海綿城市理念在市政給排水設計中的應用

張良 江練杰

（浙江工業(yè)大學工程設計集團有限公司，浙江杭州 310014）

0.引言

我國南方城市雨水資源相對豐富，近年來部分城市出現(xiàn)特大暴雨和超特大暴雨，城市洪澇災害嚴重影響人民生命財產(chǎn)安全。而在我國西北干旱地區(qū)，年平均降雨量甚至有時低于50mm。海綿城市建設理念的提出，不僅完善了城市應對洪澇災害的措施，而且緩解了缺水干旱問題，改善了城市地下水資源的自循環(huán)能力，推動了城市水資源健康可持續(xù)發(fā)展。

1.海綿城市理念與市政給排水的基本概述

目前，海綿城市理念得到了推廣，市政工程建設也融入了部分新元素，讓城市發(fā)展獲取了新的動力。很多地區(qū)的市政建設質量得到了明顯提高，但洪澇災害等問題仍然沒有得到根治。特別是雨季來臨時，很多城市受到地形和多種因素的影響會產(chǎn)生內澇問題，情況嚴重時甚至能引發(fā)自然災害。海綿城市的基本概念是部署及運用富有滲透、凈化和利用等多種功能的給排水方案，實現(xiàn)對雨水資源的有效利用，讓市政給排水設計更加合理，滿足當前城市發(fā)展的需求[1]。

2.海綿城市理念在市政給排水設計中的運用價值

2.1 有利于實現(xiàn)水資源的高效利用

現(xiàn)階段，我國面臨愈加嚴峻的水資源緊缺問題，而要想改善這一現(xiàn)狀，就必須從根本上提高水資源的利用效率。即通過在市政給排水設計中有效融入海綿城市理念來強化水資源的循環(huán)利用，從而讓城市生態(tài)系統(tǒng)維持平衡狀態(tài)，實現(xiàn)健康穩(wěn)定地運行，切實提升城市的生態(tài)效益。例如，在具體實踐中可通過對雨水進行充分收集，緩解當前水資源緊缺的問題，并降低城市內洪澇災害的發(fā)生率，實現(xiàn)人與自然的和諧相處。

2.2 緩解城市的內澇與內旱

很多城市的內澇和旱澇問題可以通過推進海綿城市建設解決，我國的一些城市往往會在雨季出現(xiàn)嚴重內澇，特別是在南方降雨較為集中的地區(qū)更為嚴重，若城市市政排水系統(tǒng)排水峰值設計無法滿足需求，就會導致嚴重的城市內澇災害，極大地影響了社會和經(jīng)濟發(fā)展。與此同時，通過海綿城市理念把雨季過剩的雨水合理儲存并在旱季使用可以解決這一問題，促進城市功能提升，更好地滿足時代發(fā)展的需求。

2.3 為市政給排水設計提供導向

現(xiàn)下城市給排水工程設計初期存在諸多不足，如針對特大暴雨天氣城市防汛壓力劇增，給排水系統(tǒng)難以暢通性銜接，難以最大限度發(fā)揮功能，此類不足均表明，給排水系統(tǒng)存在多個不足，影響人們日常生活及出行。將海綿城市理念用于市政給排水系統(tǒng)中，可將城市功能和該系統(tǒng)進行重新規(guī)劃設計，提高城市自身修復和滲透功能，減少汛期產(chǎn)生的風險。

2.4 改善雨水初期路面污染問題

降雨來臨時，初期雨水在降落過程中溶解了空氣中的汽車尾氣和酸性氣體等污染性氣體，因此初期雨水的污染程度特別強，為了降低初期雨水的污染程度，設計人員模擬雨水的滲濾過程做了對比實驗。實驗結果表明，將沸石、蛭石、煤渣和陶粒4種基質放入到路面或者綠化帶表面，并選擇最合適的配比，能夠有效地降低雨水的滲透速度，提高污染物的降解能力[2]。

2.5 有助于改善城市生態(tài)環(huán)境

海綿城市理念在市政給排水設計中的滲透，除了有效增強城市給排水系統(tǒng)對污水和廢水的處理能力，還可提升市政給排水系統(tǒng)的雨水收集能力和蓄水能力。部分污水以及廢水的合理轉變，有效凈化城市環(huán)境，減少污水的產(chǎn)生，有利于保護整體的城市環(huán)境，讓城市變得更加綠色，為城市居民打造更加健康的生活環(huán)境。

3.海綿城市理念在市政給排水設計中的滲透

海綿城市理念在市政給排水設計中的滲透具有積極影響，可以更好地滿足道路、綠化建設等多方面的需要，在市政給排水設計中重視海綿城市理念的適當使用，能讓市政給排水設計成果更加顯著，滿足市政建設和規(guī)劃的具體標準。

3.1 材料選用的有效設計

各類給排水材料的選用是否科學合理，直接關系到市政給排水系統(tǒng)的建設質量的好壞，也直接影響后續(xù)系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮。為此，在實際的市政給排水設計工作中，設計人員應對給排水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)所需的材料類型、數(shù)量等進行全面考慮，并對各類材料進行針對性處理，從而防止出現(xiàn)給排水材料應用偏差問題。例如，針對給排水管材的選用，既要考慮這類材料的性能和應用耐久性，還應注重其運水能力，特別是排水管道，必須高度重視排水功能是否符合城市建設需求，確保排水管道具備良好的污水排放效果。同時，設計人員必須充分考慮海綿城市理念的需求，側重于對給排水渠道進行不斷優(yōu)化和完善，例如，在城市綠化區(qū)域的給排水設計中，應選用一些具備毛細與虹吸現(xiàn)象的材料，將這些材料合理鋪設到綠化區(qū)域中，從而顯著增加該區(qū)域的水資源吸收與下滲效果，切實提高區(qū)域內的儲水功能，并為排水系統(tǒng)提供更加有效的輔助[3-4]。

3.2 城市綠化建設

綠化設計與人們的生活環(huán)境密切相關，可以適當融入海綿城市理念。我國在開展城市規(guī)劃設計工作的過程中，為了提高城市環(huán)境的宜居性，會在城市中設置大量的綠化區(qū)域，以此開展城市綠化設計工作。城市綠化既需要給予其大量的水資源并進行長期養(yǎng)護，同時又需要具備可以實時調節(jié)的城市供水系統(tǒng)，這就需要有效提升市政給排水系統(tǒng)的實際運轉效率。在開展市政給排水設計工作時，采取有效措施增強海綿城市理念在市政給排水設計中的滲透是非常重要的。增強城市綠化場的蓄水功能，讓綠化場地在城市大量降水階段能夠有效增強其蓄水和排水能力，為整個城市排水系統(tǒng)分擔壓力。同時在城市處于干旱時，綠化場地又能在整個城市排水系統(tǒng)中實現(xiàn)對水資源的高效運用，以此有效增強實際綠化養(yǎng)護效果。在促進城市綠化建設的同時，實現(xiàn)城市水資源的循環(huán)性利用，促進城市朝著綠色且健康的方向穩(wěn)步前進。

3.3 加強路面設計

在不降低道路設計標準的同時，從設計入手提升路面的滲水性能，降低路面的鋼化率，使雨水不僅僅依賴排水管道，而是及時進入水系的生態(tài)循環(huán)。同時，防止雨水的滲入對道路基礎產(chǎn)生影響，要利用排水系統(tǒng)排出路面，注意路基排水裝置的設計，在路面加入防水材料層。

3.4 人行道設計

人行道與市政給排水設計密切相關，特別會干擾給排水系統(tǒng)功能發(fā)揮，需保證人行道設計合理性，按照施工基本要求及準則，持續(xù)性提高市政給排水系統(tǒng)功能。人行道作為市政給排水設計核心構成，其直接影響系統(tǒng)運行成效，設計過程中需結合施工實際狀況重點優(yōu)化，增強市政給排水功能，創(chuàng)新原有人行道設計理念。將海綿城市理念為核心設計導向，增強人行道自身滲水性、透水性，以免雨季人行道出現(xiàn)嚴重積水，影響人們出行質量。一方面，優(yōu)化人行道材料選擇，施工單位應保證材料質量的同時，盡量選取透水性較強的材料，增強雨水滲透性，同時改善城市內部土壤成分，不斷優(yōu)化人們生活條件。建議選取新材料的使用，選取性能較佳、經(jīng)濟安全的可再生材料，保證雨水滲透有效性，提高雨水資源收集成效，為后續(xù)循環(huán)應用提供保證。另一方面，應合理設計排水管位置、坡度等，正常狀況下橫坡應保持在1.5%～2%，保證人行道排水功能最大限度發(fā)揮。

3.5 下凹式綠化帶

通常情況下，市政道路兩邊的綠化帶與中央分離帶都比道路斷面高，這樣的形式能夠避免車輛意外駛離道路。然而，綠化帶不能對道路雨水進行匯集，雨水僅可通過雨水口直接匯入雨水管，使雨水管的排水負擔更大，進而無法充分利用雨水。下凹式綠化帶就是把橫斷面方向的綠化帶設置成儲存積水的下凹式斷面，雨水通過綠化帶過濾后，以溢流形式流進雨水利用系統(tǒng)。在下凹式綠化帶內設置溢流井，其比綠化帶地面高10cm～15cm，相比綠化帶兩邊路面，綠化帶綠地地面高程低5cm～10cm，對于綠化帶兩側的路緣石而言，需要每隔相應距離就設置雨水流入孔，這樣雨水便可向綠化帶內流入。同時，想要降低雨水下滲對周邊道路結構層造成的負面影響，可將防水土工材料敷設在綠化帶的兩側和底層。

3.6 連接帶的設計

海綿城市建設理念的提出給城市建設帶來了很多新的思路，例如道路的建設、排水系統(tǒng)的完善等，改善了城市的綠化環(huán)境。連接帶是指連接道路、建筑和綠化帶的設施，是整個海綿城市建設的重點項目之一。設計人員在設計連接帶時要根據(jù)當?shù)氐膶嶋H地形，綜合考慮當?shù)氐臍夂驐l件，最大限度地節(jié)省空間，實現(xiàn)海綿之間的連接和配合使用。連接帶中間的技術應用是非常重要的，主要負責雨水的滲透，從源頭減少積水量，根據(jù)連接帶的這一作用，設計人員可以將其設計成濕地或者草溝。當雨季來臨時，連接帶能夠起到收集雨水的作用；當氣候干旱時，連接帶中的水可以進行灌溉，節(jié)約生活用水。連接帶中還可以設置過濾裝置，提高雨水的質量，保證城市水循環(huán)的能力。

3.7 城市水資源凈化系統(tǒng)

在之前開展的市政給排水設計工作中，城市的實際排水效果并不理想，城市的蓄水功能也并不完善，其排水系統(tǒng)功能非常單一而且在實際運用的過程中并不能充分發(fā)揮城市排水系統(tǒng)的作用。將海綿城市理念滲透在市政給排水設計中，有利于根據(jù)城市現(xiàn)階段的實際發(fā)展狀況和建設要求，使其能夠朝著更加科學且合理的方向實施城市排水系統(tǒng)的規(guī)劃，將城市不可直接利用的水資源，在市政給排水系統(tǒng)中能夠得到更好的凈化和循環(huán)，使其能夠更加符合現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的觀念。根據(jù)城市所在區(qū)域的具體地形及其環(huán)境特性，開展市政給排水系統(tǒng)設計工作，將城市中的自然降水、城市污水、生活廢水進行有效分類并實現(xiàn)對可循環(huán)利用水資源的收集，對收集的水資源實施凈化處理，使其能夠重新進入城市水資源循環(huán)中。同時，還可以將其運用到城市建設中，以此為基礎實現(xiàn)對城市水資源的高效充分利用，以這樣的方式降低城市水資源的浪費，大大降低市政用水壓力，為保證城市正常運轉、促進城市生態(tài)化發(fā)展提供強大動力。

3.8 附屬設施的有效設計

實際上，附屬設施在市政給排水系統(tǒng)中起著較為顯著的作用，但這一環(huán)節(jié)在以往的市政給排水設計中極易被設計者所忽視，從而影響給排水系統(tǒng)功能的發(fā)揮。基于此，在市政給排水設計工作中，設計人員必須提高對附屬設施的重視程度，對整個排水系統(tǒng)進行合理優(yōu)化，在正式設計前必須對工程所在區(qū)域的地形地質等情況進行全面調研，確保各項設計指標滿足相關建設規(guī)范；還需積極踐行海綿城市理念，選擇最為適宜的施工材料，對施工計劃進行合理優(yōu)化，旨在提高附屬設施的功能。同時，需強化綠地銜接處的設計，采用雨水分流、下沉式綠地等多種措施來提升其排水功能，確保給排水系統(tǒng)的作用得到充分發(fā)揮。另外，可在銜接處設置雨水花園，對豐富的雨水資源進行有效利用；還可以用草植溝來替換混凝土材料，從而進一步提高附屬設施的吸水能力[5]。

3.9 完善市政排水體系

市政給排水工作是一項需要多個部門相互配合的工作，施工過程比較復雜，設計人員要以海綿城市的理念為參考，結合城市發(fā)展現(xiàn)狀，建立科學合理的給排水系統(tǒng)，利用綠色環(huán)保的方式消除積水，更好地應對雨季的來臨。設計人員要了解城市目前給排水存在的問題，經(jīng)過周密的計算和細致的工作，將新技術與老設備聯(lián)合使用，共同發(fā)揮作用，提高雨水的循環(huán)使用效率，加速城市發(fā)展。

4.項目實踐案例分析

某區(qū)域內工程道路等級為城市主干道，實際總長度為3.1km，標準路幅寬度為36m，雙向6車道，設計車速為50km/h。道路設計最大縱坡為5%，道路縱坡超過1%的路段約為2km，屬于一類典型的山地市政道路，按照相關區(qū)域內城市規(guī)劃要求，該區(qū)域內年徑流實際總量控制率為71%，年徑污染去除率不小于40%，且生物滯留帶的蓄水排空時間應不超過24h。該項目設計中應用海綿城市理念，綜合性考量占用人行寬度、道路縱坡等因素，選取生物滯留帶和透水鋪裝兩種設施，通過設施將雨水進行收集、過濾等處理，發(fā)揮控制面源污染等作用。同時采取相應的防護措施，減少道路范圍外雨水進入生物滯留帶內，以免對其產(chǎn)生損傷。按照該項目實際狀況，初步考量將其生物滯留帶單側凈寬度控制在1.3m，滯留帶兩側石寬度均為0.15m，所以單側實際總寬度為1.6m，分別在雙側進行布設。人行道透水鋪裝主要選取透水磚及本體自然下滲，超出雨水通過人行道排放至生物滯留帶內，要求透水磚透水性應超過2.0cm×10-2cm/s，防滑性能超過60，且自身耐磨性應擦磨坑長度不超過35mm。外觀質量、尺寸允許偏差等均應滿足我國相關規(guī)程標準，獲取良好的應用成效。

5.結語

我國社會經(jīng)濟發(fā)展日新月異，隨著人口基數(shù)的不斷增加，水資源消耗日益增大，需要在節(jié)約用水的基礎上加大雨水資源的回收利用，而海綿城市建設正符合這個需求。在建設海綿城市過程中，科學規(guī)劃設計給排水系統(tǒng)作用十分巨大，所以，給排水系統(tǒng)的建設質量與海綿城市建設質量息息相關。因此，給排水系統(tǒng)建設需要嚴格遵守國家有關規(guī)范標準，通過專業(yè)人士的指導不斷完善，提高給排水系統(tǒng)抵抗惡劣天氣的能力。此外，應對雨洪資源加強管理，通過多方努力更好地建設與我國實際相適應的海綿城市。