海綿城市理念在市政給排水設計中的運用分析

許亮芳

（中天設計集團有限公司，吉林 長春 130012）

城市的快速發展，對城市自然生態排水系統造成了一定影響，當前出現了雨水污染、雨水徑流設置不合理等問題，不僅降低了雨水利用率，而且對部分水資源造成了污染，導致本就水資源短缺的城市生活用水變得更加緊張[1]。近年來，我國加大了給排水設計重視，以市政給排水設計作為首要改造對象，嘗試運用海綿城市理念進行改進[2]。目前，尚未給出可行性較高的設計方案，本文通過挖掘海綿城市建設理念深層含義，提出理念應用研究。

1 海綿城市理念

海綿城市理念將城市比作一塊海綿，能夠在自然環境變化期間，快速適應環境，合理設置排水系統，下雨期間滲水、蓄水，干旱時節，調用此部分水資源，解決城市水資源短缺問題[3]。在保證城市防澇前提下，盡可能地蓄水，提高雨水資源利用率，為人們生活提供保障的同時，提高給排水協調管理能力。

我國人口較多，對水資源的需求量較大，而我國水資源分布不均勻，部分地區水資源嚴重短缺，依靠南水北調滿足基本生活需求[4]。海綿城市建設理念的提出，打破了傳統水資源管理模式，以雨水資源作為管理對象，打造新的水資源管理體系[5]。本文以市政給排水設計為例，提出海綿城市理念在設計方案中的應用研究。

2 海綿城市理念在市政給排水設計中的應用

2.1 市政排水設計

排澇是海綿城市建設的前提條件，本文以某市政道路排水為例，根據道路工程特點，對雨水排放和蓄水等功能進行設計，深入探究海綿城市理念在市政排水設計中的應用方法。

2.1.1 總體排水設計

本工程是一條市政道路，作為城鄉一體化建設的示范道路，對路段設計要求較高。除了保證雨季路面沒有積水以外，還需要修建蓄水池，并在道路旁需要種植生物綠帶，預留雨水溢流口。該設計方案需要遵循以下原則：

2.1.1.1 本著低影響開發理念，設計雨水自然積存和滲透設施，采用可持續循環利用管理原則，設計雨水資源管理方案，通過修建水生物系統，改善大自然修復能力，解決城市水資源不足問題[6]。

2.1.1.2 嚴格按照“因地制宜”的修建原則，根據工程所在地區條件，通過查閱地區氣象資料，分析降雨規律，以保護水環境為前提條件，設計水生物系統開發目標。

通過查閱大量文獻資料，掌握控制水量計算方法、生物滯留帶積水深度計算方法、擋水坎間距計算方法，作為總體方案設計數據支撐。綜合考慮本工程各項指標參數數據，設計如圖1 所示為市政道路總體排水方案。

圖1 市政道路總體排水設計方案

圖1 中，按照市政道路功能不同，將道路拆分為多個版塊，包括生物滯留綠帶、輔道、快速路、中央分離帶、人行道5 大版塊，根據道路建設需求，穿插布設，從而滿足市政道路行駛基本功能。

另外，根據海綿城市建設理念，為雨水資源的合理利用進行了設計。下雨時，雨水從車行道流入生物滯留綠帶，部分區域具有一定凈化、滯蓄作用，雨水經過綠帶的初次凈化，下滲至排水控制區域，根據該道路蓄水池當前蓄水情況，決定是否繼續蓄水。當蓄水池中的水超出了上限值時，雨水將自動引入溢流口，而后進入雨水排水管道。與綠帶相比，人行道雨水從人行道滲透到地下，經過地下自我消納，減少了雨水量，對于超出標準的部分引入溢流口，而后進入雨水排水管道。當雨水量較大時，為了避免雨水溢流口未能及時處理，導致路面出現長時間積水問題，本設計還在排水結構中添加了擋水坎。此部分設計作為一種蓄水設施，對雨水資源利用率的提升幫助較大，根據生物滯留帶布設情況，合理布局。

2.1.2 生物滯留帶設計

按照功能不同，可以將生物滯帶拆分為三部分，除了立交橋下的綠帶以外，還包括機動車非機動車分隔綠帶、人行道綠帶。本市政道路工程主要涉及機動車非機動車分隔綠帶、人行道綠帶兩部分生物滯留帶，主要用于處理遭受路面污染后的雨水，沿著收水側流入到凹結構的綠帶。為了起到雨水凈化作用，此處添加了卵石過濾帶。當雨水流入此處，攜帶的泥沙和大量的漂浮物都會被濾除，干凈的雨水將被土壤和植被吸收，下滲至積水層。根據當前蓄水池儲水情況，判斷是否可以繼續儲水，如果達到上限，那么這部分雨水就會通過溢流口排放出去。本設計方案滯留帶的最低高度為15cm，根據道路布設情況，控制滯留帶最高為20cm。另外，控制下凹部分的深度保持在一定范圍之內，使其與車行道路形成一定高度差，范圍20～25cm，從而保證雨水得以流入滯留帶。考慮到環境因素容易對滯留帶造成破壞，本設計方案在綠化帶和路基之間鋪設土工膜，在距離地表不足1.0m 處均鋪貼保護膜。

2.1.3 溢流雨水口設計

本工程地勢平坦，測得縱坡不高于0.003，所以按照溢流雨水口間距40m 以下標準進行雨水溢流排放控制。該項功能是在雨水收納能力不足時，自動開啟。按照道路排水功能需求，分別為人行道滯留帶和機動車非機動車分隔帶布設溢流水口，前者為B 型水口，即通過鋪設溢流井蓋，控制雨水溢流，后者為A 型水口，外觀呈現圓形，與鐘罩相似。其中，A 型水口支持50L/s 雨水溢流處理，具有較強的抗堵塞能力，較傳統溢流設施流通性有所改善。B 型水口成本控制較低，省去了水連管、雨水口的布設，使得工程材料的用量得以降低。

2.1.4 擋水坎設計

本設計方案在生物滯留帶內部結構中布設了擋水坎，按照施工工藝部分，劃分為土坎和硬質擋水坎兩種。其中，土坎結構為梯形斷面，頂部寬度為10cm，邊坡設置為1:1，其高度超出綠植土面12cm。由于此類型擋水坎容易環境影響，導致結構發生改變，需要定期維護。硬質擋水坎的布設位置設置在溢流雨水口下游，與之距離保持在1m 左右。此部分結構具有較強的蓄水功能，每兩個擋水坎之間均布設蓄水單元，該單元與兩側的擋水坎距離保持在16m 左右。

2.2 市政給水設計

2.2.1 綠化帶蓄水與滲水設計

市政雨水利用率提升的前提是雨水的收集，前文在排水設計研究時，已經提及了綠化帶蓄水和滲水的處理方案，通過這兩項處理獲取可用水資源。其中，雨水的收集借助蓄水池，在綠化帶的作用下，對雨水進行初步處理。關于滲水的設計，主要是通過鋪設空心磚，提高滲水能力，以此降低綠化帶濾水負擔。

2.2.2 基于流量計算的水資源利用設計

雖然儲蓄的雨水有助于解決城市水資源短缺問題，但是水資源有限，需要注意合理應用，建議收集該工程所在地區每年雨水流量相關數據資料，預計本年度雨水儲蓄變化情況。根據人們對水資源的需求量計算結果，合理設計水資源調用方案。考慮到計算數值與實際數值會存在一定偏差，為了更好地利用水資源，可以按照對水資源需求等級的不同，設計水資源調用先后順序，保證一級供水需求得以滿足，有計劃的組織二級水資源調用工作。關于三級水資源的調用需要根據當前蓄水情況擬定計劃方案。

2.2.3 管道的合理布設

此處需要強調的是管道的布設，市政道路部分管道的布設需要根據地理環境設計，在不影響生活用水管道布設的前提下，避開障礙物，合理布設排放管和給水管，避免相互影響。

2.3 給排水設計可靠性評價

為了檢驗本文提出的市政給排水設計方案可靠性，本研究選擇滲透性系數、定量雨水滲透時間、地下蓄水深度作為評價指標，對各項指標的測試結果進行評價，如表1 所示。

表1 給排水設計標準和實際參數測試評價

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3 結論

本文以海綿城市建設理念為基礎，嘗試設計一套新的市政給排水設計方案。本研究以市政道路給排水設計為例，根據工程特點，以排澇作為前提條件，設計排水方案。根據排水設施功能不同，將排水方案劃分為多個模塊分別進行設計，同時給出了給水建議。應用測試評價結果表明，本設計方案能夠滿足市政給排水管理需求，設計方案具有較高的可行性，有利于市政給排水設計水平的提升。