海綿城市理念下城市排水設(shè)計(jì)研究

溫智理

（河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450009）

0 引言

近年來，隨著我國城市規(guī)模的不斷擴(kuò)張，城市人口所占比重不斷提升。截止到2021年年底，我國城市化率達(dá)64.72%，預(yù)計(jì)在2035年城市化率會達(dá)到70%[1]。隨著城市的發(fā)展，原有地表景觀發(fā)生巨大變化，比如原來的農(nóng)田、荒地之上建設(shè)了建筑或是鋪設(shè)了硬化地面。根據(jù)相關(guān)研究，由于城市發(fā)展所產(chǎn)生的熱島效應(yīng)促使城市降水量增加，同時由于城市道路硬化，導(dǎo)致雨水無法向地下滲透，并且導(dǎo)致雨水在地表的匯流時間縮短。在兩方面原因的疊加下，城市內(nèi)澇成為城市需要解決的嚴(yán)重問題之一[2]。相關(guān)資料顯示，2010年開始，我國每年因?yàn)槌鞘袃?nèi)澇所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到1 000億元以上。2021年河南特大暴雨所造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到了10億元以上。城市之所以會出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇問題，除了上述原因以外，還因?yàn)槌鞘信潘到y(tǒng)和城市發(fā)展速度不協(xié)調(diào)。為了解決上述問題，我國提出海綿城市理念，努力構(gòu)建人與自然和諧共處的城市發(fā)展模式。

1 海綿城市內(nèi)涵

海綿城市是我國針對當(dāng)前城市內(nèi)澇問題所提出的城市發(fā)展理念，旨在解決城市的內(nèi)澇以及水資源不足的問題。海綿城市，從字面意思理解就是城市能夠像海綿一樣可以吸水，從而在城市中儲存雨水，減少地表徑流量[3]。這樣不僅緩解城市內(nèi)澇問題，而且使城市獲得更多的水資源。在傳統(tǒng)城市建設(shè)中，常將所有路面進(jìn)行硬化，非常容易導(dǎo)致大雨時，城市需要依靠各種人工設(shè)施來進(jìn)行排水。而海綿城市理念則強(qiáng)調(diào)在城市中首先利用綠地、花園等進(jìn)行排水。

2 海綿城市理念在城市排水設(shè)計(jì)中的價(jià)值體現(xiàn)

2.1 提升城市水資源利用率

在傳統(tǒng)城市建設(shè)模式中，由于在排水設(shè)計(jì)中對雨水利用沒有足夠重視，導(dǎo)致城市雨水利用效率極低。而在海綿城市理念中，重視對資源的儲存和利用，強(qiáng)調(diào)對城市排水系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，促使城市有更強(qiáng)的儲水功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對水資源的有效利用[4]。另外，海綿城市理念強(qiáng)調(diào)在城市排水設(shè)計(jì)中，需要實(shí)現(xiàn)對排水系統(tǒng)的優(yōu)化，促使城市排水不再僅依靠各種人工管道，而是要在人工管道的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新的排水系統(tǒng)，從而促使城市排水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升級（見圖1）。

圖1 海綿城市理念下城市排水系統(tǒng)

2.2 緩解城市內(nèi)澇及內(nèi)旱

很多城市產(chǎn)生的內(nèi)澇或內(nèi)旱問題都可以通過海綿城市建設(shè)得到解決。在我國雨季往往會出現(xiàn)內(nèi)澇問題，尤其是我國南方地區(qū)城市，內(nèi)澇問題更加嚴(yán)重。如果排水系統(tǒng)無法滿足排水需求，城市就會出現(xiàn)內(nèi)澇問題，從而給城市帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，影響城市的健康發(fā)展。而通過海綿城市理念進(jìn)行城市排水設(shè)計(jì)，使城市在雨季將一部分雨水儲存起來，然后在旱季到來時進(jìn)行利用[5]。這樣不僅能夠解決城市的內(nèi)澇問題，而且可解決城市內(nèi)旱問題，使城市整體功能得到優(yōu)化，促進(jìn)城市的健康發(fā)展。

2.3 減少城市水污染

城市的快速發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成了沖擊和破壞，水資源也產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染問題，導(dǎo)致城市水資源短缺，進(jìn)而影響人類的健康發(fā)展。在城市排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用海綿城市理念，對城市環(huán)境產(chǎn)生積極影響，減少人類活動對水資源的污染，改善城市居民的生活環(huán)境，同時提升城市水資源利用率。

3 城市內(nèi)澇原因分析

3.1 城市排水系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化建設(shè)日新月異。從近些年的實(shí)際情況來看，我國的城市化發(fā)展還處于摸索發(fā)展階段，在城市排水系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、城市防洪標(biāo)準(zhǔn)等方面尚存在一些問題，還需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善。由此，早期完成建設(shè)的城市在排水系統(tǒng)方面存在著排水管標(biāo)準(zhǔn)較低等問題。除此之外，很多城市排水系統(tǒng)還存在管道以及其他設(shè)備年久失修、設(shè)備老化等問題，導(dǎo)致排水系統(tǒng)排水功能不斷降低[6]。同時，對排水系統(tǒng)進(jìn)行維修往往需要投入大量資金和人力，增加城市的工作量以及難度。另外，由于城市的擴(kuò)張和人口的增加，城市用水量不斷上升，導(dǎo)致城市水資源不足。因此，必須轉(zhuǎn)變城市建設(shè)思路，在海綿城市理念指導(dǎo)下，優(yōu)化排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，解決城市內(nèi)澇問題。

3.2 氣候變化的影響

隨著全球總?cè)丝跀?shù)的逐年增加，對資源的開發(fā)程度逐漸提升。由于對資源的不合理開發(fā)，不僅浪費(fèi)自然資源，而且導(dǎo)致自然生態(tài)環(huán)境遭到破壞，促使全球氣候產(chǎn)生變化。近些年來，由于全球氣候變化的影響，全世界出現(xiàn)極端天氣和氣候異常的頻率不斷上升，給人類的生存、生活帶來了嚴(yán)重影響。2008年，我國南方地區(qū)遭受了大面積的凍雨災(zāi)害；2012年，北京遭到特大暴雨侵襲，導(dǎo)致160余萬人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到116.4億元；2021年，河南省遭受特大暴雨災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失超過10億元。對于任何一座城市而言，排水系統(tǒng)的排水能力往往具有上限，如果排水系統(tǒng)中部分管道承載能力達(dá)到上限，就會使其他管道出現(xiàn)問題，從而導(dǎo)致整座城市出現(xiàn)內(nèi)澇，造成經(jīng)濟(jì)損失。

3.3 城市雨水資源利用效率較低

在生態(tài)環(huán)境良好的地區(qū)，人類的干擾較少，在降水過程中，大部分雨水滲透到地下，其余雨水則會隨著地表徑流流失。滲入到地下的雨水補(bǔ)充地下水，在地下形成暗流，流入江河，最終流入大海。而大海中的水則在蒸發(fā)作用下以水蒸氣的形式重新回到陸地上空，形成降水，即大自然的水循環(huán)。通過這樣的循環(huán)促使降水對地下水進(jìn)行補(bǔ)充。但是在城市中，因?yàn)榈缆酚不瘜?dǎo)致雨水無法滲入地下，只能在地面形成徑流并通過人工排水設(shè)施排出城市，導(dǎo)致地面水量增加。在降水量較小時，人工排水系統(tǒng)能夠快速將雨水排出，但是如果降水量超過排水系統(tǒng)上限，就會造成城市內(nèi)澇。

4 海綿城市理念下城市排水設(shè)計(jì)策略

4.1 滲水設(shè)計(jì)

基于海綿城市理念，城市排水設(shè)計(jì)需要進(jìn)行滲水設(shè)計(jì)。在滲水設(shè)計(jì)中需要充分結(jié)合城市已有的設(shè)施，具體如下。

1）城市景觀滲水設(shè)計(jì) 在傳統(tǒng)城市建設(shè)中，大部分城市景觀主要是為城市公共區(qū)域或者居民住宅區(qū)域提供服務(wù)，因此城市景觀分布不均。同時，城市景觀設(shè)計(jì)中所使用的鋪裝材料往往透水性不足，從而影響了雨水向地面下滲的速度[7]。因此基于海綿城市理念，在城市景觀設(shè)計(jì)中應(yīng)選擇具有高滲透性的鋪裝材料，同時充分結(jié)合景觀附近的各種水渠等排水設(shè)施，提升排水設(shè)施的排水作用，實(shí)現(xiàn)對城市雨水的引流，促使城市雨水進(jìn)入城市儲水設(shè)備中?？傮w上，通過城市景觀滲水設(shè)計(jì)可以有效提高雨水的滲透速度。

2）泄洪設(shè)計(jì) 在排水設(shè)計(jì)過程中，通過合理布局增加一定的雨水泄洪渠道，或者擴(kuò)大排水管網(wǎng)管徑，從而將雨水有效引流至城市的儲水設(shè)備中。另外，可基于城市原有排水系統(tǒng)，建立地下排水隧道系統(tǒng)，將排水系統(tǒng)無法承載的雨水排入隧道中，減小排水系統(tǒng)壓力，從而解決城市內(nèi)澇問題。

4.2 滯水設(shè)計(jì)

目前，水資源短缺已經(jīng)成為城市需要解決的重要問題之一。因此，在城市排水設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行蓄水設(shè)計(jì)，以更好地利用雨水資源。

1）降低綠化高度 從當(dāng)前城市實(shí)際情況看，城市綠化帶高度往往超過城市路面，導(dǎo)致降水時城市路面聚集大量雨水，并隨路面進(jìn)入城市排水系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)有效存儲雨水。由于綠化帶高度超過路面，因此在綠化帶中形成雨水徑流，從而將泥土帶入排水系統(tǒng)中，這樣不僅會使排水系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞問題，而且導(dǎo)致水資源污染問題[8]。因此，在蓄水設(shè)計(jì)中，應(yīng)降低綠化帶高度，使路面和綠化帶之間高度相對合理，保證路面的雨水能夠流入綠化帶中，從而實(shí)現(xiàn)對雨水的儲存。

2）綠化區(qū)域建設(shè) 比如建設(shè)雨水花園，不但能促進(jìn)城市生態(tài)環(huán)境的改善，還能實(shí)現(xiàn)雨水儲存。

3）構(gòu)建綠色屋頂 綠色屋頂可以減少雨水徑流，從而降低城市產(chǎn)生內(nèi)澇的概率。綠色屋頂可有效提升雨水蒸發(fā)量，改善城市空氣質(zhì)量。通過綠色屋頂還能使雨水進(jìn)入地面蓄水池中，實(shí)現(xiàn)水資源的存儲。

4.3 蓄水設(shè)計(jì)

蓄水能夠幫助城市更好地利用雨水資源，從而緩解排水問題和水資源不足問題，因此，在城市排水設(shè)計(jì)中應(yīng)做好蓄水設(shè)計(jì)。

1）蓄水模塊設(shè)計(jì) 蓄水模塊作為一種新型蓄水產(chǎn)品，具有強(qiáng)大的水資源存儲能力。同時蓄水模塊所占空間較小，不會對城市空間產(chǎn)生較大影響。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要增加鏤空空間比重。同時要將排水系統(tǒng)和蓄水系統(tǒng)充分結(jié)合，在兩者之間設(shè)置水泵、水管等設(shè)施，從而實(shí)現(xiàn)對水資源的有效存儲。整體上來看，蓄水模塊設(shè)計(jì)不僅可以存儲更多水資源，還能將經(jīng)過處理的水資源用于消防或城市道路清潔，提升城市水資源的利用效率。

2）地下蓄水池設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)過程中，要保障各種基礎(chǔ)設(shè)施的完善，還可以設(shè)計(jì)一定數(shù)量的植草溝，提升雨水存儲效果。

3）雨水蓄滯塘設(shè)計(jì) 雨水蓄滯塘設(shè)計(jì)可將雨水收集池、蓄水池以及滲水結(jié)合起來，使城市排水和蓄水兩方面功能相結(jié)合，緩解城市蓄排水壓力。

5 結(jié)語

目前，我國城市普遍面臨著內(nèi)澇和水資源短缺問題，亟需對城市排水設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在海綿城市理念指導(dǎo)下，城市排水設(shè)計(jì)在盡可能少地改變城市原本排水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過滲水設(shè)計(jì)、滯水設(shè)計(jì)以及蓄水設(shè)計(jì)促使城市排水系統(tǒng)得到優(yōu)化，提高城市雨水資源利用效果，不僅可以有效解決城市內(nèi)澇問題，還能夠緩解城市水資源不足問題，促進(jìn)城市健康發(fā)展。