市政排水設計中海綿城市理念的滲透

胡濤濤 中交城鄉建設規劃設計研究院有限公司工程師

李玲麗 中交城鄉建設規劃設計研究院有限公司工程師

隨著現代化城市的發展，資源枯竭危機以及可持續發展已經成為人們共同關注的話題。由于人們賴以生存與發展的很多資源都不可再生，為了更加充分地利用資源，促進人類的可持續發展，需要積極尋求更多的資源利用方法。海綿城市理論能夠在較好利用水資源的基礎上促進城市發展，將雨水通過城市的管道工程收集起來，凈化后用于周邊的農田灌溉和建筑施工等，最終實現水資源的良性循環。

水循環在生態文明城市的發展過程中起到了關鍵作用，生物的生長發育均離不開水資源的支持，并且水也是植物光合作用不可缺少的成分之一。同時，水循環為維持生態系統穩定提供了巨大的支持。但是隨著市政道路的建設推進，城市中可滲透雨水的土地面積越來越少，降雨后的積水排放問題成為影響自然水循環的重要因素之一。部分城市在強降雨后會出現雨水長期停留地表的情況，更甚者會引發城市洪澇災害。將海綿城市理論和給排水設計工作有機結合后，不僅可以為城市儲存更加豐沛的水資源，促進水循環的順利展開，同時可以促進城市的生態發展，降低洪澇災害發生的風險[1]。

1 海綿城市理念在市政排水設計中的應用意義

1.1 提升雨水資源利用率

生物的生存以及人類的生產生活都和水資源有緊密的聯系，特別是在城市人口日益密集的前提下。而我國淡水資源的人均占有量居世界落后地位，僅依靠江河湖泊以及城市周邊的水資源無法滿足城市現代化發展需要。由于多數城市會有降雨降雪，若能積極利用自然降雨并收集起來，可以緩解城市用水緊張的問題。將雨水資源通過管道等排水設施集中起來，在完成初步的過濾和消毒后用于城市的綠化或生活用水等，以達到水資源的循環利用[2]。

但是在雨水收集的過程中存在一定的問題，現代化城市中多數為水泥瀝青道路和集中的建筑，可滲透的泥土層較少，自然滲透的能力很差，雨水無法通過道路滲入地下。很多雨水未被利用的原因就在于積水停留在土地表面后，經過自然蒸騰作用被帶走，或者進入城市的污水系統后無法循環使用。海綿城市理論的出現為水資源的循環利用提供了更多的支持，不僅可以實現雨水的循環利用，還可以降低供飲用的水資源被用于城市運營的概率。

基于海綿城市理論的給排水工程，是將城市的現有建筑和道路進行分析與規劃，然后再按城市的水文條件以及人口密度分布進行后續的城市公共設施規劃[3]。這些公共設施中主要包括給排水工程相關的市政道路工程、給排水工程以及綠化工程等。除此之外，為了更好地保障雨水收集工作，需要精心設計道路和周邊雨水收集系統的參數，從而為改善城市水循環以及提高行車安全性提供支持。

1.2 改善城市生態環境

我國在未引入海綿城市理論之前存在排水系統堵塞、城市干旱缺水的情況，一方面嚴重影響了人民的日常出行，另一方面對于城市的正常運行非常不利。海綿城市理論會在改善城市給排水系統的同時優化環境，為創造更加和諧、文明的城市發揮了一定的功效。

首先，海綿城市理論非常重視可持續發展和綠色發展，會通過雨水的處理來保障城市的水資源供給。其次，海綿城市理論尊重自然發展的規律，通過分析城市自然環境和水文條件，在較小范圍改變現有環境的基礎上實現水資源的循環。再次，海綿城市理論可以在現有城市建設和給排水系統建設的前提下合理布局，這樣不僅可以達到改善城市水循環的目的，而且可以減少資源和經濟成本的浪費。最后，海綿城市理論和我國號召的可持續發展理論與綠色發展非常適宜，使城市在良性發展的前提下實現對自然的保護[4]。

1.3 改善初期雨水污染問題

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。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、煤渣以及陶粒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，能夠有效降低雨水的滲透速度，提高污染物的降解能力。

1.4 有效防止洪澇災害

海綿城市的建設能夠有效減少洪澇災害，緩解城市污水排放緊張的問題。當降雨量超過可容最大值時，海綿城市的超標雨水徑流系統會工作，將多余的水量通過相應的措施排出，避免災害的發生的情況。

雨水堆積對城市而言有一定的傷害，這是因為其中的成分存在一定的腐蝕性。當雨水過多產生堆積現象時，會對地面、建筑物或市政設施產生負面影響，增加市政設施維修的工作量，而如果雨水能夠通過滲透等方式被及時排出，則能夠降低設施被腐蝕的概率。

2 海綿城市建設概述

2.1 海綿城市的定義

海綿城市主要面對的是洪澇災害發生較為頻繁的城市，其建設可以更好地應對洪澇災害和環境變化。海綿城市理念的提出改變了傳統城市的建設模式。傳統模式是通過管道的方式排出雨水，而海綿城市在建設中更多使用滲水磚、下沉式綠地等環保措施來進行積水的排出，從源頭將雨水分散，然后緩慢地進行釋放，既有效收集了雨水，又能避免洪澇災害[5]。

設計人員在建設海綿城市的雨水系統時主要以滲透、收集、凈化、使用以及排放等技術手段實現對雨水的控制，保證城市的海綿功能。“海綿體”是建設海綿城市的要素，首先是指江、河、湖等自然水系，其次是建設綠地、花園、可滲透路面等城市配套設施，達到水資源循環利用的目的，從而為緩解城市用水緊張提供支持。

2.2 海綿城市的雨水系統

海綿城市的雨水系統主要分為3 大類，分別是低影響開發雨水系統、城市雨水管渠系統以及超標雨水徑流排放系統。它們之間相互協作，共同保證城市免受雨水侵害。

城市雨水管渠系統的主要作用是收集和輸送雨水，防止雨水堆積影響人們的正常生活與生產。一般設計在地勢較低或便于接入雨水的位置，有利于雨水的收集，減少街道設施受雨水的損壞程度，減輕市政工作人員的工作強度。超標雨水徑流排放系統主要是應對降雨量超過雨水管渠系統的雨水徑流，可以采取一定的措施，3 大系統相互獨立，各自發揮作用，為海綿城市的建設作出一定的貢獻。

3 市政排水設計工作主要內容

在設計排水系統前應做好前期工作，設計人員需在詳細了解城市水文、地質等資料的前提下進行基本的設計工作，若有必要或對資料存在疑問時，可實際調查后再進行給排水系統的設計工作[6]。

城市的散水和污水排放設計應當綜合考慮后進行設計，因為這兩個方面具有緊密聯系。另外，應當嚴格按污水排放標準和散水標準進行設計，相關管材等材料的使用應嚴格按標準確定，并積極在給排水系統建設階段引進更多的先進積水，為提高排水系統的使用壽命提供支持。

4 海綿城市概念在排水設計工作中的應用

4.1 人行道設計

過去，我國在排水設計中不夠成熟，所以很多城市排水系統能力較差。首先，道路在長期使用下不夠平坦，強降雨期間非常容易產生大水坑，影響出行質量。其次，下水道口處的水流量較大且匯聚來的水流往往會帶來很多垃圾，若不及時清理非常容易引起排水口堵塞，道路積水難以迅速排凈。最后，部分下水井設置不合理，當城市處于強降雨期時，雨水難以快速排放到路面之外，若行人對道路不夠熟悉容易引發危險，會發生道路被雨水覆蓋看不清而滑入雨水井的情況[7]。因此，改變城市的排水系統，將海綿城市理論融入其中成為城市道路建設和給排水系統優化的關鍵。

海綿城市理念應用于人行道建設的重點有兩點：一是道路設計，二是材料選擇。雨水中可能存在各種化學物質，若城市為煤炭城市，大氣中可能含有大量的SO2，當雨水和空氣的成分反應后可能具有較強的腐蝕性，長期腐蝕下可能導致道路不平的現象。為了更好地收集雨水并減輕腐蝕，應當保障人行道路具有一定的傾斜度，從而保障雨水借助重力作用快速流入雨水收集口。與此同時，為了更好地利用雨水，在排水系統中加入凈化裝置非常有必要，而處理后的雨水可以用于城市建設的多個方面。此外，為了保證雨水的滲透率，需要選擇透水性較強的材料。這樣不僅可以保證雨水的滲透效率，還可以減少積水留存的可能，同時這些透水材料不會和水發生化學或物理反應，所以也不會產生性狀改變，因此減少了道路不平的情況。

4.2 機動車道路設計

我國多數城市的機動車行駛道路會采用不透水材料，降雨后會出現積水的情況，這不僅影響了車輛正常經過，還會進一步引發熱島效應。而將海綿城市理論應用于機動車道路設計中不僅可以改善熱島效應，還會提高行車質量。與以往的機動車行駛道路相比，引入海綿城市理論后設計中會利用透水性較強的材料作為路面施工材料，并且會應用更加先進的道路鋪設技術，所以無論是路面積水程度還是城市水循環上均會得到優化[8]。具體設計為路面采用滲水型瀝青混凝土材料，中下層為不透水高強度材料，這樣不僅可以減少積水對路面的影響，還可以避免雨水滲透造成道路基礎強度降低。在降雨期間，雨水會通過傾斜坡度匯入旁邊的排水裝置中。車行道設計如圖1 所示。

圖1 車行道設計

4.3 綠化帶設計

綠化帶除了具有生態作用外還可以過濾雨水中的雜質。為了更好地發揮綠化帶的作用，設計時可以在綠化帶種植土的下方鋪設過濾砂石，綠化植物旁邊放入溢流管[9]。另外，綠化帶可有效降低雨水的排放速度，某工程綠化帶的具體設計如圖2 所示。

圖2 綠化帶設計

4.4 與城市綠地的銜接

海綿城市理論為建設生態化城市提供了支持，因此在城市給排水工程設計階段，設計人員應當重視城市綠地的作用，在促進城市生態文明發展的同時優化市政給排水系統。城市綠地一般有植草溝、下沉式綠地等，根據城市的地貌選擇不同的銜接方式。

城市發展過程中可以通過建設人工水池來提高城市透水率。一方面可以改善城市環境，為城市的生態發展提供支持，另一方面為雨水的收集和利用提供便利。例如，在住宅小區的景觀設計中加入池塘作為蓄水池，收集降落的雨水。為了提高城市土地利用率，可以將雨水利用裝置布置在地下。而城市的廣場、室外停車場等地面可以采用透水性更好的鋪裝，如嵌草磚等，這樣有利于雨水的快速滲透，還可以緩解雨水徑流過高造成的積水問題。

5 結語

海綿城市理論和現代化城市發展非常契合，有利于城市基建事業的發展。在市政給排水設計工作中融入海綿城市理念不僅有利于建設生態文明城市，而且能提高水資源利用率，緩解城市用水緊張。

因此，設計人員應當在充分研究海綿城市理論的基礎上結合城市現有的水文、地理條件進行設計，從而在優化城市環境的同時減少降雨量過大以及洪澇災害的影響，最終為城市發展和國家公共基礎事業的發展貢獻更多力量。