海綿城市理念在市政給排水設計中的運用

勞維挺

（湛江市規(guī)劃勘測設計院，廣東 湛江 524000）

市政管網(wǎng)的建設是城市化發(fā)展的物質基礎，也是城市發(fā)展規(guī)模、面積擴大的必要條件，它在城市的防洪排澇和城市環(huán)境改善中發(fā)揮巨大的作用[1-2]。然而，為滿足人民對美好生活的不斷追求，在城市建設中大量的人工結構物得到建造，道路、橋梁、建筑物等極大地改變了原有的地形地貌，也改變了城區(qū)的地表集水排水條件。相比于天然的土壤、植被等地表，硬化的道路和鋼筋混凝土建筑物等使得城市地表的不透水面積顯著增加，地表水下滲能力和雨水損失量大大地減小，加大了地表徑流和市政給排水管網(wǎng)的排水負荷[3]。在遭遇暴雨條件時，連續(xù)且長時間的降雨極易引發(fā)城市內澇，大規(guī)模的積水給居民的生活和出行帶來嚴重影響。由于地表植被和土壤不透水構造物，如混凝土、磚塊、花崗巖等覆蓋，破壞了天然的雨水調蓄體系，原有的水文地質特征在很大程度上被改變，降雨不能夠被重復再利用[5]。

1 海綿城市理念

在我國的城市給排水管網(wǎng)歷史建設中，由于傳統(tǒng)的設計理念一直以排除地下水為主，對于雨水的重復利用和防洪調蓄沒有相應地考慮，因此導致既有的給排水管網(wǎng)尺寸較小、排水量不足、排水標準低、敷設錯綜復雜，遠遠不能滿足現(xiàn)代城市建設中由于城區(qū)硬化面積增大導致排水量增加的要求。

海綿城市理念正是我國城市在長期遭受頻繁的洪澇災害背景下提出來的，它借鑒了國外成熟的城市發(fā)展經(jīng)驗，通過對市政給排水管網(wǎng)的建設，在長時間連續(xù)性的強降雨發(fā)生時，不僅考慮了傳統(tǒng)市政給排水管網(wǎng)對雨水的排泄，還通過有力的措施加大雨水停留時間和雨水的下滲量以削弱徑流峰值（如圖1 所示）。依賴雨水調蓄系統(tǒng)對降雨進行吸收、存儲、沉淀和凈化，當水資源短缺時，可將凈化的雨水進行釋放、回水再利用以達到補充城市用水、保護環(huán)境的目的。

圖1 基于海綿城市的雨水收集

2 市政給排水設計中的暴雨管理模型

在城市給排水管網(wǎng)的設計中，為獲得可靠的徑流參數(shù)與排水參數(shù)，需要對城市雨洪過程進行數(shù)值分析或者預測。暴雨管理模型（SWMM模型）是目前最為常用的分析模型，其實體為美國環(huán)境保護署、佛羅里達大學等聯(lián)合開發(fā)應用的暴雨管理模型軟件，它提供了全方位全過程的降雨徑流驗算功能，計算圖形綜合能力強，可動態(tài)實現(xiàn)降雨的水質、水量，地表水徑流的水文特征和水力條件進行模擬，并提供可視化的編輯能力，具備文件類型的多樣化表達，極大地提高了市政給排水的規(guī)劃和設計效率[6]。

暴雨管理模型的計算過程主要分為3 部分，分別是徑流形成計算、徑流匯流計算和管道運輸計算。計算軟件主要分為2 個模塊，分別是服務模塊和功能模塊，功能模塊主要是實現(xiàn)徑流水量計算、徑流匯集與流動計算和管網(wǎng)系統(tǒng)的排泄量計算，而服務模塊主要是實現(xiàn)對計算結果的圖形化、表格化演示和存儲等。具體的軟件構成如圖2 所示。

圖2 暴雨管理模型計算模塊

3 工程案例

研究區(qū)位于湛江市某工業(yè)園區(qū)內，園區(qū)面積約2km2，區(qū)內地形起伏較小，但整體地勢表現(xiàn)為西北高東南低，東側距離園區(qū)約300mm 存在一條排水溝渠，溝渠寬度約3m，給排水管網(wǎng)設計充分考慮現(xiàn)狀地形和排水溝渠現(xiàn)狀的影響。區(qū)內現(xiàn)狀道路、廠房、辦公樓等建筑面積由測繪單位和建筑結構設計單位提供。

在工業(yè)園區(qū)的雨水規(guī)劃中，采用單獨收集排放的分流制形式對降雨進行疏解，同時將雨水管網(wǎng)順著地勢布置，從西北往東南排入東側的溝渠，設計雨污水主管的根數(shù)各1 根，支路管10 根。

3.1 給排水管網(wǎng)設計要點

（1）平面位置

園區(qū)內道路紅線寬均為25m。根據(jù)《室外排水設計標準GB50014-2021》，沿道路單側布置雨污水管。分段就近排入自然水體。

沿道路樁號增大方向，在左幅道路外約2.0m 處埋設雨水主管線，在右幅道路外約2.0m處埋設污水主管網(wǎng)。為方便后期接駁，在道路紅線外設置雨污水的接口井，一般情況下，雨水接戶支管管徑為d600mm，坡度均為0.003，污水接戶支管管徑為d400mm，坡度均為0.003。

（2）管材及基礎

雨水主管、支管、雨水口連接管等所有管道的材料均為Ⅱ級鋼筋混凝土管。為防止污水泄漏，污水管的材質選取為HDPE 雙壁波紋管，環(huán)向剛度不大于12.5kN/m2。

（3）檢查井、井蓋及井座

污水檢查井一般采用鋼筋混凝土檢查井，雨、污水檢查井采用鋼筋混凝土檢查井；在管道上的跌水深度超過2m 處設置跌水井；在預留接戶支管接入主干管之前設置沉泥井，沉泥槽深0.5m；檢查井采用鋼筋混凝土井，技術參數(shù)詳見06MS201，排水檢查井均為直徑700mm 的球墨鑄鐵井蓋。

（4）雨水口

雨水的收集一般通過雨水口進行收集，降雨時由雨水口流入地下雨水檢查井，雨水口的設計間隔，一般路段按25～50m 進行布設。

（5）溝槽開挖及回填

①溝槽開挖高程

雨水管道開挖高程不得低于“管頂上方0.5m 高程處”。若該高程位于現(xiàn)狀地面以上，則應在路基處理完成，路床回填至該高程后，再開挖施工。

②溝槽開挖形式

當管道溝槽開挖深度H ≤3m 時采用放坡開挖，放坡按照分級放坡進行，前1～2m 放坡比例為1 ∶ 1，2～3m 放坡比例為1 ∶ 0.75。

當管溝槽開挖深度H＞3 時，需度溝槽進行邊坡支護開挖，支護結構為拉森鋼板樁，拉森鋼板樁的長度選擇為：3m＜H ≤4.5m 時，拉森鋼板樁長度為6m；4.5m＜H ≤6.0m 時，拉森鋼板樁長度為9m。

③管道溝槽回填

排水管道敷設在回填土層時，管基下回填土每層回填厚度不得大于0.25m（虛鋪厚度），并隨道路路基回填同時碾壓，直至回填到管頂以上0.5m 高度時，再開槽施工埋管。管道施工完畢，溝槽回填至開挖高程后，按道路要求實施。

溝槽回填時，管道兩側應對稱回填，分層碾壓，每層土的松鋪厚度控制應均勻，一般在200～300mm 左右。達到設計壓實度后，方可進行下一道工序的施工。溝槽回填應按《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB 50268-2008）中的有關要求執(zhí)行，除規(guī)范規(guī)定部位外，回填材料、回填土的含水量等應與道路設計要求一致，尤其在路面結構及臨近路面結構層必須結合道路設計要求進行回填。

3.2 海綿城市理念在給排水管網(wǎng)設計中的應用

充分貫徹湛江市海綿城市專項規(guī)劃發(fā)展愿景，采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”的技術手法，契合雨水“蓄排結合，以蓄為主”的排水原則及雨水綜合管理的目標，打造可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)園區(qū)。

以生態(tài)基礎設施為基礎，建立多級別海綿體系。綜合分析多方面因子，建立市域、城市規(guī)劃區(qū)、城市中心區(qū)多級別生態(tài)安全格局，構建完善海綿體系，保障系統(tǒng)安全。在此基礎上，識別現(xiàn)狀城區(qū)給排水環(huán)境問題，將工業(yè)園區(qū)劃分14 個排水區(qū)49 個海綿控制單元。

科學規(guī)劃，合理計算設計指標和確定設施規(guī)模。在單元劃分上，通過GIS 分析城市地表高程，結合管網(wǎng)布局與上位城市規(guī)劃，合理劃定海綿控制單元，保障各單元獨立應對風險，并綜合提升片區(qū)生態(tài)安全；在指標分解上，通過數(shù)理統(tǒng)計計算，逐級劃分年凈流總量控制率指標，保障徑流控制的可持續(xù)性；在設施布局上，通過徑流分析合理布局地表調蓄凈化綠地，增設截留渠等設施，搭建灰綠結合的海綿體系；在設施規(guī)模上，結合本地降雨過程線等基礎資料，確定地下管網(wǎng)、河道、綠地建設規(guī)模。應用PCSWMM 進行校核，保障海綿體系真實有效落實。

分級分類分時序落實海綿體，保障規(guī)劃的可實施性。首先，在充分研究湛江市水文條件、海綿建設潛力及限制條件基礎上，以水安全及水環(huán)境建設為根基，優(yōu)先保障城市洪澇及水質安全；后逐步恢復城市水生態(tài)，補充水資源，構建源頭-中途-末端海綿設施，提升城市抗擊風險的能力；其次，對于舊管網(wǎng)以問題為導向，分配較低指標，主要采用促進下滲、管網(wǎng)提標、河道整治等方法進行緩解，對于新建以目標為導向，分配較高指標，通過合理建設改造，構建完善的灰綠結合的源頭-中途-末端海綿體，綜合提升城市海綿彈性。最后，規(guī)劃對接，建設指引。對比分析與海綿城市相關的專項規(guī)劃與城市其他專項規(guī)劃的相容性，明確結合事項及時間，方便規(guī)劃建設部門有序工作，在社會經(jīng)濟方面確保海綿城市專項規(guī)劃的順利進行。建立海綿城市建設導則及圖則，從建設指標、海綿設施布局方法、景觀結合等方面指導海綿城市建設；并分四類用地進行海綿設計示范，指導重點區(qū)域的海綿建設。

對于海綿城市理念在雨水處理的流程上，降低雨水的匯流水速度，緩解熱島效應，利用雨水花園、路面透水鋪裝等儲水空間或者滲水通道，延緩雨水的排泄速率，延緩匯水時間，降低雨水的匯集速度，減小內澇風險；區(qū)域綠地內運用植草溝，在完成輸送排放功能的同時對水質進行一定的凈化；合理將雨水收集回用，將雨水收集后進水質凈化處理，達到相應水質標準后，遭遇城市水資源緊缺時，可作為景觀用水、綠化用水、沖廁用水等，以到達水循環(huán)利用的目的。如圖3 所示。

圖3 雨水處理系統(tǒng)流程圖

4 結語

城市給排水管網(wǎng)的建設是城市規(guī)模擴大的基礎。本文基于海綿城市理念，結合湛江市某工業(yè)園區(qū)的市政給排水設計項目，分析了市政給排水設計中的暴雨管理模型，對設計中的參數(shù)進行計算，并平面位置、管材及基礎、檢查井、井蓋及井座、雨水口等設計要點進行了分析，充分論證的基礎上，研究了海綿城市理念在給排水管網(wǎng)設計中的應用效果。