海綿城市理念在民用建筑給排水設計中的滲透思考

王濤

（中南建筑設計院股份有限公司，武漢430071）

1 引言

在當前社會經濟繁榮發展的背景下，人口過于集中、水資源的短缺等情況的出現都在一定程度上限制了城市的后期發展。因此，在當前節約型城市的建設過程中，為進一步提升水資源的利用率，將海綿城市理念融入民用建筑給排水設計中成為一項極為必要的工作。

2 海綿城市的產生背景

2.1 水資源相對短缺

盡管在地球上有超過70%的水資源覆蓋著地球表面，但其中僅有3%的水資源是淡水，并且這些淡水資源中難以利用的冰川淡水超過了78%，這種情況的出現使人們能夠利用的淡水資源極為有限。同時，我國的水資源總量僅為2.8 ×108m3，位居世界第6，但人均淡水資源占有量為2 240m3，僅為世界人均淡水資源占有量的1/4。而且在我國，降水存在時空分布不均、降水季節過于集中，極易出現春旱夏澇的問題，使提升水資源的利用率成為當前環境保護工作的重要內容之一。海綿城市指的是通過合理設計、規劃排水工程的方式，形成類似于海綿結構的可以對水資源進行吸收再利用的城市排水設施，在實際應用過程中，海綿城市能夠在降雨、降雪過多的情況下，對水資源進行吸收與儲存，并且在城市水資源短缺的情況下，將收集到的水資源應用于城市植被澆灌、道路凈化等工作當中，切實解決城市水資源匱乏的問題。圖1為海綿城市水資源綜合利用情況示意圖。

圖1 海綿城市水資源綜合利用示意圖

2.2 水污染問題嚴重

對我國水資源實際利用情況進行調查分析后可以發現，一方面我國水資源相對短缺；另一方面受污染問題的影響，我國的淡水生態體系出現了嚴重的退化，水體自凈能力下降，這種情況的出現不僅對人們的正常用水安全造成了威脅，還對農業、工業用水安全造成了極為不利的影響。具體來說，歐美國家農業灌溉用水指數為0.7 ，我國的農業灌溉用水利用平均系數僅為0.45 ；美國工業萬元產量用水量為8m3，我國萬元產值用水量為103m3，嚴重限制了我國工業的健康可持續發展。此外，在工業用水的重復利用率方面，我國的重復利用率為55%，遠低于發達國家的75%～85%，這種情況的出現不僅加劇了水資源的浪費，還對我國用水安全造成了極為不利的影響。現階段，為解決這一問題，相關工作人員可以在明確海綿城市理念的基礎上，利用低影響開發（Low Impact Development，LID）技術，在實現雨水流徑控制的同時，通過雨水在生態自然環境中的滲透、植被吸收等作用，減緩城市污染問題的影響[1]。

2.3 熱島效應極明顯

在城市化建設過程中，城市內綠化面積較少，道路主要由比熱較小的混凝土或瀝青鋪設，若在城市內風速小于6m/s的情況下，土壤中的熱量無法有效散發到自然環境中，導致城市內出現較為明顯的熱島效應。由于水的比熱容相對較大，現階段，為切實解決這一問題，利用海綿城市理念將存儲的水資源在路面進行水的循環利用，不僅可以降低路面溫度，還能緩解城市內的熱島效應，為人們營造更為舒適的生活環境。

3 海綿城市建設的原則

在當前的社會發展過程中，將海綿城市理念應用于城市建設中具備極高的經濟意義與生態意義。現階段，為保證海綿城市建設理念更好地滿足民用建筑給排水設計的需求，相關工作人員需要在設計過程中遵循規劃引領、生態優先、安全為重與因地制宜的基本原則。

4 海綿城市理念在民用建筑給排水設計中的應用

民用建筑的給排水設計是城市用地過程中不可忽視的關鍵部分之一。現階段，為盡可能降低城市建筑建設對城市環境造成的不利影響，相關工作人員可以在進行民用建筑給排水設計的過程中融入海綿城市理念，合理應用滲透、輸送、凈化等技術，在保證人們用水安全的同時，進一步提升水資源的利用率。

4.1 滲透技術的應用

4.1.1 透水鋪裝

4.1.2 下沉式綠地

圖2 透水路面鋪設情況示意圖

在應用滲透技術的過程中，透水鋪裝技術主要是借助石塊、混凝土等材料存在的縫隙完成雨水到地下水的轉移，而下沉式綠地主要是借助土壤與植物根系減少雨水徑流的外排。在應用下沉式綠地技術的過程中，相關工作人員可以利用土壤的滲透性對水在土壤中的運動情況進行分析。如圖3所示，一般情況下，水在土壤中的滲透情況可以分成3個階段：第1階段是水在分子力的作用下對土壤的浸潤；第2階段是在毛細管力作用下，水在土壤中的滲漏；第3階段是在重力的作用下，水在土壤中的滲透。

圖3 水在土壤中的滲透

一般情況下，若土壤中的水分未飽和，那么在不考慮氣體壓力的情況下，水的總勢能是由重力勢與基質勢共同構成的，計算公式為φ=φm+z（其中，φ為下滲容量；φm為基質勢；z為重力勢）。經實驗測定，存在草皮的土壤滲透率會比同樣條件下不存在草皮的裸露土壤大約20%，并且若在草坪上栽種某些灌木，那么這種草坪的滲透系數會比單純草坪的滲透系數大約15%，土壤的滲透速率更是可以達到10-5m/s。現階段下沉式綠地主要可以分成狹義式綠地與廣義式綠地2種。其中，狹義式綠地主要指的是低于道路周邊或者地面約200 mm的綠地，一般被鋪設在道路中央或者兩側；而廣義式綠地主要指的是具備一定容積的可以滯留、凈化徑流雨水的綠地。在一定程度上，廣義的下沉式綠地可以代替傳統的排水管道，對徑流雨水進行匯集、凈化，同時，收集到的雨水還可以降低城市的塵噪、調節氣候。現階段，在將海綿城市理念融入民用建筑給排水設計過程中，廣義下沉式綠地在給排水設計中較為常見，并且取得了較為良好的設計效果[2]。

4.1.3 屋面綠化

經調查研究發現，城市屋面面積約占城市硬質表面的30%，在民用建筑中，屋面是雨水匯集的主要場所之一，更是雨水徑流的主要場所。現階段，在進行民用建筑給排水設計過程中，相關工作人員可以通過對屋面進行硫化處理的方式，在保留總量超過60%的屋面雨水徑流，降低夏日降雨徑流對城市排水系統影響的同時，凈化城市空氣、調節屋頂溫度、對城市熱島效應進行緩解。

4.2 輸送技術的應用

4.2.1 植草溝

在民用建筑給排水設計中，植草溝的設置可以使綠化帶內的雨水匯集到花園內進行積蓄，在補充花園地下水的同時，為后續植被的生長提供水資源。一般情況下，植草溝可以被設置在綠化帶內，深度約為30 cm。

4.2.2 生態濾溝

生態濾溝一般被設置在小區主干道兩側，主要包括傳輸區與生物滯留區2部分，可以對雨水進行凈化消納。在布置生態濾溝的過程中，其結構從上到下主要為礫石層、填料層、種植土層與蓄水層，并且在一些徑流系數較大的區域，為避免生態濾溝床底出現嚴重的侵蝕問題，相關工作人員可以在礫石層底部放置石塊或者鵝卵石。同時，為保證布水均勻，還可以在生態濾溝的內部設置擋水土埂，在代替雨水排水管道的同時，對雨水中攜帶的雜物進行一定的攔截。

4.3 凈化技術的應用

在民用建筑給排水系統設計過程中，凈化技術的應用可以對城市內較大范圍內的雨水徑流加以調蓄、凈化，實現土地資源多功能利用。一般情況下，凈化技術的主要應用場所包括滲透塘或者濕地。其實現雨水凈化的方式是利用生態系統中的基質、水中的生物與微生物對水體通過生物、物理與化學處理的方式，實現污染物的凈化，在當前城市民用建筑給排水系統中，應用這一技術，不僅可以從源頭上減少城市污染，還能進一步提升水資源的利用率[3]。

5 結語

現階段，為使海綿城市理念的價值更好地得到體現，設計人員在進行民用建筑給排水設計的過程中，應在充分認識到海綿城市理念在當前社會發展中重要性的基礎上，深入挖掘當前給排水設計中存在的問題，并利用海綿城市理念對其進行彌補，以便達到進一步提升水資源綜合利用率的目的。