基于海綿城市理念的城市排水系統設計

摘要：城市排水系統是城市水生態的命脈，對處理城市污水、應對城市內澇等起著非常關鍵的作用。本文通過海綿城市理念，提出改善舊城市排水系統、運用新型路面鋪裝材料、地下排水實現雨污分流等方法，解決城市排水系統現存的排水設計標準過時、排水效率低從而引發城市內澇的問題，得出基于海綿城市理念的城市排水系統設計可以緩解城市內澇、實現水資源的最大利用、最終實現經濟與生態共同可持續發展的結論。

關鍵詞：城市排水;海綿城市;雨污分流;可持續

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2020）21-00-02

0 引言

隨著城市化進程的加快，道路上柏油路面越來越多，交通改觀的同時減少了土壤與地表植被的地表覆蓋率，交通便捷程度提高的同時卻不利于地表水的滲透，遭遇雨季強降水時會發生城市內澇。在全球變暖的大背景下，降雨頻發，降水不均且難以預測，旱澇急轉事件概率提高，現城市大部分路段排水系統的基礎排水設計不足以達到強降水的排水要求，對路面施工提出了新的要求，要修繕并加建排水管道系統，實現雨污分流，全面運用新科技，實現系統化、合理化、智能化、可控性高等特點，遵循可持續發展的原則，實現水資源的最大化利用。

1 內澇對城市排水系統提出新要求

1.1 城市內澇的產生

為了響應經濟發展和提高道路使用率，綠化和天然土壤為城市道路建設作出了很大的讓步。舊的城市排水標準導致雨水留在道路上，城市內澇主要是由城市排水系統不足造成的[1]。

1.2 內澇對城市基建及生活的影響

在許多城市的經濟發展和城市化進程中，排水系統的建設往往被忽視，排水效率將直接影響居民的生活質量[2]。在全球變暖的趨勢下，雨季和旱季帶來的旱澇災害程度急劇上升，在某些排水系統建設落后的地區，甚至會給城市帶來嚴重的災害，對居民及城市本身的建設都有很大的影響，如腐蝕路面、電線桿等路面基建材料，造成交通不便而影響城市運作，使得經濟效益得不到提升。發生城市澇災的主要原因是城市早期排水基礎設施建設體系落后，地表混凝土等低滲材料覆蓋率高，降低了地表水滲入地下的情況。大雨期間由于排水無法跟上降水量，形成地表積水，極大地影響路面的使用壽命，甚至對城市居民造成損害[3]。

1.3 旱澇急轉的嚴重性

工業革命之后，機器取代了人力勞作，人控制機器運轉，產生空前巨大的經濟效益，正是如此帶動了社會經濟的發展，人們的思想得以進步。機器取代人產生的效益是驚人的，但帶來的環境污染也是驚人的，工業廢料、空氣污染物被拋棄，即使經過遏制與處理，產生的二氧化碳、甲烷等溫室氣體無法被現有地表的植被吸收轉化，滯留在大氣中造成海平面上升、降水不均，使路面排水的原有設計達不到現有雨季降水的排水要求，產生嚴重的城市內澇。

根據《21世紀全球變暖背景下江淮流域夏季旱澇急轉特征分析》一文，作者通過比較耦合模式，基于5個具有最強變暖背景的模型計算了數據，數據顯示，21世紀下半葉，江淮盆地附近將發生兩次嚴重的旱澇急轉事件[4]。旱澇急轉對城市的排水系統和儲水、凈水系統有很高的要求，長期干旱會造成城市水資源短缺、農作物產量低等危害，緊跟其后的旱轉澇，長時間集中降水，會引起河水陡漲，地表水長時間滯留地面，損壞道路周圍設施，甚至造成農作物死亡等現象。我們需要充分思考長時間干旱和集中降水對路面、居民、作物造成的影響，使其不影響居民日常生活、腐壞道路，充分利用降水資源，加以儲存和運用，實現環境效益最大化。

2 海綿城市理念在城市排水系統設計中的具體應用

2.1 海綿城市理念

海綿城市本質上是一種管理城市天然水資源的新理念，有系統化和精度高等特點。其能夠提高城市的抗災和抗風險能力，目前已在許多城市投入使用。顧名思義，海綿城市與海綿的特性非常相似，可以自由吸收和釋放水，在雨季可以儲存大量的雨水，并且在滲入時可以通過土壤等天然過濾器進行凈化[5]，在旱季或日常城市用水時可以調用地下水，實現水資源的自由遷移，以達到生態可持續的目的。海綿城市致力于通過將人與自然融為一體，存儲、滲透并最大限度地處理城市雨水，以實現可持續發展。發展海綿城市，就必須構建完備的生態系統，對已遭到破壞的生態進行修復，維護保持原生態，運用新技術，實現人與自然的有機結合。

2.2 海綿城市理念介入城市排水系統設計

2.2.1 路面鋪裝

由于全球變暖，冰川持續融化，海平面逐漸提高，會使降水量增加，首先應對城市路面鋪裝材料提出新的要求，路面材料是實現海綿城市理念的“第一道防線”。道路施工時首選透水性強的材料進行鋪裝，如此一來有利于地表水的下滲，實現水循環，如果路面鋪裝材料達不到降水標準，在應對集中降水時，地表水會逐漸增加，產生城市內澇。考慮到地區的經濟原因，當前的城市路面大多使用低滲透性的鋪路材料，例如瀝青、水泥等[6]，這種鋪裝材料在強降水時不利于雨水下滲，從而使雨水停留在路面。應提倡使用新的鋪路材料，遵循海綿城市的概念，逐步實現各個城市地區鋪路材料的轉變，使其在海綿城市的概念中扮演地表植被的角色[7]，這也是抵御干旱和洪水的第一道防線，可以最大限度地減少甚至避免澇災，促進生態水的循環利用，并符合可持續發展的原則[8]。

2.2.2 增設修繕排水管道

城市中的排水管道稱得上是一個城市實現水循環的血脈，其有收集、處理、運輸地面及生活雨污水的作用。必須對舊城區排水系統的規劃和建設進行適當的調整，以應對未來的雨季和旱澇急轉事件。應更換有問題的排水管，在提出新設計方案時，需要考慮舊方案，而不進行重大更改，充分利用原始資源條件，考慮人口和氣候的影響以及其他條件，以實現收益最大化[9]。順應時代的發展，將現有技術巧妙合理地應用到排水系統中，實現排水防洪的智能化、數字化、三維可視化[10]，根據降雨量及地區的排水標準進行數據計算，預測未來降水可能發生的狀況，從而及時、有準備地開展排水、防汛工作，實現人機互動，達到系統化、可視化、智能化、合理化、高效化，面對突發狀況，有條不紊、有針對性、有目的地進行干預調整。

2.2.3 優化城市排水泵站

城市的排水泵站有調節水源、輸送水源、防洪排澇的作用，是城市最終實現水循環的心臟。排水泵站是水利工程的一部分，其作用非同尋常，工、農業的供水、排放工業廢水和雨污水等生活中的方方面面都需要靠它完成，時刻影響著我們的日常生活。水泵作為城市的心臟，必須管理得當，合理準確是其必須擁有的特點，從而才能保證排水系統的正常運行。城市中的水泵站具有成本低、工程周期短、靈活性高、效益高等特點，但是在日常管理水泵站的工作不容懈怠，以防問題頻發，必須針對水泵的特點制定相應的管理方針，采取有效的措施對水泵進行優化，從而達到節約水資源的目的，實現海綿城市的理念，體現可持續發展原則。在設備選材時，必須選用精度高、質量好的設備[11]。為了防止藻類和生活垃圾等城市水質廢物的增加導致水泵站的運行受阻[12]，可以對水中雜質進行定期、及時的清理，以防水泵站停運影響經濟發展[13]。與此同時，也可以將目前的科技運用到水泵站中，實現人機互動，高效、可視化的管理可以使水泵站的工作變得更加合理準確，進一步提升其工作效率，使水泵站更加經濟適用。

2.2.4 擴充儲水站

城市人口的增加導致對水資源的需求急劇增加，現有儲水站難以應對突發的缺水情況[14]。城市人口的不斷增長，會大量用水造成供水不足，對此，應當對現有的儲水站進行相應的擴充調整，擴大儲水站的容積，使雨季降水得到充分保留，充分利用地表流支，擴充河流，增加其儲存容量，水資源短缺時可從河流抽水、凈化使用。

2.2.5 雨污分流，實現可持續

雨污管道分流可以使城市排水更高效。這種模式可以減輕污水處理的壓力，將雨水和污水分開流通，凈化后的雨水可以直接排入附近的河流。首先處理雨水，然后處理污水，可以減輕匯合處理的壓力[15]，如此可以實現效果最優、高效經濟，將雨水、污水分離從而減少水資源環境污染，實現可持續發展的目的。

如今，城市排水管基本上存在標準老、時間長、規模大的問題[16]，很難達到如今城市內的雨污排放要求，應積極改變此現狀，在不大幅變更原有設計的基礎上提出新的設計方案，運用現有的未損壞老化的管道及濾網，降低總投入成本，實現效益最大化。在建立新的城市排水系統時，需要改進和優化舊的管道和過濾器，定期檢查，并在出現新情況時進行有針對性的調整[17]，避免長時間使用導致管道堵塞等情況發生，造成排水不及時。可以遵循創新原則，運用科技，在雨污分流管道中實現人機交互，可視化、高效化、操控性強，便于管控整個排水系統，對突發狀況的應對會更及時可控。總之，實現雨水和污水分流，可以最大限度地提高城市排水效率，防止水污染等問題。因此，在優化系統之前，需要做好充分的準備[18]，只有經過充分的技術研究，才能提高雨污分流帶來的整體效益。

3 結語

海綿城市建設是一項注重長遠、造福未來的工程。采用基于海綿城市的城市排水系統設計，可以有效規避因全球變暖我國城市面臨的旱澇急轉及城市內澇帶來的問題。應在原有的城市排水系統設計的基礎上，強調海綿城市的重要性，從改進路面鋪裝材料、增設并修繕排水管道、優化城市水泵站、擴充儲水站、實現雨污分流等方面，逐步完善城市排水系統建設，遵循海綿城市的理念，最終才能有效解決城市內澇和旱澇急轉給城市帶來的負面影響。此外，建設海綿城市，需要改變原有的觀念，遵循可持續發展觀，順應自然，不破壞生態體系，運用技術實現生態環境與人的有機結合，從而實現經濟與生態環境的共同可持續發展。

參考文獻：

[1] 盛廣耀.勿讓城市內澇成為城市通病[J].人民論壇，2020（19）：92-94.

[2] 張興國，馬誼欽.探討城市排水工程施工質量控制與管理[J].決策探索（中），2020（06）：49.

[3] 鐘國強.淺析城市道路排水系統的施工質量以及改進措施[J].四川水泥，2018（12）：42.

[4] 陸苗，陳翔，唐鵬，等. 21世紀全球變暖背景下江淮流域夏季旱澇急轉特征分析[J].現代農業科技，2020（14）：184-186+189.

[5] 魯遙，胡志強，祝遵凌.基于地下水過濾收集技術的生態駁岸設計[J].設計，2020（11）：152-154.

[6] 徐曉波.城市排水建設中海綿城市理念的應用分析[J].工程建設與設計，2020（12）：130-131.

[7] 邱月，薛梅，張藝，等.城市排水防澇三維地理信息平臺設計與實現[J].城市勘測，2020（02）：5-9.

[8] 李欣，王夕倩，錢麗紅.現代化居住區景觀設計的植物造景美學[J].藝海，2020（5）：88-89.

[9] 項杰濤，李崢.城市排水系統規劃及海綿城市的應用[J].產業與科技論壇，2020，19（04）：62-63.

[10] 丁振興.葉潔楠.綠化技術在生態建筑中的集成應用分析[J].美術教育研究，2020（6）：89-90.

[11] 楊杰，劉平.基于數據挖掘技術的創新設計思維研究[J].設計，2020（3）：74-75.

[12] 楊旭，趙文博.城市排水泵站常見問題與優化管理研究[J].農家參謀，2020（12）：245.

[13] 丁振興，葉潔楠.綠化技術在生態建筑中的集成應用分析[J].美術教育研究，2020（6）：89-90.

[14] 熊瑤，嚴妍，張秀.生態文明背景下郊野公園規劃設計策略研究——以湖南株洲天池公園為例[J].美術教育研究，2020（13）：108-109.

[15] 張良.城市排水系統雨污分流改造技術探究[J].工程技術研究，2019，4（14）：243-244.

[16] 劉明珠，朱華鋒，陳周翔.地域文化視角下的舊城改造——以南京老門東為例[J].藝海，2020（5）：158-159.

[17] 孟毅.城市排水系統雨污分流改造技術探究[J].居舍，2020（15）：55.

[18] 高婧.敘事與體驗：城市公共空間的沉浸式設計與表達[J].美術教育研究，2020（13）：92-93.

作者簡介：梅沄澍（2000—），男，江蘇東臺人，本科在讀，研究方向：環境設計。

指導老師：胡宏亮（1984—），男，江蘇南京人，碩士，講師，研究方向：景觀生態學。