海綿城市理念下市政工程給排水規(guī)劃設(shè)計(jì)研究

姚 成

（慶陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 慶陽(yáng) 745099）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)日新月異，城市化腳步不斷加快，城市各項(xiàng)設(shè)施亟需與時(shí)俱進(jìn)以滿足時(shí)代發(fā)展要求。海綿城市理念在市政道路建設(shè)中的引入，既有助于提升給排水管網(wǎng)工作效率，也可以實(shí)現(xiàn)水資源利用率的提升，促進(jìn)城市的穩(wěn)定健康發(fā)展。城市缺水時(shí)，將海綿城市設(shè)施所儲(chǔ)存的水釋放以供使用。將海綿城市理念應(yīng)用于給排水規(guī)劃設(shè)計(jì)，需要遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，并全方面考察城市環(huán)境，結(jié)合具體實(shí)際制訂科學(xué)方案，促進(jìn)城市穩(wěn)定、健康、持續(xù)發(fā)展。

1 海綿城市概述

海綿城市的本質(zhì)是改變傳統(tǒng)的城市理念，達(dá)到城鎮(zhèn)化和自然環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。為更好地對(duì)城市水生態(tài)系統(tǒng)加以保護(hù)，降低雨水災(zāi)害發(fā)生的概率，應(yīng)對(duì)雨水資源進(jìn)行有效利用。海綿城市建設(shè)也稱為低影響開發(fā)，即LID。海綿城市即城市如同一塊海綿，能吸收存儲(chǔ)雨水，并能對(duì)其加以循環(huán)利用，減少初期大量雨水徑流的污染，能夠靈活應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害和環(huán)境變化。海綿城市建設(shè)是將傳統(tǒng)的“快速排放”模式向“滲、滯、蓄、凈、用、排”模式轉(zhuǎn)變，盡量減少城市化開發(fā)建設(shè)對(duì)原有自然水文特征和水生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)雨水的自然凈化、積存及滲透。

2 市政工程給排水規(guī)劃設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

2.1 排水設(shè)施不完善

目前，我國(guó)在開展城市擴(kuò)建時(shí)，市政給排水設(shè)計(jì)由于原項(xiàng)目遺留、技術(shù)不足、城市規(guī)劃等原因，排水設(shè)施缺乏完善性。之前的排水管道老化且覆蓋范圍狹窄，滿足不了現(xiàn)代城市的排水負(fù)荷需要，為此，需要進(jìn)一步對(duì)排水設(shè)備進(jìn)行更新與設(shè)計(jì)優(yōu)化。當(dāng)前，城市化步伐不斷加快，城市規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，建筑類型也持續(xù)增多，城市污水與用水量不斷增多，而原來(lái)的排水設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，不能適應(yīng)當(dāng)前城市發(fā)展速度及規(guī)模，也不能有效滿足城市將來(lái)發(fā)展的需要。這對(duì)市政管理提出全新的要求和標(biāo)準(zhǔn)，市政管理應(yīng)重視城市給排水設(shè)施建設(shè)，并結(jié)合城市發(fā)展需要，強(qiáng)化技術(shù)與資金投入，建設(shè)和完善市政給排水設(shè)施。

2.2 水資源利用率低

城市的正常運(yùn)行離不開對(duì)水資源的利用，然而，由于城市人口密度大，加之水資源有限，滿足不了城市建設(shè)發(fā)展需要。當(dāng)前，很多城市的土地硬化程度都在不斷加大，雖然能使人們的居住環(huán)境及出行更方便，然而卻造成城市土地滲透能力日漸減弱，使城市地面降水與排水無(wú)法及時(shí)向地底滲透而形成地下水。相反，地面積水或排水形成積水蒸發(fā)或進(jìn)入城市排水管道中變成廢水，未得到進(jìn)一步利用，水資源利用效率低。

3 市政道路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的海綿措施

某城市道路位于某市海綿城市建設(shè)的試點(diǎn)區(qū)中西部位置，整體為南北走向，此次規(guī)劃設(shè)計(jì)總長(zhǎng)約650m，道路原來(lái)的機(jī)動(dòng)車道長(zhǎng)7.5m左右，人行道約為3.5m，綠化退線為8～10m寬，附近地塊主要是綠化用地及廠區(qū)，其改造前狀況如圖1所示。

圖1 海綿城市改造前狀況

3.1 整體方案

道路中心線下均勻分布雨水管，本設(shè)計(jì)預(yù)留現(xiàn)有雨水干管及檢查井，檢查井蓋標(biāo)高與設(shè)計(jì)路面標(biāo)高相同。

道路紅線寬20m=人行道2m+生物滯留綠地2m+非機(jī)動(dòng)車道3m+機(jī)動(dòng)車道6m+非機(jī)動(dòng)車道3m+人行道2m+生物滯留綠地2m，本設(shè)計(jì)方案對(duì)雨水進(jìn)行綜合利用，在人行道和非機(jī)動(dòng)車道上鋪設(shè)透水路面，下凹生物滯留設(shè)施設(shè)置在道路兩側(cè)，改造后的斷面如圖2所示。

圖2 海綿城市改造后斷面

3.2 生物滯留設(shè)施

將側(cè)分綠化帶延伸出的2.5m做成下凹綠地，并設(shè)開口路緣石，用于對(duì)機(jī)動(dòng)車道的匯水收集和直流。按照此次道路設(shè)計(jì)的具體實(shí)況，最好應(yīng)用生物滯留設(shè)施，通過(guò)物理、生物及化學(xué)過(guò)程可將生物滯留設(shè)施中徑流初期的污染物去除掉。生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)剖面如圖3所示，生物滯留設(shè)施中的材料參數(shù)如表1所示。

圖3 生物滯留設(shè)施斷面

表1 生物滯留設(shè)施材料參數(shù)

因道路兩邊要種植深根喬木，則生物滯留溝種植土厚度應(yīng)為120cm，下凹式生物滯留設(shè)施主要是對(duì)沿線相鄰的人行道和車行道徑流雨水進(jìn)行收集與處理。下凹式生物滯留設(shè)施收集的雨水優(yōu)先進(jìn)行滲濾處理，以確保水質(zhì)和水量。超過(guò)滲透能力的雨水將繼續(xù)在蓄水區(qū)內(nèi)積聚，多余的雨水將通過(guò)溢流口直接向雨水管道溢流。如果生物滯留設(shè)施中的植物抗洪時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將影響綠色植物的正常生長(zhǎng)。滲透設(shè)施的體積深度確定后，應(yīng)檢核綠地淹水時(shí)間，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，生物滯留設(shè)施空池標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)容的排空時(shí)間t0=11.1h，24h能滿足設(shè)計(jì)的最大雨水排空。

3.3 人行道、非機(jī)動(dòng)車道透水設(shè)計(jì)

人行道、非機(jī)動(dòng)車道的透水設(shè)計(jì)，一方面要考慮環(huán)保，另一方面為強(qiáng)化地面透水性，可使用透水性硬化地面的方式，此方式為提升地面透水能力的有效方式。在這個(gè)項(xiàng)目中，人行道和非機(jī)動(dòng)車道材料均為透水磚，這樣能夠通過(guò)入滲的雨水補(bǔ)充地下水，透水性環(huán)保地磚鋪設(shè)在人行道上，從上到下的結(jié)構(gòu)為：8cm厚連鎖透水磚—3cm厚中粗砂找平層—1層400g/m2土工布—15cm厚C15無(wú)砂透水混凝土—12cm厚級(jí)配碎石。在降低污染物方面，透水鋪裝地面有良好的去除效果。據(jù)有關(guān)資料，其對(duì) TN、BOD5、COD、TP、NH3-N 和 SS的去除效果非常理想，可達(dá)到地表水二級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。非機(jī)動(dòng)車道、人行道均坡向綠化退線，道路兩側(cè)綠色退線范圍很大，通過(guò)在道路兩側(cè)設(shè)置植草溝，退線內(nèi)雨水花園用于收集道路雨水，然后滯流下滲。

3.4 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(duì)道路雨水進(jìn)行匯集，雨水僅可通過(guò)雨水口直接匯入雨水管，使雨水管的排水負(fù)擔(dān)更大，進(jìn)而無(wú)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(shè)置成儲(chǔ)存積水的下凹式斷面，雨水通過(guò)綠化帶過(guò)濾后，以溢流形式流進(jìn)雨水利用系統(tǒng)。在下凹式綠化帶內(nèi)設(shè)置雨水口，其比綠化帶地面高3～5cm，相比綠化帶兩邊路面，綠化帶綠地地面高程低5～10cm，對(duì)于綠化帶兩側(cè)的路緣石而言，需要每隔相應(yīng)距離就設(shè)置雨水流入孔，這樣雨水便可向綠化帶內(nèi)流入。同時(shí)，想要降低雨水下滲對(duì)周邊道路結(jié)構(gòu)層造成的負(fù)面影響，可將防水土工材料敷設(shè)在綠化帶的兩側(cè)和底層。

下凹式綠化帶的工作原理：降雨后，路面上的雨水會(huì)通過(guò)道路橫坡匯集至綠化帶，并從綠化帶兩邊路緣石的流入孔向綠化帶內(nèi)流入。通過(guò)匯集而流入綠化帶中的雨水，通常有一些會(huì)在綠化帶表層土壤內(nèi)得以下滲。不能有效下滲的部分，會(huì)向綠化帶內(nèi)雨水口匯入，流入的部分雨水繼續(xù)通過(guò)井底的打孔滲透管滲入下層土壤。最后，無(wú)法滲透的雨水從雨水連接管溢出，并向城市排水管道中下游排入（見圖4）。

圖4 下凹式綠化帶結(jié)構(gòu)

3.5 城市道路結(jié)構(gòu)層次設(shè)計(jì)

根據(jù)海綿城市的最新建設(shè)要求，城市道路表面的積水可分為3種形式排放：道路表面積水經(jīng)路面縫隙滲透排放；路面積水經(jīng)道路流入道路基質(zhì)層，排水盲管排出積水；路面積水直接排放到道路基礎(chǔ)土層。前面的2類方法可使道路表面徑流系數(shù)得以顯著降低，因此，它可以有效地滿足排水標(biāo)準(zhǔn)。但是，它不能實(shí)現(xiàn)路面的滲透、滯留和蓄積的凈化功能。海綿城市建設(shè)規(guī)范規(guī)定道路基層土的滲透系數(shù)應(yīng)大于7×10-3cm/s，所以部分高荷載、車流量大的道路，積水滲透就無(wú)法有效完成。人行道常用的建材為花崗石、預(yù)制混凝土，新透水材料鋪設(shè)在海綿城市道路中，以此方式降低城市地表熱量散發(fā)，有良好的透氣和透水性，可以更好地保護(hù)生態(tài)。在此理念下，一般道路滲水系數(shù)應(yīng)超出1.0×10-3mm/s，地下水表層和透水層應(yīng)超過(guò)1m的距離。

3.6 與城市綠地銜接

城市道路是海綿城市建設(shè)的主體，要有效利用城市中的各組成部分。為了強(qiáng)化市政道路排水系統(tǒng)，可以在具體設(shè)計(jì)中引入多種滲透技術(shù)，在周邊道路與城市綠地有效銜接的情況下，應(yīng)遵循海綿城市理念，結(jié)合相關(guān)滲透技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如今，在城市道路排水建設(shè)中成功應(yīng)用了滲濾渠道建設(shè)、LID源頭滲透技術(shù)和調(diào)節(jié)塘措施，若碰見有豐富水資源的地區(qū)，則會(huì)使用攔污凈化雨水技術(shù)，先過(guò)濾清潔雨水，使其流入綠地底部，以此降低徑流洪峰。在水資源缺乏地區(qū)，路面雨水可使用市政道路管網(wǎng)收集，通過(guò)綠地自然循環(huán)凈化雨水然后進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.7 附屬設(shè)施

在市政道路排水系統(tǒng)中，附屬設(shè)施施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中涵蓋了路肩邊溝設(shè)計(jì)與路緣石設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)路緣石時(shí)有兩種選擇，一種是立緣石，另一種是平緣石。使用平緣石的優(yōu)點(diǎn)是可以保持與路面地層相同的高度。此時(shí)，如果地面上有積水，可通過(guò)平緣石的傾斜口流入雨水檢查井或綠化帶。立緣石的優(yōu)點(diǎn)主要是能夠?qū)Φ乇矸e水進(jìn)行集中，但其也有缺點(diǎn)，即不能使地表徑流流入雨水檢查井或綠化帶。因設(shè)置的立緣石比周圍路表的底層高出10～20mm，故施工人員在實(shí)際設(shè)計(jì)中需要使用打孔和間隔的方式使地表徑流有疏通渠道，以便積水更好地流入綠化帶。在路肩邊溝設(shè)計(jì)時(shí)，一般需要考慮施工材料的質(zhì)量和外觀設(shè)計(jì)，在路面上設(shè)置路肩邊溝，使其能夠接觸到地表上降落的雨水，故在開展設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮雨水的滲透性。一般而言，混凝土是路肩邊溝施工應(yīng)用的主要材料，但近年來(lái)，為強(qiáng)化雨水滲透、凈化功能，市政部門一般會(huì)采用植草溝的方式，其具有凈化和涵養(yǎng)水分的功能，能達(dá)到同傳統(tǒng)施工一樣的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(chǔ)上，加大雨水資源的回收利用，而海綿城市建設(shè)正符合這個(gè)需求。在建設(shè)海綿城市過(guò)程中，科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)作用十分巨大，所以，給排水系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量與海綿城市建設(shè)質(zhì)量息息相關(guān)。因此，給排水系統(tǒng)建設(shè)需要嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)專業(yè)人士的指導(dǎo)不斷完善，提高給排水系統(tǒng)抵抗惡劣天氣的能力。此外，應(yīng)對(duì)雨洪資源加強(qiáng)管理，通過(guò)多方努力更好地建設(shè)與我國(guó)實(shí)際相適應(yīng)的海綿城市。