師

李玲麗 中交城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司工程師

隨著現(xiàn)代化城市的發(fā)展，資源枯竭危機以及可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人們共同關(guān)注的話題。由于人們賴以生存與發(fā)展的很多資源都不可再生，為了更加充分地利用資源，促進人類的可持續(xù)發(fā)展，需要積極尋求更多的資源利用方法。海綿城市理論能夠在較好利用水資源的基礎(chǔ)上促進城市發(fā)展，將雨水通過城市的管道工程收集起來，凈化后用于周邊的農(nóng)田灌溉和建筑施工等，最終實現(xiàn)水資源的良性循環(huán)。

水循環(huán)在生態(tài)文明城市的發(fā)展過程中起到了關(guān)鍵作用，生物的生長發(fā)育均離不開水資源的支持，并且水也是植物光合作用不可缺少的成分之一。同時，水循環(huán)為維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供了巨大的支持。但是隨著市政道路的建設(shè)推進，城市中可滲透雨水的土地面積越來越少，降雨后的積水排放問題成為影響自然水循環(huán)的重要因素之一。部分城市在強降雨后會出現(xiàn)雨水長期停留地表的情況，更甚者會引發(fā)城市洪澇災(zāi)害。將海綿城市理論和給排水設(shè)計工作有機結(jié)合后，不僅可以為城市儲存更加豐沛的水資源，促進水循環(huán)的順利展開，同時可以促進城市的生態(tài)發(fā)展，降低洪澇災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險[1]。

1 海綿城市理念在市政排水設(shè)計中的應(yīng)用意義

1.1 提升雨水資源利用率

生物的生存以及人類的生產(chǎn)生活都和水資源有緊密的聯(lián)系，特別是在城市人口日益密集的前提下。而我國淡水資源的人均占有量居世界落后地位，僅依靠江河湖泊以及城市周邊的水資源無法滿足城市現(xiàn)代化發(fā)展需要。由于多數(shù)城市會有降雨降雪，若能積極利用自然降雨并收集起來，可以緩解城市用水緊張的問題。將雨水資源通過管道等排水設(shè)施集中起來，在完成初步的過濾和消毒后用于城市的綠化或生活用水等，以達到水資源的循環(huán)利用[2]。

但是在雨水收集的過程中存在一定的問題，現(xiàn)代化城市中多數(shù)為水泥瀝青道路和集中的建筑，可滲透的泥土層較少，自然滲透的能力很差，雨水無法通過道路滲入地下。很多雨水未被利用的原因就在于積水停留在土地表面后，經(jīng)過自然蒸騰作用被帶走，或者進入城市的污水系統(tǒng)后無法循環(huán)使用。海綿城市理論的出現(xiàn)為水資源的循環(huán)利用提供了更多的支持，不僅可以實現(xiàn)雨水的循環(huán)利用，還可以降低供飲用的水資源被用于城市運營的概率。

基于海綿城市理論的給排水工程，是將城市的現(xiàn)有建筑和道路進行分析與規(guī)劃，然后再按城市的水文條件以及人口密度分布進行后續(xù)的城市公共設(shè)施規(guī)劃[3]。這些公共設(shè)施中主要包括給排水工程相關(guān)的市政道路工程、給排水工程以及綠化工程等。除此之外，為了更好地保障雨水收集工作，需要精心設(shè)計道路和周邊雨水收集系統(tǒng)的參數(shù)，從而為改善城市水循環(huán)以及提高行車安全性提供支持。

1.2 改善城市生態(tài)環(huán)境

我國在未引入海綿城市理論之前存在排水系統(tǒng)堵塞、城市干旱缺水的情況，一方面嚴(yán)重影響了人民的日常出行，另一方面對于城市的正常運行非常不利。海綿城市理論會在改善城市給排水系統(tǒng)的同時優(yōu)化環(huán)境，為創(chuàng)造更加和諧、文明的城市發(fā)揮了一定的功效。

首先，海綿城市理論非常重視可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展，會通過雨水的處理來保障城市的水資源供給。其次，海綿城市理論尊重自然發(fā)展的規(guī)律，通過分析城市自然環(huán)境和水文條件，在較小范圍改變現(xiàn)有環(huán)境的基礎(chǔ)上實現(xiàn)水資源的循環(huán)。再次，海綿城市理論可以在現(xiàn)有城市建設(shè)和給排水系統(tǒng)建設(shè)的前提下合理布局，這樣不僅可以達到改善城市水循環(huán)的目的，而且可以減少資源和經(jīng)濟成本的浪費。最后，海綿城市理論和我國號召的可持續(xù)發(fā)展理論與綠色發(fā)展非常適宜，使城市在良性發(fā)展的前提下實現(xiàn)對自然的保護[4]。

1.3 改善初期雨水污染問題

降水初期，雨水會在降落的同時吸收大氣中的污染成分，因此初期雨水的污染程度較高。為了降低初期雨水的污染程度，設(shè)計人員模擬雨水的滲濾過程做了對比實驗，實驗結(jié)果表明，將沸石、蛭石、煤渣以及陶粒4 種基質(zhì)放入到路面或者綠化帶表面，并選擇最合適的配比，能夠有效降低雨水的滲透速度，提高污染物的降解能力。

1.4 有效防止洪澇災(zāi)害

海綿城市的建設(shè)能夠有效減少洪澇災(zāi)害，緩解城市污水排放緊張的問題。當(dāng)降雨量超過可容最大值時，海綿城市的超標(biāo)雨水徑流系統(tǒng)會工作，將多余的水量通過相應(yīng)的措施排出，避免災(zāi)害的發(fā)生的情況。

雨水堆積對城市而言有一定的傷害，這是因為其中的成分存在一定的腐蝕性。當(dāng)雨水過多產(chǎn)生堆積現(xiàn)象時，會對地面、建筑物或市政設(shè)施產(chǎn)生負(fù)面影響，增加市政設(shè)施維修的工作量，而如果雨水能夠通過滲透等方式被及時排出，則能夠降低設(shè)施被腐蝕的概率。

2 海綿城市建設(shè)概述

2.1 海綿城市的定義

海綿城市主要面對的是洪澇災(zāi)害發(fā)生較為頻繁的城市，其建設(shè)可以更好地應(yīng)對洪澇災(zāi)害和環(huán)境變化。海綿城市理念的提出改變了傳統(tǒng)城市的建設(shè)模式。傳統(tǒng)模式是通過管道的方式排出雨水，而海綿城市在建設(shè)中更多使用滲水磚、下沉式綠地等環(huán)保措施來進行積水的排出，從源頭將雨水分散，然后緩慢地進行釋放，既有效收集了雨水，又能避免洪澇災(zāi)害[5]。

設(shè)計人員在建設(shè)海綿城市的雨水系統(tǒng)時主要以滲透、收集、凈化、使用以及排放等技術(shù)手段實現(xiàn)對雨水的控制，保證城市的海綿功能?！昂＞d體”是建設(shè)海綿城市的要素，首先是指江、河、湖等自然水系，其次是建設(shè)綠地、花園、可滲透路面等城市配套設(shè)施，達到水資源循環(huán)利用的目的，從而為緩解城市用水緊張?zhí)峁┲С帧?/p>

2.2 海綿城市的雨水系統(tǒng)

海綿城市的雨水系統(tǒng)主要分為3 大類，分別是低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)以及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)。它們之間相互協(xié)作，共同保證城市免受雨水侵害。

城市雨水管渠系統(tǒng)的主要作用是收集和輸送雨水，防止雨水堆積影響人們的正常生活與生產(chǎn)。一般設(shè)計在地勢較低或便于接入雨水的位置，有利于雨水的收集，減少街道設(shè)施受雨水的損壞程度，減輕市政工作人員的工作強度。超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)主要是應(yīng)對降雨量超過雨水管渠系統(tǒng)的雨水徑流，可以采取一定的措施，3 大系統(tǒng)相互獨立，各自發(fā)揮作用，為海綿城市的建設(shè)作出一定的貢獻。

3 市政排水設(shè)計工作主要內(nèi)容

在設(shè)計排水系統(tǒng)前應(yīng)做好前期工作，設(shè)計人員需在詳細(xì)了解城市水文、地質(zhì)等資料的前提下進行基本的設(shè)計工作，若有必要或?qū)Y料存在疑問時，可實際調(diào)查后再進行給排水系統(tǒng)的設(shè)計工作[6]。

城市的散水和污水排放設(shè)計應(yīng)當(dāng)綜合考慮后進行設(shè)計，因為這兩個方面具有緊密聯(lián)系。另外，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按污水排放標(biāo)準(zhǔn)和散水標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，相關(guān)管材等材料的使用應(yīng)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)確定，并積極在給排水系統(tǒng)建設(shè)階段引進更多的先進積水，為提高排水系統(tǒng)的使用壽命提供支持。

4 海綿城市概念在排水設(shè)計工作中的應(yīng)用

4.1 人行道設(shè)計

過去，我國在排水設(shè)計中不夠成熟，所以很多城市排水系統(tǒng)能力較差。首先，道路在長期使用下不夠平坦，強降雨期間非常容易產(chǎn)生大水坑，影響出行質(zhì)量。其次，下水道口處的水流量較大且匯聚來的水流往往會帶來很多垃圾，若不及時清理非常容易引起排水口堵塞，道路積水難以迅速排凈。最后，部分下水井設(shè)置不合理，當(dāng)城市處于強降雨期時，雨水難以快速排放到路面之外，若行人對道路不夠熟悉容易引發(fā)危險，會發(fā)生道路被雨水覆蓋看不清而滑入雨水井的情況[7]。因此，改變城市的排水系統(tǒng)，將海綿城市理論融入其中成為城市道路建設(shè)和給排水系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵。

海綿城市理念應(yīng)用于人行道建設(shè)的重點有兩點：一是道路設(shè)計，二是材料選擇。雨水中可能存在各種化學(xué)物質(zhì)，若城市為煤炭城市，大氣中可能含有大量的SO2，當(dāng)雨水和空氣的成分反應(yīng)后可能具有較強的腐蝕性，長期腐蝕下可能導(dǎo)致道路不平的現(xiàn)象。為了更好地收集雨水并減輕腐蝕，應(yīng)當(dāng)保障人行道路具有一定的傾斜度，從而保障雨水借助重力作用快速流入雨水收集口。與此同時，為了更好地利用雨水，在排水系統(tǒng)中加入凈化裝置非常有必要，而處理后的雨水可以用于城市建設(shè)的多個方面。此外，為了保證雨水的滲透率，需要選擇透水性較強的材料。這樣不僅可以保證雨水的滲透效率，還可以減少積水留存的可能，同時這些透水材料不會和水發(fā)生化學(xué)或物理反應(yīng)，所以也不會產(chǎn)生性狀改變，因此減少了道路不平的情況。

4.2 機動車道路設(shè)計

我國多數(shù)城市的機動車行駛道路會采用不透水材料，降雨后會出現(xiàn)積水的情況，這不僅影響了車輛正常經(jīng)過，還會進一步引發(fā)熱島效應(yīng)。而將海綿城市理論應(yīng)用于機動車道路設(shè)計中不僅可以改善熱島效應(yīng)，還會提高行車質(zhì)量。與以往的機動車行駛道路相比，引入海綿城市理論后設(shè)計中會利用透水性較強的材料作為路面施工材料，并且會應(yīng)用更加先進的道路鋪設(shè)技術(shù)，所以無論是路面積水程度還是城市水循環(huán)上均會得到優(yōu)化[8]。具體設(shè)計為路面采用滲水型瀝青混凝土材料，中下層為不透水高強度材料，這樣不僅可以減少積水對路面的影響，還可以避免雨水滲透造成道路基礎(chǔ)強度降低。在降雨期間，雨水會通過傾斜坡度匯入旁邊的排水裝置中。車行道設(shè)計如圖1 所示。

圖1 車行道設(shè)計

4.3 綠化帶設(shè)計

綠化帶除了具有生態(tài)作用外還可以過濾雨水中的雜質(zhì)。為了更好地發(fā)揮綠化帶的作用，設(shè)計時可以在綠化帶種植土的下方鋪設(shè)過濾砂石，綠化植物旁邊放入溢流管[9]。另外，綠化帶可有效降低雨水的排放速度，某工程綠化帶的具體設(shè)計如圖2 所示。

圖2 綠化帶設(shè)計

4.4 與城市綠地的銜接

海綿城市理論為建設(shè)生態(tài)化城市提供了支持，因此在城市給排水工程設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)重視城市綠地的作用，在促進城市生態(tài)文明發(fā)展的同時優(yōu)化市政給排水系統(tǒng)。城市綠地一般有植草溝、下沉式綠地等，根據(jù)城市的地貌選擇不同的銜接方式。

城市發(fā)展過程中可以通過建設(shè)人工水池來提高城市透水率。一方面可以改善城市環(huán)境，為城市的生態(tài)發(fā)展提供支持，另一方面為雨水的收集和利用提供便利。例如，在住宅小區(qū)的景觀設(shè)計中加入池塘作為蓄水池，收集降落的雨水。為了提高城市土地利用率，可以將雨水利用裝置布置在地下。而城市的廣場、室外停車場等地面可以采用透水性更好的鋪裝，如嵌草磚等，這樣有利于雨水的快速滲透，還可以緩解雨水徑流過高造成的積水問題。

5 結(jié)語

海綿城市理論和現(xiàn)代化城市發(fā)展非常契合，有利于城市基建事業(yè)的發(fā)展。在市政給排水設(shè)計工作中融入海綿城市理念不僅有利于建設(shè)生態(tài)文明城市，而且能提高水資源利用率，緩解城市用水緊張。

因此，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)在充分研究海綿城市理論的基礎(chǔ)上結(jié)合城市現(xiàn)有的水文、地理條件進行設(shè)計，從而在優(yōu)化城市環(huán)境的同時減少降雨量過大以及洪澇災(zāi)害的影響，最終為城市發(fā)展和國家公共基礎(chǔ)事業(yè)的發(fā)展貢獻更多力量。