海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

鄔艷

（中規(guī)院（北京）規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，北京 100044）

1 引言

在城市升級(jí)改造與現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中，排水系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，是確保城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。海綿城市理念作為新型理念與方法，在市政排水系統(tǒng)中的應(yīng)用能強(qiáng)化雨洪管理，提升城市的洪澇應(yīng)對(duì)與防控能力，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供支持。未來(lái)市政給排水設(shè)計(jì)中，海綿城市理念的應(yīng)用，能有效提升市政給排水系統(tǒng)的蓄水、排水、滲水與凈化等功能，滿足城市發(fā)展需求，為市民提供更加高效的服務(wù)。

2 海綿城市理念的應(yīng)用現(xiàn)狀

海綿城市理念的應(yīng)用，極大地緩解了城市發(fā)展中的弊病，并且被運(yùn)用在城市發(fā)展的多個(gè)領(lǐng)域，為城市發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)[1]。海綿城市理念的應(yīng)用現(xiàn)狀主要表現(xiàn)為：

1）在建筑中的應(yīng)用。海綿城市理念在建筑中得到了極大的應(yīng)用，并且集中在綠色節(jié)能、給排水系統(tǒng)中。在應(yīng)用時(shí)既要平衡地下空間與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，還要加強(qiáng)建筑綠化與雨水的收集。

2）在道路中的應(yīng)用。在道路建設(shè)中海綿城市理念的應(yīng)用主要體現(xiàn)為施工材料的選擇，如透水瀝青、PC 路面、網(wǎng)格磚等。設(shè)計(jì)透水路面，能有效提升滲水性，避免城市洪澇災(zāi)害的發(fā)生。

3）在城市景觀中的應(yīng)用。城市景觀的應(yīng)用中主要表現(xiàn)為下沉式綠地、人工生態(tài)景觀公園中，能起到良好的蓄水調(diào)節(jié)作用[2]。

3 市政給排水設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

3.1 排水設(shè)施不完善

城市發(fā)展離不開(kāi)科學(xué)合理的市政排水設(shè)計(jì)，但是由于很多城市的排水設(shè)計(jì)年代久遠(yuǎn)，并且由于設(shè)計(jì)理念、技術(shù)、規(guī)范、材料等方面的限制，原有排水系統(tǒng)不夠完善。比如，原有排水系統(tǒng)老化、覆蓋范圍小等問(wèn)題，難以支撐不斷擴(kuò)張的城市發(fā)展。在城市人口增加的過(guò)程中，道路不斷擴(kuò)張、建筑物增加，城市生活與工業(yè)污水排放量急劇增加，原有排水設(shè)計(jì)難以為城市發(fā)展服務(wù)[3]。

3.2 水資源利用率低

水是不可再生資源，但在城市人口不斷增加以及城市發(fā)展過(guò)程中，對(duì)水資源的需求與消耗也不斷增加。由于目前對(duì)水資源的利用率較低，造成水資源的大量浪費(fèi)。另外，城市土地硬化程度較高，地面滲水能力下降，無(wú)法及時(shí)排出地面積水，導(dǎo)致降水流入排水管成為死水。

3.3 缺乏先進(jìn)理念

市政給排水設(shè)計(jì)是改善城市運(yùn)行質(zhì)量，提升城市整體服務(wù)功能的重要手段，但是就目前實(shí)際情況來(lái)看，由于在市政給排水設(shè)計(jì)中，并未使用先進(jìn)理念與方法，如海綿城市理念，該排水設(shè)計(jì)系統(tǒng)缺乏科學(xué)性與合理性，無(wú)法與時(shí)俱進(jìn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)“綠色發(fā)展”要求及“雙碳”目的[4]。

4 海綿城市對(duì)市政給排水設(shè)計(jì)的啟示

海綿城市也叫作彈性城市，屬于城市雨洪管理范疇，能更好地應(yīng)對(duì)環(huán)境變化與雨水帶來(lái)的災(zāi)害。海綿城市的建設(shè)并非將之前的全部拆除重新再來(lái)，而是在海綿城市理念的借鑒下，綜合使用多種手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)降水的蓄存與釋放。城市海綿體有各類水系、綠地與花園、可滲水路面等，利用海綿體對(duì)城市內(nèi)澇壓力進(jìn)行有效緩解。海綿城市帶給市政給排水設(shè)計(jì)的啟示，絕不僅僅局限于如何做好規(guī)劃水，而是要統(tǒng)籌規(guī)劃，將海綿城市理念、方法、技術(shù)、材料、設(shè)計(jì)等元素融入給排水設(shè)計(jì)中，合理敷設(shè)管網(wǎng)、強(qiáng)化雨水存儲(chǔ)與釋放、使用滲水材料、雨污分流等措施的實(shí)施，能在城市形成一種海綿生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城市的綠色發(fā)展[5]。

5 海綿城市理念在市政給排水中的應(yīng)用

某市對(duì)高新區(qū)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)區(qū)域的道路進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)。路段呈南北走向，長(zhǎng)3 km，道路原狀機(jī)動(dòng)車道寬7.5 m，人行道寬3.5 m，綠化退線寬8～10 m。在本次給排水設(shè)計(jì)中，運(yùn)用海綿城市理念，不僅能實(shí)現(xiàn)雨水的有效收集，還能控制面源污染，強(qiáng)化排水防澇。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中需實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水年徑流總量的有效控制，確保控制率在70%以上。對(duì)雨水年徑流污水進(jìn)行有效控制，同時(shí)也要滿足排水防澇標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)為50 a 一遇暴雨。

5.1 合理設(shè)計(jì)人行道給排水

給排水設(shè)計(jì)中，人行道設(shè)計(jì)是十分重要的內(nèi)容，也是影響整個(gè)海綿城市給排水系統(tǒng)的關(guān)鍵。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)需結(jié)合原有系統(tǒng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，對(duì)排水系統(tǒng)布局予以優(yōu)化。在設(shè)計(jì)時(shí)，使用滲水性強(qiáng)的新材料，減少路面積水[6]。要選擇透水性與透氣性更好的新型材料，不斷提升雨水滲透效果，提升城市服務(wù)功能。

為提升人行道的透水能力，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，可以通過(guò)鋪設(shè)透水性硬化地面，對(duì)現(xiàn)有地面材料進(jìn)行優(yōu)化。在人行道鋪設(shè)透水磚，便于雨水下滲，有序補(bǔ)給地下水。透水磚具有較強(qiáng)的透水性，且十分環(huán)保，鋪設(shè)時(shí)，由上到下的結(jié)構(gòu)分別為聯(lián)鎖透水磚、中粗砂找平層、土工布、無(wú)砂透水混凝土、碎石，其中，聯(lián)鎖透水磚與中粗砂找平層的厚度分別為8 cm、3 cm；土工布的規(guī)格為400 g/m2；選擇C15 無(wú)砂透水混凝土，厚度為15 cm；級(jí)配碎石厚度為12 cm。透水鋪裝地面還能對(duì)污染物進(jìn)行有效防控，且效果顯著，能讓地表水達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 有效設(shè)計(jì)車行道給排水

市政給排水設(shè)中需科學(xué)規(guī)劃設(shè)計(jì)車行道，進(jìn)行車行道給排水設(shè)計(jì)時(shí)，與人行道有很多相似之處，但是由于車行道車流量較大，設(shè)計(jì)時(shí)需從車行道的特殊情況出發(fā)，合理設(shè)置排水系統(tǒng)密度，在保證路面安全性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，通過(guò)新型材料、防滑設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，確保海綿城市在車行道給排水設(shè)計(jì)中的作用[7]。

道路橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)，需堅(jiān)持海綿城市理念，在保證道路功能性的同時(shí)，適當(dāng)增加綠化帶，可以讓雨水快速匯集到綠化帶，減少車行道地表徑流，綠化帶的增加能提升道路的滲水、蓄水性能。車行道路面的選擇要以透水瀝青混凝土為主，這樣能讓車行道路面具有良好的透水與抗滑性能，還能具備較高的透水性[8]。進(jìn)行透水瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，可以選擇全透水式瀝青路面和半透水式瀝青路面。全透水瀝青路面，就是不用設(shè)置防水層，地表水能快速滲透到地下，與地下水匯集在一起。

另外，應(yīng)按照一定距離將急流槽設(shè)置于行車道外側(cè)，將雨水排入綠化帶內(nèi)的集水溝內(nèi)。

5.3 有效設(shè)計(jì)綠化帶給排水

市政給排水設(shè)計(jì)中，海綿城市理念的運(yùn)用重點(diǎn)是綠化帶，因此，要求設(shè)計(jì)者結(jié)合海綿城市的設(shè)計(jì)原則以及綠化帶的現(xiàn)有情況，使綠化帶設(shè)計(jì)不僅要滿足整體性能，還要具有超前性，能提升綠化帶在市政給排水設(shè)計(jì)中的作用[9]。

基于海綿城市的綠化帶設(shè)計(jì)，需遵循以下原則：發(fā)揮綠化帶的雨水收集功能，降低水資源的浪費(fèi)；強(qiáng)化各方面指標(biāo)的有效控制，提升綠化帶的海綿效應(yīng)；對(duì)雨水進(jìn)行凈化與過(guò)濾，提升雨水的利用率，發(fā)揮綠化帶對(duì)雨水的蓄水效果，防止城市內(nèi)澇的發(fā)生。

在設(shè)計(jì)時(shí)需加寬綠化帶，設(shè)計(jì)為下凹綠地，能對(duì)車行道及人行道的雨水進(jìn)行收集。在海綿城市理念下，本次設(shè)計(jì)采取的方法為生物滯留設(shè)施設(shè)計(jì)，對(duì)于地面徑流初期，污染物能在化學(xué)、物理與生物處理下，實(shí)現(xiàn)有效防控與處理。生物滯留設(shè)施結(jié)構(gòu)從上到下分別為雨水溢流井、種植土壤層、砂濾層、卵石層。要求種植土壤層、砂濾層及礫石層的最小滲透系數(shù)分別為1-5m/s、10-5m/s、100-5m/s，最小孔隙率分別為3%、3%、4%。

在景觀帶需種植綠植，可選擇種植錢(qián)根喬木，種植土壤層在本次設(shè)計(jì)中厚度需確定為120 cm。通過(guò)下凹式生物滯留設(shè)施的設(shè)計(jì)與運(yùn)用，能對(duì)相鄰車道與人行道的雨水進(jìn)行收集與處理。生物滯留設(shè)施植物不能長(zhǎng)時(shí)間被雨水浸泡，否則會(huì)影響綠植的健康生長(zhǎng)，所以，需要科學(xué)計(jì)算綠地的淹水時(shí)間，發(fā)揮綠化帶在雨水收集與處理中的作用。

5.4 合理設(shè)計(jì)附屬設(shè)施

傳統(tǒng)市政給排水設(shè)計(jì)中并未重視附屬設(shè)施的作用，但是在海綿城市理念下，市政給排水設(shè)計(jì)要從整體出發(fā)，強(qiáng)化給排水系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)性，確保在設(shè)計(jì)時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)[10]。下面對(duì)附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

5.4.1 路緣石豁口

在生態(tài)滯留溝中，生態(tài)滯留溝入流系統(tǒng)是主要組成部分，生態(tài)溝的凈化與使用效果都會(huì)受到其結(jié)構(gòu)影響。目前，較常使用的方法是在路緣石上預(yù)留豁口，采用式（1）對(duì)路緣石豁口進(jìn)行計(jì)算：

式中，L 為豁口長(zhǎng)度；Q 為設(shè)計(jì)徑流量；K0為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；S 為縱向坡度；n 為曼寧系數(shù)；i 為路面橫向坡度。

在本項(xiàng)目中需綜合考慮各個(gè)因素，對(duì)緣石豁口的開(kāi)口長(zhǎng)度進(jìn)行合理確定，最終確定路緣石豁口長(zhǎng)度為1.5 m，間隔距離為15 m。但受到道路坡度影響，在雨水收集時(shí)難度較大，所以雨水收集需采取環(huán)保雨水口收集的方式。花崗巖為路緣石材料，后背為C15 混凝土，確定設(shè)計(jì)規(guī)格為15 cm×80 cm×130 cm。同時(shí)也要對(duì)路緣石開(kāi)口尺寸合理設(shè)計(jì)，確保能有效收集雨水，其尺寸可確定為80 cm×7.5 cm。

5.4.2 溢流雨水口

溢流雨水口設(shè)計(jì)在海綿城市中十分重要，需將溢流雨水口合理設(shè)置于生物滯留設(shè)施中，間隔距離為20～30 m，當(dāng)海綿城市無(wú)法承受更多雨水時(shí)，可以在溢流設(shè)施的幫助下，有效排入市政管網(wǎng)。模塊混凝土為溢流雨水口的結(jié)構(gòu)，確定規(guī)格與最大過(guò)流流量分別為680 mm×1 300 mm、30 L/s。

5.4.3 沉泥槽與擋水堰

沉泥槽將沉泥槽設(shè)置在路緣石后側(cè)，沉泥槽規(guī)格為8 cm×20cm×12.5cm；鋼筋混凝土為沉泥槽的底座，其規(guī)格確定為130cm×30cm×20cm。

擋水堰卵石是擋水堰的主要材料，通過(guò)堆砌而成，設(shè)計(jì)的頂寬、底寬、高度分別為20 cm、40 cm 與20 cm，墊層為50 cm細(xì)石混凝土。在雨水溢流口下游設(shè)置擋水堰。

6 結(jié)語(yǔ)

海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是時(shí)代發(fā)展的必然要求，尤其是在城市人口快速增長(zhǎng)背景下，做好給排水設(shè)計(jì)尤為重要。基于海綿城市理念，在市政給排水設(shè)計(jì)時(shí)需做好各個(gè)方面的細(xì)節(jié)，優(yōu)化人行道、車行道、綠化帶及附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌優(yōu)化給排水系統(tǒng)，有效緩解城市內(nèi)澇，讓城市真正成為海綿城市。在設(shè)計(jì)時(shí)，需結(jié)合原有給排水與地貌地質(zhì)等情況，綜合運(yùn)用海綿城市理念，嚴(yán)格控制材料、結(jié)構(gòu)等細(xì)節(jié)，確保給排水系統(tǒng)的可靠性與合理性，能為市民提供良好的城市環(huán)境。