海綿城市理念在市政給排水設計中的運用

李 威 李 丹

1. 招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067

2. 重慶市設計院有限公司 重慶 400015

1 海綿城市理念概述

“海綿城市”是指在城市建設現(xiàn)代化的過程中，通過完善基礎設施，包括綠色道路和公路，將重點放在城市雨水及其應用上，以更科學的方式利用城市內(nèi)部的雨水等資源，并協(xié)助解決嚴重的城市供水問題，并加強其滲透重建的能力，促進可持續(xù)城市發(fā)展。建設現(xiàn)代化海綿城市有助于調(diào)節(jié)城市內(nèi)部生態(tài)環(huán)境，合理控制城市氣候條件。中國現(xiàn)代城市的人口正在增加，城市工廠和企業(yè)數(shù)量不斷增加，大量資源用于日常發(fā)展。在這種情況下，通過科學地利用水資源建立循環(huán)水系統(tǒng)，貫徹落實海綿城市理念，能夠幫助優(yōu)化城市的給排水狀況，水資源的合理利用。

那么如何應該在城市空間設計當中，更好的收集和利用與水資源？通過建設海綿城市，能夠幫助緩解城市內(nèi)部出現(xiàn)雨水洪澇，實現(xiàn)地下水資源涵養(yǎng)，在內(nèi)部形成有效的城市水循環(huán)系統(tǒng)。海綿城市建設的實體是雨水花園，更好的承載和控制雨水資源，優(yōu)化城市內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境。如何正確選擇植物種植十分關鍵，構建的群落生態(tài)系統(tǒng)效率越高，越能夠實現(xiàn)更大的城市發(fā)展效益。

2 海綿城市建設應用于市政給排水設計中的優(yōu)勢

2.1 改善雨水初期路面污染問題

降雨來臨時，初雨會將汽車尾氣、酸性氣體等污染物溶解在空氣中，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 提高水資源的利用率

海綿城市提高了雨水的收集效率，雨水作為自然資源，處理過程相對容易，技術人員將雨水進行處理使其符合非飲用水的使用要求時，可以作為日常用水被循環(huán)利用，提高用水效率。

2.3 有效地防止洪澇災害

海綿城市的建設能夠有效地減少洪澇災害，減輕城市的排水壓力，當降雨量超過雨水管渠系統(tǒng)時，超標雨水徑流排放系統(tǒng)就會發(fā)揮出作用，將多余的水量通過相應的措施排出，避免災害的發(fā)生。雨水堆積對城市而言危害是非常嚴重的，因為雨水中的成分存在一定的腐蝕性，當雨水過多產(chǎn)生堆積現(xiàn)象時，會對地面、建筑物或市政設施產(chǎn)生一定的影響，增加市政設施維修的工作量，當雨水通過滲透等方式被及時排出，能夠降低設施腐蝕的概率[1]。

2.4 改善城市環(huán)境

隨著城市的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境被破壞的越來越嚴重，包括人類對水資源的嚴重污染，也嚴重影響人類健康和發(fā)展。利用海綿城市的概念，可以保護原有的城市生態(tài)系統(tǒng)，也可以最大限度地保護這類生態(tài)敏感地區(qū)，像原來的河流、湖泊、濕地和壕溝。在大城市的建設中，可能會發(fā)生水體的破壞，要做好環(huán)境的恢復。雨水收集系統(tǒng)可持續(xù)使用雨水的過濾、儲存、積聚、調(diào)節(jié)、輸送及消毒等功能，為控制徑流污染和峰值徑流，有效改善城市環(huán)境狀況。

3 城市給排水系統(tǒng)現(xiàn)存不足之處

3.1 建設工作和養(yǎng)護工作開展不足

目前現(xiàn)代化城市當中，許多建筑物已經(jīng)延伸到較深的土地上，這對給排水系統(tǒng)的建設有一定的影響。市面上可用的排水工程材料與實際施工需求之間存在一定差距，排水設計和施工方法不夠先進。許多施工單位往往只看地面以上的施工質量，而沒有考慮地下管道施工的效率。我國許多地區(qū)由于養(yǎng)護開展不足，導致系統(tǒng)壽命較短，出現(xiàn)的問題較多，影響了系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。

3.2 雨水的利用效率低

現(xiàn)代化城市的不斷創(chuàng)新發(fā)展，讓城市內(nèi)部地面的硬化程度越來越高，這無法順利完成雨水資源的回收和利用。據(jù)調(diào)查顯示，如果城市地面硬化程度非常高，那么雨水是很難自動吸收到地下的。雨水被地下吸收之后，會匯入到河流當中，如果由于城市土壤凝固程度高，不能吸收水資源，可能導致地下水位下降。加上我國城市供水和污水系統(tǒng)的不發(fā)達，許多傳統(tǒng)的雨水和污水混合管道，對于水資源的利用效率比較低。

3.3 排水設施不完善

在城市建設中，必須準備給排水工程。但是，研究給排水工程設計的效果，發(fā)現(xiàn)排水系統(tǒng)設計中存在的問題，分析原因，與城市規(guī)劃不合理、繼承當前工作、引進技術等密切相關。因此，如果市建局的給排水工程系統(tǒng)不能現(xiàn)代化，便不能全面運作[2]。

3.4 未重視給排水系統(tǒng)的設計而易受到外部環(huán)境的影響

在市區(qū)擴展及現(xiàn)代化的過程中，由于給排水系統(tǒng)的重建需要大量的人力、物力及財政資源，而且收益不大，給排水系統(tǒng)的設計沒有得到足夠的重視。城市建設缺乏適當?shù)慕o排水系統(tǒng)，雨季開始時，暴雨會嚴重影響排水效率，形成大的泥沙，使排水變得復雜[3]。

4 海綿城市理念在市政給排水設計中的應用意義

近年來，世界氣候和環(huán)境發(fā)生了重大變化，而且在沿海和內(nèi)陸城市的一些地區(qū)，氣候條件明顯惡化。這些城市正接近海岸，降雨量較大。而且，如果降雨量相對較高，則無法預測可能出現(xiàn)的惡劣天氣。這使得城市的給排水系統(tǒng)很難抵御雨水，并導致洪水泛濫。在城市環(huán)境設計中引入“海綿”概念，將使我們能夠更好地防止城市污染。目前，我國大部分城市不僅有效地減少了雨水對生產(chǎn)和城市生活的負面影響，而且確保了雨水的循環(huán)利用。

5 海綿城市理念下的給排水系統(tǒng)設計原則

5.1 防澇原則

我國城市化在發(fā)展過程中，由于城市供水和污水系統(tǒng)的運行效率大大降低，有些排水系統(tǒng)陳舊，經(jīng)常出現(xiàn)問題。在這方面，開發(fā)商在設計項目時，應以防洪原則為指導，切實防洪。在城市建設過程中，有效處置積水十分重要，提高了城市給排水系統(tǒng)的設計質量，它還可以有效地回收水資源，同時避免使用成本。

5.2 節(jié)約原則

提高用水效率和節(jié)約用水是優(yōu)化給排水系統(tǒng)設計的重要目標之一。在排水設計過程中，必須遵守節(jié)約原則。因此，設計人員無需改變現(xiàn)有管道，有效優(yōu)化系統(tǒng)，理順現(xiàn)有結構，充分利用水資源進行有效的再利用，這對城市發(fā)展很重要[4]。

6 海綿城市理念在市政道路排水設計中的應用

6.1 具備精細化設計意識

通過強化城市內(nèi)部給排水工程建設質量，能夠有效提升城市人口的生活質量，促進城市的可持續(xù)發(fā)展。在市政給排水設計當中，需要設計人員能夠具備精細化設計理念，嚴格遵守給排水設計要求，在設計當中貫徹落實海綿城市設計理念。針對于設計當中存在的不符合可持續(xù)發(fā)展要求的內(nèi)容要及時解決和處理。選擇符合城市發(fā)展以及綠色環(huán)保理念的設計方案。要做好設計人員的培訓工作，定期引導員工參與到培訓教育工作當中，強化設計人員的專業(yè)能力和個人素質，在設計當中能夠積極自主的站在海綿城市設計角度思考問題，形成更加環(huán)?？茖W的設計方案。

6.2 排水系統(tǒng)設計

當前我國環(huán)境污染問題越來越嚴重，而節(jié)能環(huán)保的呼聲也越來越高，社會各行各業(yè)中都開始應用節(jié)能環(huán)保理念，朝著可持續(xù)發(fā)展的方向進步。在城市市政排水系統(tǒng)規(guī)劃設計當中，需要考慮節(jié)能環(huán)保問題，研究當前城市的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展需求，根據(jù)排水地區(qū)的標準高度，優(yōu)化整個排水的設計方向和匯水面積，然后科學合理的布置出排水管排水溝和雨水口，通過先進性比較強的節(jié)能產(chǎn)品設計出排水系統(tǒng)，采用污水和廢水集中、分散排放的處理方式。在排水系統(tǒng)設計當中要考慮后期維護工作和管理工作開展的便捷性，確保排水管道更加通暢。

6.3 綠化帶設計

綠化帶是市政給排水規(guī)劃的核心內(nèi)容，因此科學合理設計綠化帶是必要的。在設計城市路面時，必須選用滲透性較好的建筑材料，以確保使雨水能夠第一時間滲入表層，也可供以后科學合理地收集帶綠帶的雨水。綠化帶的設計不能太高，必須設置在覆蓋層以下15-20厘米處，綠化帶的高度不能低于綠化帶土壤的高度。在城市道路上，要增加儲水過濾設計，改善地下水凈化，避免地下水污染，還要收集利用更多雨水。工程可包括增建樓層以種植土，并且在種植土的上層設計一層砂石場，并在砂石層中沒射滲透管道，這樣能夠加強水質的過濾效果，提升雨水的清潔度。在綠化帶設計當中，設計人員需要綜合分析，地形特征以及進行結構，設計中增加導流系統(tǒng)，這樣在遇到降雨量比較強的水流時，水流滲透吸收到地面更有層次感。在設計中還需要把明溝的雨水沉淀功能，充分發(fā)揮出來，便于雨水更有效地排放到綠化帶當中[5]。

6.4 海綿城市“凈”設計理念

在雨季開始時，它會影響地板上所含的大量灰塵和雜質。此時，為了防止流入地表的水受到污染，必須加固地面的雨水并堵塞其沉積物。在給排水系統(tǒng)時，設計人員會利用雨水濾過，并在大廈屋頂安裝綠色屋頂，以徹底清除雨水資源。

6.5 “蓄”設計理念

海綿城市儲水系統(tǒng)設計中，需要科學合理地設計地下蓄水池、沉淀池、進水管、排水管和其他城市設施。我們必須思考如何理性地培育生態(tài)植物。一般的建設者可以選擇灌木植物，在生長過程中可以結合輕質多孔孔粗骨料。檢查槽深，選擇藤本，并將陶粒粒徑設置為組合。

6.6 注重設施設計，強化工程質量

目前，我國許多城市在實施市政建設項目方面存在一些不足。舉例來說，有些市政工程的結構過于簡單，明顯不利于市區(qū)的穩(wěn)定發(fā)展。從設計師的角度來看，一切都要以城市建設為基礎，符合黨和政府的要求和標準，并考慮到城市供水和排污的實際需要，正確調(diào)整供水排水設計體系，提高效率此外，在設計過程中應考慮以下幾點:首先，設計者需要多次調(diào)整供水和排水管道的大小。目前，一些城市的降雨量很大，很容易造成水資源擁擠，這僅僅反映了供水和排水管道直徑大小的問題。為了避免再次出現(xiàn)類似問題，在管道設計過程中，必須考慮到該地區(qū)每年的實際降水量，以便管道的尺寸能夠承受雨季的徑流壓力。具體管徑應根據(jù)設計標準和實際需要確定。其次，在排水系統(tǒng)優(yōu)化設計方面，排水系統(tǒng)的設計需要優(yōu)化，設計人員應盡快創(chuàng)造新的設計思路，以建設城市為主要目標，確保設計的生態(tài)價值。舉例來說，在興建雨水管網(wǎng)絡的過程中，員工可以善用管道設計模式，把儲存和排水結合起來，也可以通過提高雨水儲存效率，成功地補充地下水資源，為城市地區(qū)的自然徑流提供大量支持水。三是要優(yōu)化供水系統(tǒng)設計，開發(fā)商要嚴格遵守節(jié)能原則，嚴格遵守城市建設要求，盡可能改變給排水系統(tǒng)的設計理念，大大提高給排水效率。

6.7 附屬設施設計

市政道路的排水系統(tǒng)包含有路緣石和路肩邊溝兩種類型。路緣石分為平緣石和立緣石，平緣石能夠跟地面高度保持持平，保證路面不會出現(xiàn)積水。立緣石的高度高于地面，能夠控制雨水快速地流向雨水口。路肩邊溝設計能夠有效提升于水的凈化率以及資源利用效率，避免出現(xiàn)堵塞情況。

6.8 海綿城市理念在道路橫斷面設計中的應用

傳統(tǒng)的城市道路橫斷面設計是通過控制橫向坡度，即道路的中間高兩側低，在道路邊設置路緣石，雨水通過坡度匯集在道路兩側的雨水篦子內(nèi)，再排入市政雨水管道，此形式的行車道低于綠化帶。當采用海綿城市理念設計時，會在路緣石相隔一定距離處做豁口處理，路面做成高于綠化帶形式。這種形式路面上的雨水首先通過路緣石豁口流入綠化帶內(nèi)，待綠化帶中的土壤吸水飽和之后，多余的雨水通過篦子溢流進入雨水管道系統(tǒng)，進行儲蓄或排放處理。為了更加有效地收集路面雨水，雨水主管道可以設置為滲井形式，雨水可以通過滲井進入更深層土壤來補給地下水。

6.9 海綿城市理念在人行道設計中的應用

在城市道路設計中，海綿城市概念的應用主要表現(xiàn)為道路坡度選擇和材料覆蓋。例如，必須優(yōu)化路面坡度，使徑流和雨水很容易流入附近的低影響發(fā)展設施?？蛇x擇路面為通磚地板、透水混凝土路面、防水瀝青混凝土等相關地板材料。在土壤滲透率有限的情況下，可在透水路面的透水端安裝排水管或儲層，以增加排水量。路面結構應滿足路面阻力和穩(wěn)定性的要求。

6.10 對路基部分的排水設計

城市道路是重要的交通基礎設施，在城市道路設計中，必須注意公路路基設施的合理設計。根據(jù)不同地區(qū)和路段的實際交通需求優(yōu)化建設項目。為了解決地表硬化和路基滲透率低的問題，可以更換路基部分以提高該部分的滲透率。不過，在設計時，不能只考慮增加路基排水量，而忽略其穩(wěn)定性。因此，在完成路基處理后，需要通過壓實施工層來加固路基。在設計中，必須保證路基透水系數(shù)和飽和度達到海綿城市建設標準。

6.11 統(tǒng)籌規(guī)劃，建立合理完善的市政排水體系

市政給排水系統(tǒng)建設過程復雜、環(huán)節(jié)多。正式施工開始前，施工單位應充分實施綜合設計，借鑒海綿城市概念，建立科學完善的排水系統(tǒng)，利用綠化帶、移動軌道等處透水，及時消除積水現(xiàn)象，最好回收雨水，加工后可重復使用。要達到這個目標，必須建立一套科學合理的市政排水系統(tǒng)，設計人員必須進行細致協(xié)調(diào)的工作，合理分配新設施，亦加強舊設施的功能，使新設施和舊設施可以共同運作，建立比較完善的市政排水系統(tǒng)，促進生態(tài)促進城市生態(tài)建設，確保其生態(tài)環(huán)境健康可持續(xù)發(fā)展。

7 結語

總而言之，隨著我國現(xiàn)代化經(jīng)濟的不斷創(chuàng)新發(fā)展，城市建設力度也不斷增強。市政給排水設計屬于現(xiàn)代化城市建設的重要一部分，目前在我國市政給排水設計當中還存在很多問題，影響了城市的可持續(xù)發(fā)展。相關部門對此加強關注，了解了目前讓給排水設計當中存在的問題，研究了如何在市政給排水設計當中貫徹落實海綿城市理念，以期能夠不斷地提升市政給排水工程建設、設計水平，促進現(xiàn)代化城市的可持續(xù)發(fā)展。