海綿城市理念在城市給排水建設(shè)中的應(yīng)用

趙 婷 池州市重點(diǎn)工程建設(shè)管理處

1 前言

城市化給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也增加了一系列的負(fù)面影響。就城市給排水建設(shè)方面來(lái)看，道路地面透水面積的不斷縮小，使其低于強(qiáng)降雨雨水徑流影響的難度下降。當(dāng)排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)排水，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)澇現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)充分認(rèn)識(shí)海綿城市理念的作用價(jià)值，通過(guò)分析其運(yùn)用于城市給排水系統(tǒng)現(xiàn)狀問(wèn)題，提高優(yōu)化措施運(yùn)用的針對(duì)性與可靠性。這樣，給排水系統(tǒng)建設(shè)就能以可持續(xù)狀態(tài)服務(wù)于不斷深化的城市化發(fā)展進(jìn)程，繼而滿(mǎn)足人們對(duì)生產(chǎn)生活環(huán)境的安全穩(wěn)定需求。

2 海綿城市理念的應(yīng)用價(jià)值

顧名思義，海綿城市就是城市像海綿一樣，具備較強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境變化能力與應(yīng)對(duì)環(huán)境變化能力。比如下雨，能夠通過(guò)雨水收集、滲透、儲(chǔ)存以及凈化等方式，對(duì)水資源進(jìn)行再釋放與再利用。此過(guò)程，海綿城市遵循的生態(tài)優(yōu)先原則，通過(guò)科學(xué)技術(shù)方法結(jié)合人工與自然建設(shè)資源，在保證城市安全運(yùn)行條件下，將雨水最大限度地利用起來(lái)，進(jìn)而強(qiáng)化所處生態(tài)環(huán)境的保護(hù)效果。但是，海綿城市理念的運(yùn)用，并不是取代傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，而是在其基本功能基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)化與補(bǔ)充處理。

現(xiàn)階段，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，地面透水面積縮小，使得遭遇暴雨的雨水徑流積累。而現(xiàn)有城市排水系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)排水，導(dǎo)致內(nèi)澇現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，城市大面積不透水地面問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致地下排水系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)地表水的有效收集，降低了水資源的利用效率。相關(guān)建設(shè)者應(yīng)加大海綿城市理念的運(yùn)用，在提高雨水疏導(dǎo)效率的同時(shí)，科學(xué)有效地對(duì)地下水源進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)而達(dá)到雨水循環(huán)利用的目的。

3 海綿城市理念對(duì)城市給排水建設(shè)的積極影響

3.1 強(qiáng)化抵御極端天氣能力

目前，我國(guó)各地區(qū)城市均設(shè)置了防洪指揮部，但不是每個(gè)部門(mén)均能夠滿(mǎn)足防洪緊急處理需求，尤其是應(yīng)對(duì)特大防洪處理需求。采用海綿城市理念，將其運(yùn)用到城市給排水建設(shè)過(guò)程中，能夠?qū)ο到y(tǒng)建設(shè)進(jìn)行完善。即通過(guò)結(jié)合防、排、凈化以及蓄等環(huán)節(jié)，降低暴雨極端天氣對(duì)城市帶來(lái)的破壞。此作用狀態(tài)下，暴雨天氣因雨水徑流過(guò)快、過(guò)大等問(wèn)題引發(fā)的積水問(wèn)題，就可得到控制，這是規(guī)避降雨導(dǎo)致城市內(nèi)澇問(wèn)題出現(xiàn)的有效途徑。

3.2 提升水資源利用效率

社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，科技水平提升，為城市化進(jìn)程中以質(zhì)量為核心的發(fā)展建設(shè)提供了重要助力。為達(dá)到城市建設(shè)可持續(xù)發(fā)展預(yù)期，需將水資源充分利用，作為城市科學(xué)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。海綿城市理念在給排水系統(tǒng)建設(shè)中的運(yùn)用，主要是從統(tǒng)籌規(guī)劃角度出發(fā)，對(duì)雨水資源進(jìn)行循環(huán)利用，以解決城市水資源短缺等問(wèn)題影響。當(dāng)城市給排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雨水的儲(chǔ)存、排放以及凈化目標(biāo)，不僅緩解了城市供水壓力，還能有效提升防洪應(yīng)急處理能力。

3.3 充分發(fā)揮給排水設(shè)施作用

人與自然的結(jié)合，是城市給排水系統(tǒng)建設(shè)的手段與目的。通過(guò)保留原有的水文與地質(zhì)特征，將生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)水資源的儲(chǔ)存與釋放能力充分發(fā)揮出來(lái)。此方法的運(yùn)用，可對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)受損問(wèn)題的水體進(jìn)行修復(fù)，還能對(duì)包含的整個(gè)自然環(huán)境進(jìn)行修復(fù)。海綿城市理念的建設(shè)使用，將綠地的作用利用起來(lái)，在強(qiáng)化水資源儲(chǔ)存功能的同時(shí)，還能為水資源凈化提供良好的操控環(huán)境，繼而解決城市化進(jìn)程中供水需求不斷增加的問(wèn)題。這里的需求是指，城市的各種園林景觀(guān)用水需求。海綿城市理念的運(yùn)用，能夠?qū)Τ鞘蟹秶鷥?nèi)的自然降水、地表水以及地下水資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，以使給排水系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能充分發(fā)揮出來(lái)。對(duì)于城市建設(shè)來(lái)說(shuō)，其是一項(xiàng)周期長(zhǎng)且復(fù)雜性與不確定性較多的工程，因而，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度出發(fā)，通過(guò)構(gòu)建水系、綠地以及環(huán)境保護(hù)等資源的網(wǎng)絡(luò)體系，為地下管網(wǎng)規(guī)劃的統(tǒng)一性控制提供支撐。這是緩解城市人口增加與現(xiàn)代化需求下，地下管道系統(tǒng)運(yùn)行控制壓力的重要理念，需引起更多重視[1]。

4 海綿城市理念在城市給排水建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

城市化進(jìn)程的不斷向前推進(jìn)，驅(qū)使不透水層區(qū)域面積增加。當(dāng)雨水無(wú)法及時(shí)下滲產(chǎn)生徑流，或是遭遇降水量較大導(dǎo)致洪澇災(zāi)害發(fā)生。當(dāng)這些無(wú)法排出的降水，受到城市污染匯入河流，還會(huì)產(chǎn)生更大危害。再加上，我國(guó)是一個(gè)缺乏水資源的國(guó)家，以往的排水方法無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)有需求。海綿城市理念的提出與運(yùn)用，能夠大幅提升路面水的滲透性。增加綠地蓄水能力，實(shí)現(xiàn)了水循環(huán)，改善了雨水資源利用環(huán)境。如圖1所示為海綿城市的水回收與釋放示意圖。

圖1 海綿城市水回收與釋放示意圖

然而，在運(yùn)用海綿城市理念過(guò)程中，因我國(guó)在此方面的研究起步較晚，仍有很大的提升空間。海綿城市理念在城市給排水建設(shè)中的運(yùn)用問(wèn)題局限包括以下幾方面。

4.1 城市規(guī)劃方案零散拼湊

由于我國(guó)出臺(tái)的相關(guān)政策有待完善，使得城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的聯(lián)合與改進(jìn)沒(méi)有形成統(tǒng)一的管理控制機(jī)制。特別是城市規(guī)劃方案中的城市建設(shè)，多采用以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。城市規(guī)劃方案具有作用范圍廣、建設(shè)周期長(zhǎng)、規(guī)模大等特點(diǎn)，需將各方面規(guī)劃部署聯(lián)合起來(lái)，經(jīng)認(rèn)真分析比對(duì)來(lái)確定初步的規(guī)范建設(shè)方案。

但就目前來(lái)看，多數(shù)城市建設(shè)的周期延長(zhǎng)，使得規(guī)劃方案呈現(xiàn)零散狀態(tài)，總體規(guī)劃水平不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各方面協(xié)調(diào)統(tǒng)一的建設(shè)目的。經(jīng)調(diào)查，城市給排水系統(tǒng)方面的規(guī)范出臺(tái)較為緩慢，諸多設(shè)計(jì)參考數(shù)據(jù)停留在以往道路鋪設(shè)層面，沒(méi)有進(jìn)一步完善相關(guān)的數(shù)據(jù)材料，增加了城市內(nèi)澇問(wèn)題規(guī)避處理的難度[2]。比如，相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)汛期暴雨計(jì)算，僅包含暴雨強(qiáng)度計(jì)算公式與簡(jiǎn)單的洪澇災(zāi)害水深標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有為城市給排水系統(tǒng)中的鋪設(shè)做出詳細(xì)解釋。當(dāng)城市給排水建設(shè)可供參考規(guī)范的實(shí)時(shí)性與指導(dǎo)性存在不健全問(wèn)題，給排水建設(shè)使用將無(wú)法發(fā)揮出系統(tǒng)性效果。

4.2 受極端天氣影響大

受全球氣候變暖問(wèn)題影響，極端天氣現(xiàn)象不斷增加。再加上人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室效應(yīng)與城市熱島效應(yīng)影響，遭遇強(qiáng)降雨概率大幅增加。而排水系統(tǒng)受到干擾后，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)癱瘓，進(jìn)而引發(fā)城市內(nèi)澇，阻礙城市化進(jìn)程。此外，城市給排水建設(shè)需要聯(lián)合多個(gè)部門(mén)，通過(guò)共同建設(shè)，提高給排水系統(tǒng)的建設(shè)使用效率。換句話(huà)說(shuō)，就是不能單一的由施工方或是設(shè)計(jì)方來(lái)負(fù)責(zé)給排水系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)。

隨著海綿城市理念的引進(jìn)，對(duì)專(zhuān)業(yè)人員需求增加，規(guī)劃建設(shè)過(guò)程更不能僅依靠以往工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)著手工作。然而，此方面的專(zhuān)業(yè)人員所掌握的技術(shù)較為單一，無(wú)法從整體規(guī)劃角度開(kāi)展給排水系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)工作，這也阻礙了城市化進(jìn)程中給排水建設(shè)工作的順利進(jìn)行[3]。

4.3 沒(méi)有合理利用雨水資源

據(jù)調(diào)查，雨水自然規(guī)律是多數(shù)滲入地下，損失一小部分。滲入地下的雨水，主要是用來(lái)補(bǔ)充城市地下水。但城市道路多被瀝青替代，導(dǎo)致80%左右的降水無(wú)法順利滲入地下。當(dāng)?shù)叵滤Y源無(wú)法得到及時(shí)有效的補(bǔ)充，水資源就會(huì)呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)。由此可以看出，城市化進(jìn)程中交通運(yùn)輸?shù)拇罅Πl(fā)展，會(huì)對(duì)給排水建設(shè)帶來(lái)諸多負(fù)面影響。這就要求相關(guān)建設(shè)者將現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)運(yùn)用起來(lái)，以平衡發(fā)展與自然環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)的可持續(xù)性目標(biāo)。

4.4 排水設(shè)施建設(shè)不健全

我國(guó)城市自進(jìn)入快速發(fā)展階段，并沒(méi)有對(duì)給排水系統(tǒng)建設(shè)服務(wù)水平進(jìn)行相應(yīng)提升，存在排水設(shè)施不完善的問(wèn)題。比如供水管道較為老舊，未完成更新工作；供水管道現(xiàn)有長(zhǎng)度無(wú)法滿(mǎn)足需求，管徑大小與現(xiàn)有人口需求不符等問(wèn)題。不利于城市發(fā)展建設(shè)的同時(shí)，還會(huì)因高層建筑大量使用地下空間，而造成工業(yè)污染與水資源短缺問(wèn)題日趨嚴(yán)重。

5 城市給排水建設(shè)中海綿城市理念的應(yīng)用控制策略

5.1 從整體出發(fā)，提高規(guī)劃合理性

城市道路的給排水建設(shè)過(guò)程中，導(dǎo)流雨季降水是防治城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的重要舉措。海綿城市建設(shè)者應(yīng)從整體出發(fā)，結(jié)合所處地區(qū)的地形條件、遵循靈活性設(shè)計(jì)原則，將截污凈化技術(shù)作用于降水較為豐富地區(qū)。如此，可引導(dǎo)降水流向城市綠地，繼而達(dá)成綠地植被緩沖與凈化的目標(biāo)。同時(shí)，截污凈化技術(shù)的運(yùn)用，還能增加汛期與降水凈流量峰值之間的距離。對(duì)于水資源較為匱乏的地區(qū)，則應(yīng)通過(guò)儲(chǔ)存雨水截流，解決水資源回收利用小的問(wèn)題。存在嚴(yán)重污染的地區(qū)，為解決降水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)情況，可通過(guò)設(shè)置緩沖地帶對(duì)水資源凈化處理提供場(chǎng)所，而后，再向城市綠地進(jìn)行排放[4]。

5.2 強(qiáng)化給排水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)極端天氣能力

一是運(yùn)用透水性混凝土材料。給排水系統(tǒng)作用于道路的滲水材料性能差，是積水無(wú)法得到有效排出的原因所在。如遭遇極端天氣，就會(huì)突顯。海綿城市理念下，可增加透水性混凝土材料利用率，以降低地面徑流，進(jìn)而為道路交通雨水滲漏速度提升提供基礎(chǔ)條件。二是通過(guò)水系聯(lián)通，利用天然濕地的蓄水空間作為洪澇發(fā)生時(shí)的滯洪區(qū)域。加強(qiáng)城市應(yīng)急管理水平，設(shè)置數(shù)字化管控平臺(tái)，聯(lián)動(dòng)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)、水系水位調(diào)控和泵站操控系統(tǒng)。

5.3 提高雨水資源利用效率

為解決雨水資源利用率不高問(wèn)題，城市給排水系統(tǒng)建設(shè)人員可通過(guò)蓄水模塊設(shè)計(jì)，完成蓄水目標(biāo)。蓄水模塊產(chǎn)品的占據(jù)空間小，95%左右的鏤空結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)閮?chǔ)水提供空間條件。此外，建設(shè)人員還可運(yùn)用防水布或是土工布與蓄水、排水操作進(jìn)行配合。具體對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使其設(shè)置有進(jìn)水管、出水管、水泵以及檢查井等。經(jīng)過(guò)上述設(shè)施存儲(chǔ)的水資源，經(jīng)處理后，可用于沖洗廁所，路面清洗、水景補(bǔ)充、草坪澆灌等，個(gè)別的還可運(yùn)用于冷卻水循環(huán)和消防用水，大幅提升了雨水資源的利用率[5]。

此外，還可通過(guò)設(shè)計(jì)地下蓄水池，將收集工作在雨水池中進(jìn)行。通常蓄水池建設(shè)包含：池體、沉沙井、出水井、高、低位通氣帽，進(jìn)、出水水管、曝氣系統(tǒng)以及溢流管等。對(duì)于蓄水層的處理，給排水建設(shè)人員應(yīng)根據(jù)植物的選用差異進(jìn)行調(diào)整。如采用灌木或是喬木等大型的綠化植物，則應(yīng)選用輕質(zhì)多孔粗骨料開(kāi)展蓄積建設(shè)。粗骨料粒徑應(yīng)控制在25mm以上，骨料與水的蓄水層深度要超出60mm。當(dāng)選用綠籬、藤本植物等小型植物時(shí)，可選用80mm 厚骨料，15mm～20mm 陶粒，內(nèi)鋪穿孔PVC 管，對(duì)土壤層保持相對(duì)量的水分。

5.4 增加滯留區(qū)設(shè)計(jì)，提高排水效率

對(duì)于雨水園設(shè)計(jì)的邊緣區(qū)域，應(yīng)設(shè)置為草地雨水徑流。首先，對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的雨水徑流進(jìn)行截獲處理，然后進(jìn)入緩沖區(qū)，緩沖區(qū)可以放置細(xì)石，以過(guò)濾雨水中的雜質(zhì)，并控制徑流流速。同時(shí)，作為分界線(xiàn)緩沖區(qū)中的植物需要一定的防潮性。為了避免雨水引起的植物直接沖刷，雨水在通過(guò)立牙后會(huì)被礫石消散，當(dāng)使用扁齒時(shí)，雨水徑流直接進(jìn)入邊緣區(qū)域，邊緣區(qū)域比垂直齒更加流線(xiàn)型。然而目前垂直齒被廣泛使用并且綠色空間高于路面，導(dǎo)致在路面上長(zhǎng)期積水。這兩種設(shè)計(jì)方法大大緩解了市政管網(wǎng)的排水壓力。

在設(shè)置生態(tài)滯留區(qū)設(shè)計(jì)中，一是種植物草溝，淺草溝的種植主要用于住宅區(qū)、工業(yè)或商業(yè)區(qū)以及公園。由于其特殊的輸入能力，并具有攔截污水和凈化的能力，能有效取代路邊排水溝或雨水管道系統(tǒng)，種植溝頂部寬度保持在0.5m～2m 范圍。深度則應(yīng)保持在0.05m～0.25m；坡度（垂直∶水平）為1∶3～1∶4，縱坡為0.3%～5%。作為預(yù)防性處理，可以設(shè)置在雨園或凹陷的綠地前。二是雨池的設(shè)置，雨池實(shí)際為滲水池，為實(shí)現(xiàn)雨水滲透，使用天然或人工構(gòu)建的池塘或凹陷，以達(dá)到補(bǔ)充地下水目的。雨水池可以有效減小峰值徑流，同時(shí)雨水池需要種植耐濕植物，如果雨池更深（超過(guò)60cm）應(yīng)在坡地周?chē)N植低灌木，形成低洼的樹(shù)籬，從而消除可能存在的安全隱患[6]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，海綿城市理念作用于城市給排水建設(shè)的局限問(wèn)題，多集中在排水設(shè)施建設(shè)不健全、受極端天氣影響大，以及沒(méi)有合理利用雨水資源的等方面。對(duì)其采取的控制措施，需充分結(jié)合城市所處的地形環(huán)境，以靈活方式運(yùn)用蓄水池、雨水池以及各項(xiàng)給排水設(shè)施的設(shè)計(jì)建設(shè)。事實(shí)證明，只有這樣，城市現(xiàn)代化建設(shè)才能與自然環(huán)境狀態(tài)相互平衡，從而真正做到可持續(xù)發(fā)展。