基于海綿城市建設理念的市政給排水建設研究

胡勝

（中國市政工程西北設計研究院有限深圳分公司，廣東深圳 518048）

1 引言

城市的洪澇災害來源是多種多樣的，一些城市臨江濱海或者依山傍水，常年自然降雨量較大，一些城市地處低洼盆地，容易遭受洪澇威脅。與農村地區相比，城市由于資產與人口都相對比較集中，所以遭受洪澇災害受到的損失自然也要大得多。因此，為了給城市居民創造更加安全舒適的生活工作場所，深入探究海綿城市理念下的市政給排水建設問題是非常必要的。

2 海綿城市理念的定義與功能

海綿城市是新一代的城市雨洪管理概念，它是一種以城市水資源管理的策略方法為研究對象的城市建設理論。與傳統雨洪防治措施中單一的“疏、堵、排”方法不同，海綿城市意在通過改善城市滲水蓄水能力，使城市能夠成為像“海綿”那樣實現水資源的彈性調度。當城市面臨大水量降雨時，由低影響的雨洪開發系統來將這些雨水凈化處理并集中積蓄起來。等到城市旱季需水時，再將雨水收集裝置中的水進行充分釋放利用，例如，用于城市街道清掃、工業生產、城市綠地灌溉以及其他用途等。這種城市水資源管理策略本質上就是對城市水資源進行“移峰填谷”，一方面它可以減輕城市地下給排水管網與周邊江河水體的流量壓力，減少城市內洪內澇受災程度；另一方面還可以一定程度上緩解我國部分水資源匱乏城市的生活需水問題。

然而這種水資源管理策略并不是單純地依靠地下管線溝渠這一種給排水設施來實現的，它需要市政給排水系統建設真正從城市生態服務功能方面考量，結合當前階段的建筑工程技術、道路工程技術、管網工程技術以及環保植被技術等多個專業方向，共同構建一個跨尺度的水生態循環系統。而海綿城市理念下市政給排水設施材料的應用，除了增加城市的滲透能力抵御城市內洪內澇災害以外，還兼具吸音降噪功能，并有效緩解城市的“熱島”效應，這便是海綿城市建設的主要核心內容。

3 海綿城市理論下市政給排水設施建設策略

某市于2016年被正式列為海綿城市建設試點城市，為了進一步響應“中央城鎮化工作會議”要求指示，規劃通過海綿城市建設達到如下目標要求：一是最大限度控制城市建設對生態環境的影響；二是針對市政給排水設施建設方面，結合棚戶區、老舊小區的內澇、黑臭水體的治理工作，應用“雨污分流”的水資源管理策略，至少要實現70%降雨流量的就地消納利用；三是推廣應用滲透性道路鋪裝以及海綿型公園綠地，城市建成面積20%以上需要達到修復城市水資源生態以及涵養水源的要求；四是加大力度治理城市坑塘、周邊自然水體、人工河湖以及濕地的生態破壞問題，恢復城市水體的微水循環調節能力。在上述目標要求下，市政給排水設施的建設要點共分為如下幾個方面。

3.1 城市給排水地下管網系統建設要點

城市給排水管網系統是指用于市政城市服務的地下管線，這些管線通常是以埋入地下或溝槽的方式來組成完整的給排水系統的，其中排水管線多是依靠重力流程系統組成。海綿城市理論下，城市給排水地下管網系統功能應當細分為如下幾類。

3.1.1 給水系統及飲用水系統

主要是指城市生活飲用水以及工業用水的輸水管線，為了避免給水管線遭受破壞影響城市供水，需要使用HDPE、球磨鋼管等帶有保護性外覆層的材料掩埋系統。同時，管線埋入點上方1 200 mm處回填壓實土體至少達到95%的強度標準，使管網結構免受地面負荷的壓力破壞[1]。

3.1.2 消防水系統

為了滿足城市消防監控分區的管理要求，地下消防水系需要建設為一個完整的閉環系統，由分布在城市各處的消防栓作為網絡節點，實現防火保護功能。消防水系統的管線與地下蓄水箱連接，并使用泵組來維持其工作壓力水平不低于預定條件。

3.1.3 封閉式生活排污下水道

表1為該市某老舊城區污水管道改造的工程量清單。在海綿城市建設策略下，排污系統采用PID設計，以獨立子系統運行的方式與其他給排水子系統分隔獨立，通過地上的排污點以及廢水收集設施直接將城市污水送入與地下排污管網相連的密閉漏斗結構中，最終通向廢水地下井。海綿城市理念下的污水處理單元，將不再處理地面匯聚的雨水徑流，而是單獨設置受污染雨水系統來凈化地表降水[2]。

表1 污水管道改造工程量清單（局部）

具體參數設計需要用式（1）來進行計算：

式中，Q1為污水管網的設計流量，m3/h；N1為城市管網排水節點數量；K為污水量的變化系數；M1表示為污水定額，L/（人·h）；t為污水排水時間，h。

3.1.4 污水處理單元

在該海綿城市項目建設方案中，規劃對原有城市污水處理廠進行改擴建，從而提高城市污水凈化處理能力，其中某一處污水處理廠改擴建工程明細如表2所示。

表2 某一處污水處理廠改擴建工程明細

以城市污水處理廠為單元核心，從城市工廠以及非工廠建筑物中收集城市污水，經過除酸、除苛性堿、除碳氫化合物、除COD等降害化處理，使污水水質達標后方可進行排放[3]。污水處理單元的設計流量可以用式（2）進行計算：

式中，Q2為污水處理單元的設計流量，m3/h；M2為污水定額，參照地區用水定額進行計算；N2為服務總量，采用人口密度×服務面積來計算。

3.1.5 受污染雨水管道系統

海綿城市建設中，該市于某地段對原有的地下管線設施進行了改造建設，獨立設置了受污染雨水管道系統，具體施工內容如表3所示。

表3 某市“雨污分流”地下排水管道改造工程明細（局部）

通過地表的雨水井以及排水溝渠來收集地表徑流，在其排入未污染的自然水體系統前，對其進行凈化處理后通入地下蓄水箱儲存，當城市雨水積存量達到上限時，再將溢出部分的水量排向城市周邊的自然水體中，以增加城市給排水系統的蓄水調節能力。

3.2 透水鋪裝地塊改造

除了地下管網的雨污分流治理改造工程以外，另一方面還要做好城市透水鋪裝的地塊改造。傳統市政道路設計方案中，由于路面層滲水透水能力不強，在城市雨季來臨時，經常會出現嚴重的內洪內澇問題。所以在海綿城市建設理論下，需要在該地將已到達或接近使用年限的道路進行透水改造，使用的透水鋪裝材料改造的路面結構如圖1所示。根據路基荷載性能以及周邊環境，在路面中層或下層使用高密實度的混凝土墊層來隔離地表水，避免影響路基強度，同時在路面上層使用透水鋪裝的瀝青混凝土板，并適當調整路面坡度使其與道路排水結構連接為一個完整的滲透系統。這樣當城市降雨時，地表徑流就會由路面向路面中層滲透，經過路面層排水溝渠流入地下，即使降雨量較大，超過了地下蓄水容積，也可以通過盲溝排入路邊綠化帶。除此以外，對市政道路兩旁的花崗巖汀步道、停車場以及運動場等周邊設施，也要采用透水鋪裝材料來改造路面，以增強城市路面滲透蓄水能力。

圖1 透水鋪裝路面結構示意圖

透水鋪裝的地塊改造是以城市地表徑流總量以及徑流污染為控制目標的，所以為了貫徹落實城市“低影響開發”的方案理念，需要在使用透水鋪裝材料前，采用式（3）對路面的調蓄容積進行計算，這樣才能進一步確定路面的設計參數。

式中，V為道路鋪裝的設計調蓄容積，m3；h為地區降雨量，mm；F為鋪裝的匯水面積，hm2；ψ為鋪裝材料的雨量徑流系數，與下墊層的材料材質特性以及幾何結構有關。

4 結語

綜上所述，海綿城市理念在市政給排水設施系統中的具體應用，可提高城市滲透能力，可以增強城市“地表-地下”水體的循環調蓄能力，避免城市內洪內澇災害的同時，還通過雨水回收再利用緩解了城市用水危機問題。因此，需要在城市給排水設施建設過程中，結合城市給排水系統的運營現狀，應用現代化的技術理念，在綠色環保理念、科技、社會、環境、人文等多個智慧城市要素條件下，不斷完善城市水資源管理策略，提高城市給排水系統的建設水平。