海綿城市理念在民用建筑給排水設(shè)計(jì)中的滲透思考

王濤

（中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢430071）

1 引言

在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的背景下，人口過于集中、水資源的短缺等情況的出現(xiàn)都在一定程度上限制了城市的后期發(fā)展。因此，在當(dāng)前節(jié)約型城市的建設(shè)過程中，為進(jìn)一步提升水資源的利用率，將海綿城市理念融入民用建筑給排水設(shè)計(jì)中成為一項(xiàng)極為必要的工作。

2 海綿城市的產(chǎn)生背景

2.1 水資源相對(duì)短缺

盡管在地球上有超過70%的水資源覆蓋著地球表面，但其中僅有3%的水資源是淡水，并且這些淡水資源中難以利用的冰川淡水超過了78%，這種情況的出現(xiàn)使人們能夠利用的淡水資源極為有限。同時(shí)，我國(guó)的水資源總量?jī)H為2.8 ×108m3，位居世界第6，但人均淡水資源占有量為2 240m3，僅為世界人均淡水資源占有量的1/4。而且在我國(guó)，降水存在時(shí)空分布不均、降水季節(jié)過于集中，極易出現(xiàn)春旱夏澇的問題，使提升水資源的利用率成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)工作的重要內(nèi)容之一。海綿城市指的是通過合理設(shè)計(jì)、規(guī)劃排水工程的方式，形成類似于海綿結(jié)構(gòu)的可以對(duì)水資源進(jìn)行吸收再利用的城市排水設(shè)施，在實(shí)際應(yīng)用過程中，海綿城市能夠在降雨、降雪過多的情況下，對(duì)水資源進(jìn)行吸收與儲(chǔ)存，并且在城市水資源短缺的情況下，將收集到的水資源應(yīng)用于城市植被澆灌、道路凈化等工作當(dāng)中，切實(shí)解決城市水資源匱乏的問題。圖1為海綿城市水資源綜合利用情況示意圖。

圖1 海綿城市水資源綜合利用示意圖

2.2 水污染問題嚴(yán)重

對(duì)我國(guó)水資源實(shí)際利用情況進(jìn)行調(diào)查分析后可以發(fā)現(xiàn)，一方面我國(guó)水資源相對(duì)短缺；另一方面受污染問題的影響，我國(guó)的淡水生態(tài)體系出現(xiàn)了嚴(yán)重的退化，水體自凈能力下降，這種情況的出現(xiàn)不僅對(duì)人們的正常用水安全造成了威脅，還對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水安全造成了極為不利的影響。具體來(lái)說(shuō)，歐美國(guó)家農(nóng)業(yè)灌溉用水指數(shù)為0.7 ，我國(guó)的農(nóng)業(yè)灌溉用水利用平均系數(shù)僅為0.45 ；美國(guó)工業(yè)萬(wàn)元產(chǎn)量用水量為8m3，我國(guó)萬(wàn)元產(chǎn)值用水量為103m3，嚴(yán)重限制了我國(guó)工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。此外，在工業(yè)用水的重復(fù)利用率方面，我國(guó)的重復(fù)利用率為55%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的75%～85%，這種情況的出現(xiàn)不僅加劇了水資源的浪費(fèi)，還對(duì)我國(guó)用水安全造成了極為不利的影響?，F(xiàn)階段，為解決這一問題，相關(guān)工作人員可以在明確海綿城市理念的基礎(chǔ)上，利用低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)雨水流徑控制的同時(shí)，通過雨水在生態(tài)自然環(huán)境中的滲透、植被吸收等作用，減緩城市污染問題的影響[1]。

2.3 熱島效應(yīng)極明顯

在城市化建設(shè)過程中，城市內(nèi)綠化面積較少，道路主要由比熱較小的混凝土或?yàn)r青鋪設(shè)，若在城市內(nèi)風(fēng)速小于6m/s的情況下，土壤中的熱量無(wú)法有效散發(fā)到自然環(huán)境中，導(dǎo)致城市內(nèi)出現(xiàn)較為明顯的熱島效應(yīng)。由于水的比熱容相對(duì)較大，現(xiàn)階段，為切實(shí)解決這一問題，利用海綿城市理念將存儲(chǔ)的水資源在路面進(jìn)行水的循環(huán)利用，不僅可以降低路面溫度，還能緩解城市內(nèi)的熱島效應(yīng)，為人們營(yíng)造更為舒適的生活環(huán)境。

3 海綿城市建設(shè)的原則

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展過程中，將海綿城市理念應(yīng)用于城市建設(shè)中具備極高的經(jīng)濟(jì)意義與生態(tài)意義?，F(xiàn)階段，為保證海綿城市建設(shè)理念更好地滿足民用建筑給排水設(shè)計(jì)的需求，相關(guān)工作人員需要在設(shè)計(jì)過程中遵循規(guī)劃引領(lǐng)、生態(tài)優(yōu)先、安全為重與因地制宜的基本原則。

4 海綿城市理念在民用建筑給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

民用建筑的給排水設(shè)計(jì)是城市用地過程中不可忽視的關(guān)鍵部分之一?，F(xiàn)階段，為盡可能降低城市建筑建設(shè)對(duì)城市環(huán)境造成的不利影響，相關(guān)工作人員可以在進(jìn)行民用建筑給排水設(shè)計(jì)的過程中融入海綿城市理念，合理應(yīng)用滲透、輸送、凈化等技術(shù)，在保證人們用水安全的同時(shí)，進(jìn)一步提升水資源的利用率。

4.1 滲透技術(shù)的應(yīng)用

4.1.1 透水鋪裝

4.1.2 下沉式綠地

圖2 透水路面鋪設(shè)情況示意圖

在應(yīng)用滲透技術(shù)的過程中，透水鋪裝技術(shù)主要是借助石塊、混凝土等材料存在的縫隙完成雨水到地下水的轉(zhuǎn)移，而下沉式綠地主要是借助土壤與植物根系減少雨水徑流的外排。在應(yīng)用下沉式綠地技術(shù)的過程中，相關(guān)工作人員可以利用土壤的滲透性對(duì)水在土壤中的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析。如圖3所示，一般情況下，水在土壤中的滲透情況可以分成3個(gè)階段：第1階段是水在分子力的作用下對(duì)土壤的浸潤(rùn)；第2階段是在毛細(xì)管力作用下，水在土壤中的滲漏；第3階段是在重力的作用下，水在土壤中的滲透。

圖3 水在土壤中的滲透

一般情況下，若土壤中的水分未飽和，那么在不考慮氣體壓力的情況下，水的總勢(shì)能是由重力勢(shì)與基質(zhì)勢(shì)共同構(gòu)成的，計(jì)算公式為φ=φm+z（其中，φ為下滲容量；φm為基質(zhì)勢(shì)；z為重力勢(shì)）。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，存在草皮的土壤滲透率會(huì)比同樣條件下不存在草皮的裸露土壤大約20%，并且若在草坪上栽種某些灌木，那么這種草坪的滲透系數(shù)會(huì)比單純草坪的滲透系數(shù)大約15%，土壤的滲透速率更是可以達(dá)到10-5m/s?，F(xiàn)階段下沉式綠地主要可以分成狹義式綠地與廣義式綠地2種。其中，狹義式綠地主要指的是低于道路周邊或者地面約200 mm的綠地，一般被鋪設(shè)在道路中央或者兩側(cè)；而廣義式綠地主要指的是具備一定容積的可以滯留、凈化徑流雨水的綠地。在一定程度上，廣義的下沉式綠地可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的排水管道，對(duì)徑流雨水進(jìn)行匯集、凈化，同時(shí)，收集到的雨水還可以降低城市的塵噪、調(diào)節(jié)氣候。現(xiàn)階段，在將海綿城市理念融入民用建筑給排水設(shè)計(jì)過程中，廣義下沉式綠地在給排水設(shè)計(jì)中較為常見，并且取得了較為良好的設(shè)計(jì)效果[2]。

4.1.3 屋面綠化

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，城市屋面面積約占城市硬質(zhì)表面的30%，在民用建筑中，屋面是雨水匯集的主要場(chǎng)所之一，更是雨水徑流的主要場(chǎng)所?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行民用建筑給排水設(shè)計(jì)過程中，相關(guān)工作人員可以通過對(duì)屋面進(jìn)行硫化處理的方式，在保留總量超過60%的屋面雨水徑流，降低夏日降雨徑流對(duì)城市排水系統(tǒng)影響的同時(shí)，凈化城市空氣、調(diào)節(jié)屋頂溫度、對(duì)城市熱島效應(yīng)進(jìn)行緩解。

4.2 輸送技術(shù)的應(yīng)用

4.2.1 植草溝

在民用建筑給排水設(shè)計(jì)中，植草溝的設(shè)置可以使綠化帶內(nèi)的雨水匯集到花園內(nèi)進(jìn)行積蓄，在補(bǔ)充花園地下水的同時(shí)，為后續(xù)植被的生長(zhǎng)提供水資源。一般情況下，植草溝可以被設(shè)置在綠化帶內(nèi)，深度約為30 cm。

4.2.2 生態(tài)濾溝

生態(tài)濾溝一般被設(shè)置在小區(qū)主干道兩側(cè)，主要包括傳輸區(qū)與生物滯留區(qū)2部分，可以對(duì)雨水進(jìn)行凈化消納。在布置生態(tài)濾溝的過程中，其結(jié)構(gòu)從上到下主要為礫石層、填料層、種植土層與蓄水層，并且在一些徑流系數(shù)較大的區(qū)域，為避免生態(tài)濾溝床底出現(xiàn)嚴(yán)重的侵蝕問題，相關(guān)工作人員可以在礫石層底部放置石塊或者鵝卵石。同時(shí)，為保證布水均勻，還可以在生態(tài)濾溝的內(nèi)部設(shè)置擋水土埂，在代替雨水排水管道的同時(shí)，對(duì)雨水中攜帶的雜物進(jìn)行一定的攔截。

4.3 凈化技術(shù)的應(yīng)用

在民用建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，凈化技術(shù)的應(yīng)用可以對(duì)城市內(nèi)較大范圍內(nèi)的雨水徑流加以調(diào)蓄、凈化，實(shí)現(xiàn)土地資源多功能利用。一般情況下，凈化技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)所包括滲透塘或者濕地。其實(shí)現(xiàn)雨水凈化的方式是利用生態(tài)系統(tǒng)中的基質(zhì)、水中的生物與微生物對(duì)水體通過生物、物理與化學(xué)處理的方式，實(shí)現(xiàn)污染物的凈化，在當(dāng)前城市民用建筑給排水系統(tǒng)中，應(yīng)用這一技術(shù)，不僅可以從源頭上減少城市污染，還能進(jìn)一步提升水資源的利用率[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，為使海綿城市理念的價(jià)值更好地得到體現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行民用建筑給排水設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)在充分認(rèn)識(shí)到海綿城市理念在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中重要性的基礎(chǔ)上，深入挖掘當(dāng)前給排水設(shè)計(jì)中存在的問題，并利用海綿城市理念對(duì)其進(jìn)行彌補(bǔ)，以便達(dá)到進(jìn)一步提升水資源綜合利用率的目的。