海綿城市理念在市政給排水設計的運用探討

譚子聰

摘 ?要：隨著我國經濟蓬勃發(fā)展，城市化進程不斷推進，對市政給排水的使用需求也不斷加強，市政給排水工程不僅影響人們的日常生活，還對改善城市生態(tài)環(huán)境，解決日常供水、泄水有積極影響。為了解決城市處理雨水污染的問題，提高城市水資源的利用效率，大大降低洪澇災害的影響，在進行市政給排水設計時可以借助海綿城市理念。以珠海市斗門區(qū)東堤路工程為例，對海綿城市理念的重要意義做出了簡要分析，并對海綿城市理念在市政給排水設計的運用進行了深入的探討，以期能為相關人員提供有益的參考和建議。

關鍵詞：海綿城市理念? 市政給排水設計? 東堤路 ?年徑流總量控制率? 年徑流污染削減率

中圖分類號：Tv????????????????? 文獻標識碼：A

Discussion on the Application of the Concept of Sponge Cities in Municipal Water Supply and Drainage Design

TAN Zicong

（Foshan?Chenglian?Zhongchuang?Engineering?Design?Co.，?Ltd.，F(xiàn)oshan，Guangdong?Province，528000?China）

Abstract：With the vigorous development of China's economy and the continuous advancement of urbanization， the demand for the use of municipal water supply and drainage is also continuously increasing. Municipal water supply and drainage projects not only affect people's daily life， but also have a positive impact on improving the urban ecological environment and solving daily water supply and discharge. In order to solve the problem of the urban treatment of rainwater pollution， improve the utilization efficiency of urban water resources and greatly reduce the impact of flood disasters， the concept of sponge cities can be used in the design of municipal water supply and drainage. Taking the Dongdi Road project in Doumen District， Zhuhai City as an example， this paper makes a brief analysis of the significance of the concept of sponge cities， and makes an in-depth exploration of the application of the concept of sponge cities in municipal water supply and drainage design， in order to provide useful reference and suggestions for relevant personnel.

Key Words：Sponge city concept; Municipal water supply and drainage design; Dongdi Road; Annual total runoff volume control rate; Annual runoff pollution reduction rate

目前隨著城市化建設的快速蓬勃發(fā)展，人民群眾對于居住環(huán)境的宜居指數(shù)與生活品質都提出了更高標準的要求，同時，在生態(tài)優(yōu)先的呼吁下，建設生態(tài)宜居的“海綿城市”已經成為公民普遍的共識。但不可否認的是，在城市化建設的過程中，仍有部分地區(qū)以低規(guī)格的設計標準進行建設，特別是在城市的排水系統(tǒng)設計方面存在著諸多問題，從而導致城市內澇等問題，嚴重阻礙了城市化的發(fā)展。在此背景下，本文對如何將海綿城市的建設理念與市政建設特別是給排水設計相結合，從而達到理想的城市給排水效果，同時也為業(yè)內人士提供一種新的思路。

1? 海綿城市的意義

海綿城市的建設有以下3個重要作用：一是讓城市中的綠地、河道以及建筑物等充分發(fā)揮對城市降水量的調蓄和緩沖等功能，從而使城市的水文特征在開發(fā)前后保持基本一致^[1]；二是降水初期，雨水會在降落的同時吸收大氣中的污染成分，因此初期雨水的污染程度較高^[2]，從某種角度上防止水污染，利用各種高科技手段，比如滲透、停留、保存、凈化等，可以在一定程度上減輕洪水對水資源的沖擊；三是城市抵御極端天氣的能力較弱。人類活動較為頻繁，環(huán)境遭受嚴重的污染和破壞^[3]，可以減少洪水的危害。盡量地吸收雨水，將洪水對人們的生命和財產造成的傷害降到最低。

2? 東堤路工程市政給排水設計海綿城市理念的應用對策

2.1? 海綿設施

2.1.1 透水鋪裝

按照滲透的原理，可以把透水鋪裝分成兩種類型，一種是材質本身就具備滲透特性，比如透水混凝土、透水磚等；另外一種是使用透水的制作和鋪裝形式，比如嵌草磚等。在過大、過重車輛的碾壓下，摻有草磚塊的水泥板容易產生不均勻沉降或位置偏差，故不適宜安裝在車流量較大的地區(qū)?？梢罁囟ǖ膱龅貤l件及景觀營造需要，來設定各種類型的透水路面^[4]。

2.1.2 下凹式綠地（生物滯留帶）

傳統(tǒng)的城市雨水防控管理和內澇治理主要依靠大型的市政基礎設施和網絡建設，其缺陷日益凸顯。隨著城市對雨水管理需求的不斷增加，一種新型的雨水管理模式——下沉式綠地逐漸受到重視，該模式將城市雨水治理工程與城市景觀有機地結合在一起^[5]。

2.1.3 雨水蓄水模塊

雨水蓄水模塊是一種雨水調蓄或回收利用工程中用來儲存雨水的設施，由固體材料制成鏤空結構并能承受一定外力的蓄水箱體。

2.1.4 滲坑、滲渠、滲透塘

滲坑、滲渠、滲透塘等均為一種用于城市回補地下雨水的滲透系統(tǒng)，它的構造相對簡單，以滲水渠為例，即在凹陷的渠道內填入卵石并在其中摻入部分細沙以及碎石塊起到簡單的過濾作用。這種相對簡易的設施能夠大大增加城市降雨后雨水在土壤中的滲透效果，提高較深層土壤的含水量，但同時也會改變土壤內原有的受力結構，因而可能會對城市內的道路或建筑物的地基產生一定的影響^[6]。

所以，在修建防滲工程時，必須對該地區(qū)的土質狀況作詳細的考察，才能合理地布置防滲工程，以免影響城市基礎設施的正常運行。

2.2 ?東堤路主要技術路線

本工程包含東堤路及同興路，低影響開發(fā)采用了“生物滯留帶+生態(tài)樹池+雨水模塊”技術。

結合市政管渠檢查井布置原則，每12 m設一個溢流口，其高度比綠地高出10 cm，用以蓄水。路面上的雨水，經過徑流的作用，在側石開口的地方，就會進入生物留存帶和生態(tài)樹池之中，再經過下滲及溢流口的溢流，就會被排入雨水管網當中最終排入黃楊河。

東堤路K0+680西側機動車道下設置L×B×H_m=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）雨水塊模，路面雨水經過雨水檢查井，進入雨水模塊，過量雨水溢流進入市政雨水管網，最終排入黃楊河。

3? 排水分析

根據規(guī)劃，東堤路新建雨水管渠分段收集路面雨水，就近排入黃楊河。同興路新建雨水管渠經東堤路雨水主管轉輸后，排入黃楊河。

東堤路工程沿線有6條現(xiàn)狀雨水管涵，埋深較淺（現(xiàn)狀埋深1.2～1.8 m），現(xiàn)狀街區(qū)雨水直排黃楊河；本設計考慮將現(xiàn)狀箱涵接入東堤路設計雨水管，通過東堤路設計排出口統(tǒng)一外排黃楊河。

4? 斗門區(qū)東堤路新建工程海綿城市設計計算

4.1 目標的確定

按照《海綿城市建設技術指南》，城市對環(huán)境的“彈性適應”，開發(fā)前后的水文特性沒有改變，峰值流量和峰值出現(xiàn)時間也沒有改變；年徑流總量控制率60%～85%。根據《珠海市海綿城市專項規(guī)劃》《珠海市西部中心城區(qū)海綿城市示范區(qū)建設規(guī)劃》、系統(tǒng)方案及相關規(guī)范的確定，本項目設計目標如下：

年徑流總量控制率設計目標為50%；年徑流污染削減率（以SS計）設計目標為20%；管網設計重現(xiàn)期為5年一遇。

4.2? 設施設計參數(shù)

4.2.1 雨水管渠計算

（1）雨水設計流量的計算采用《室外排水設計標準》中所規(guī)定的雨水流量計算公式，即

Q=q·Ψ·F （1）

式（1）中：Q為雨水設計流量（單位：L/s）；q為設計暴雨強度（單位：L/s·ha）；Ψ為徑流系數(shù)，取0.65；F為匯水面積（單位：ha）。

（2）采用斗門區(qū)相應設計重現(xiàn)期的暴雨強度計算公式：

P＝5年；q=1622.7177/（t+4.5287）^0.4714（L/s·ha）（2）

（3）降雨歷時。具體公式如下：

T＝t₁+t₂（3）

式（3）中：t₁為地面集水時間（單位：min），取10 min；t₂為管內雨水流行時間（單位：min）。

4.2.2 年徑流總量控制率計算

結合上述規(guī)劃，本工程年徑流總量控制率按較大值取值為50%，對應設計降雨量為15 mm。

低影響開發(fā)設施設計調蓄量采用容積法進行計算。

V=10HφF（4）

式（4）中：V為設計調蓄容積（單位：m?）；H為設計降雨量（單位：mm）；φ為綜合雨量徑流系數(shù)，按地塊下墊面比例加權平均計算；F為匯水面積（單位：ha）。

4.2.3? 生態(tài)樹池調蓄量計算

A×（0.10+1.00×0.2+0.4×0.3）×0.6×0.6=0.152 A（5）

式（5）中：A為生態(tài)樹池面積，表層綠化帶下凹蓄水深度為0.10，換填介質土厚度為1.00 m，孔隙率為0.2，礫石層厚度為0.4，孔隙率為0.3，0.6為生態(tài)樹池綜合折扣，0.6為坡度引起的調蓄折扣。

4.2.4? 生物滯留帶調蓄量計算

B×（0.15+0.88×0.2+0.3×0.3）×0.6×0.6=0.149 B?????????????? （6）

式（6）中：B為生物滯留帶面積，表層綠化帶下凹蓄水深度為0.15，換填介質土厚度為0.88 m，孔隙率為0.2，礫石層厚度為0.3，孔隙率為0.3，0.6為生物滯留帶綜合折扣，0.6為坡度引起的調蓄折扣。

4.2.5? 雨水模塊計算

東堤路K0+610東側機管廊綠化帶下設置L×B×Hm=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）雨水塊模，其調蓄容積為：L×B×Hm=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）=131.328 m³

4.2.6? 年徑流污染控制率計算

徑流污染控制也是本次海綿城市建設的目標之一，污染物指標可采用懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）等。生物滯留帶對污染物去除率為70%～95%（以SS計）。

4.3? 海綿城市設計計算

4.3.1 年徑流總量控制率達標情況

（1）東堤路匯水分區(qū)劃分。

本次道路的海綿城市東堤路設計范圍為24 m道路紅線寬度，不包含道路兩側的管廊綠化帶，道路長度為1 639 m，其中硬質路面面積為40 308 m²，生態(tài)樹池面積1 737 m²，生物滯留帶面積480 m²，普通綠化帶面積868 m²。加權后徑流系數(shù)為0.84。

（2）同興路匯水分區(qū)劃分。

本次道路的海綿城市同興路設計范圍為30 m道路紅線寬度，不包含道路兩側的管廊綠化帶，道路長度為298 m，其中硬質路面面積為8 481 m²，生物滯留帶面積為1 500 m²，普通綠化面積1 029 m²。加權后徑流系數(shù)為0.81。

東堤路年徑流總量控制率達標情況：東堤路的綜合徑流系數(shù)為0.84，綜合調蓄容積為424.87 m³（其中雨水模塊調蓄雨量體積為131.328 m³）。具體見表1。

同興路年徑流總量控制率達標情況：同興路的綜合徑流系數(shù)為0.81，綜合調蓄容積為265.50 m³。具體見表2。

本工程的綜合徑流系數(shù)為0.83，根據年徑流總量控制率目標為50%，對應的降雨量為15 mm。按所需調蓄容積685.44 m³，綜合調蓄容積為690.368 m³大于所需調蓄容積685.44 m³，滿足50%年徑流總量控制率的要求。具體見表3。

4.3.2 污染控制達標情況

面源控制率計算如下：本次設計道路年徑流總量控制率為50.19%，生物滯留設施的污染物削減率為0.8，則年SS總控制率即年徑流污染物削減率為：50.19%×0.8=40.15%，滿足年徑流污染削減率（以SS計）設計目標為20%。

4.4? 校核年徑流總量控制率等強制性指標達標情況

東堤路年徑流總量控制率為39.88%，同興路為73.21%；本工程道路年徑流總量控制率為50.19%，年徑流污染物削減率為40.15%。

4.5? 海綿城市關鍵設施詳細設計

4.5.1 人行道、非機動車道

目前市政項目常用的人行道地磚材料有花崗巖人行道磚、仿花崗巖人行道磚以及透水機制人行道磚，本設計推薦非機動車道結構由上至下依次為：面層為8 cm透水鋪裝、3 cm厚M10水泥砂漿，基層為15 cm厚4.0 MPa水泥穩(wěn)定級配碎石、底基層為15 cm厚級配碎石。

4.5.2 生物滯留帶（生態(tài)樹池）

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》P35的規(guī)定，并在總徑流控制率大于或等于70%的基礎上，以機非綠化帶（相對于路面標高）下陷20 cm為蓄水層，在蓄水層下，以砂石、堆肥、黏土等混合材料為基質，在蓄水層下，鋪設88 cm厚的海綿種植土層^[7]。其中，砂石占60%～65%，有機質占30%～35%，黏土占5%。

4.5.3 雨水模塊構造

水池尺寸為45.6 m?2.4m?1.2m（H），水池總容積確定為131.328 m³。儲水裝置采用PPB材質的塑料模塊，由1.2 m?0.6 m?0.3 m組合拼裝，產品設計使用壽命為50年。模塊體豎向荷載≥630 kN/m²，側向荷載≥170 kN/m²采用承插連接，列間采用卡扣連接。

6? 結語

總之，海綿城市的建設必須以生態(tài)環(huán)境的保護為基本原則，在不損害城市的生態(tài)環(huán)境的前提下，促進城市的綠色發(fā)展，同時也要保證內部的排水系統(tǒng)的正常運行，從而達到吸收、儲存、凈化、利用的目的。保證雨水的回收和節(jié)水，增強城市防洪減災的能力，促進城市水資源的循環(huán)利用，從而有效改善人民的生活質量。

參考文獻

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