海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的運用

張明明 江蘇交科交通設(shè)計研究院有限公司工程師

海綿城市不僅能夠充分適應(yīng)環(huán)境變化，還能有效抵抗自然災害，加快城市化的進程。同時，海綿城市理念的應(yīng)用能夠引導雨水統(tǒng)一流至地下，對地下水資源加以補充，確保雨水在城市建設(shè)中處于循環(huán)狀態(tài)[1]。

自黨的十八大明確生態(tài)文明建設(shè)的重要性后，我國進一步認識到城市排水防澇建設(shè)的重要性。我國頒布的關(guān)于海綿城市建設(shè)的政策如圖1 所示。2013 年，中央城鎮(zhèn)化會議上明確提出要建設(shè)“自然積存、自然滲透、自然凈化”的海綿城市，并在2014 年發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》。2021 年，我國提出海綿城市建設(shè)要從“局部”到“全城”。國家政策的引導以及城市建設(shè)的迫切需求，都要求市政給排水設(shè)計將海綿城市理念融入設(shè)計工作中。基于此，本文針對市政給排水設(shè)計的主要內(nèi)容，提出海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用途徑。

圖1 我國頒布的關(guān)于海綿城市建設(shè)的政策

1 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的重要意義

城市雨水處理是海綿城市理念中的重點，通過合理滲透、輸出雨水能夠高效利用雨水資源，使其處于循環(huán)狀態(tài)，從而積極推動城市建設(shè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。第一，有利于提高水資源的利用率。在傳統(tǒng)的城市建設(shè)理念中，并沒有將雨水回收納入城市建設(shè)計劃中，利用海綿城市理念能夠提高城市的蓄水能力，并且可以采用合理的方式將這些水資源利用好，避免水資源浪費。第二，有利于改善生態(tài)環(huán)境[2]。在市政給排水設(shè)計中，合理應(yīng)用海綿城市理念能夠有效改善生態(tài)環(huán)境，為城市居民提供良好的生活環(huán)境。第三，有利于優(yōu)化城市環(huán)境。在排水工程中，合理融入海綿城市理念，能夠利用生物凈化能力從源頭減少排入城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)中的污染物，緩解下游污水處理廠的處理壓力，推動城市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[3]。

2 市政給排水設(shè)計的主要內(nèi)容

2.1 給水系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計人員在設(shè)計市政工程配水系統(tǒng)時，需要全面考慮所在地域的水文地質(zhì)條件，了解水資源的具體分布情況及該地的實際用水量，選擇合適的時間開展工程建設(shè)[4]。此外，還需要結(jié)合地區(qū)的實際情況，優(yōu)化水資源的配置情況，確保能夠科學設(shè)計水系統(tǒng)。

2.2 排水系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計人員在設(shè)計排水系統(tǒng)的過程中，需要充分考慮以下問題。第一，制定科學的防洪排澇方案，在設(shè)計前需要廣泛收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，確保能準確規(guī)劃，嚴格按照相關(guān)要求進行施工[5]。第二，結(jié)合區(qū)域的重要性及降水量合理選擇重現(xiàn)期，并合理劃分區(qū)域匯水面積，結(jié)合建模等技術(shù)手段確定雨水量，保證雨水管道能夠滿足片區(qū)雨水排放需求。第三，在設(shè)計污水管道時應(yīng)考慮片區(qū)污水設(shè)計的系統(tǒng)性，從片區(qū)地面高程考慮污水的排向，減少污水管道的覆土。第四，合理選擇污水管道的管材，優(yōu)化附屬設(shè)施的設(shè)計，保證雨水、污水的收集率。

3 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中存在的問題

3.1 設(shè)備未能及時更新

目前，城市給排水系統(tǒng)中已經(jīng)使用了鋼筋混凝土管、HDPE 管、PE 實壁管及球墨鑄鐵管等多種不同的管道，由于相關(guān)工作人員沒有定期保養(yǎng)和維護地下管線，使得這些管道存在明顯的缺陷[6]。特別對于一些老城區(qū)來說，原有的給排水系統(tǒng)已經(jīng)使用多年，沒有對其進行針對性的維護，無法確保給排水系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行，在改造地下網(wǎng)管時面臨諸多阻礙。若想改變這一現(xiàn)狀，首先需要總結(jié)城市給排水系統(tǒng)中存在的問題，采取合理的方式積極解決，同時需要充分重視地下設(shè)施的建設(shè)布局，從而才能在給排水設(shè)計中合理融入海綿城市理念。

3.2 無法充分利用城市的水文條件

首先，在給排水設(shè)計中，設(shè)計人員沒有在給排水系統(tǒng)中合理融合海綿城市的優(yōu)勢，從而無法有效提高給排水系統(tǒng)的使用效率[7]。目前，大多數(shù)企業(yè)沒有充分重視城市水文地質(zhì)資料的收集，例如在設(shè)計院沒有詳細的雨季降水資料，也沒有針對性地改善多水地段的排水系統(tǒng)，從而會影響排水功能。因此，在具體設(shè)計過程中，只有充分結(jié)合城市水文情況，才能保證設(shè)計工作的科學性和合理性。如果在未考慮城市水文的情況下開展設(shè)計工作，將會產(chǎn)生很多問題，同時也無法有效體現(xiàn)海綿城市的價值。

3.3 城市對天氣的承受能力較差

在發(fā)展海綿城市的過程中，天氣因素所產(chǎn)生的影響較大，我國不同地區(qū)的氣溫存在一定的差異，甚至有些地區(qū)的氣候比較特殊，會在短時間內(nèi)頻繁降雨，很容易出現(xiàn)地表徑流。同時，市政給排水系統(tǒng)在設(shè)計過程中無法及時應(yīng)對突發(fā)惡劣天氣，難以承受強降雨帶來的壓力，會積存大量的水，從而污染城市水資源，嚴重威脅人們的生命和財產(chǎn)安全。

4 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用要點

海綿城市的環(huán)保性較強，將海綿城市理念合理地引入市政給排水設(shè)計中，能夠高效利用水資源，有效促進城市居民生活質(zhì)量的提高，正確指導市政給排水設(shè)計工作的開展。近年來，很多城市都已經(jīng)對海綿城市理念有了深入的認識，并將其逐漸應(yīng)用到市政給排水設(shè)計中，發(fā)揮了重要的作用，且海綿城市理念在推廣過程中已經(jīng)逐漸成熟。目前，海綿城市理念在我國城市市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用范圍不斷擴大，進一步完善了市政給排水系統(tǒng)。

4.1 在綠化帶設(shè)計中的應(yīng)用

海綿城市理念需要與綠化帶設(shè)計結(jié)合起來，保證設(shè)計的科學性。海綿城市理念在綠化帶設(shè)計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。第一，利用植物凈化雨水。雨水中含有大量的有害物質(zhì)，如果需要收集雨水，則需先對這些有害物質(zhì)進行凈化處理。第二，在鋪設(shè)綠化地帶時，底部基層材料需要具備良好的脫水性能，確保能夠?qū)⒂晁占揭黄稹５谌＞d城市建設(shè)需要將排水負擔降到最低，有效促進城市蓄水能力的提高。因此，在設(shè)計市政排水的過程中，設(shè)計團隊需要了解綠化帶的地形，結(jié)合具體地形科學設(shè)計導流管道。城市強降雨帶來的雨水量較大，管道的設(shè)計質(zhì)量與城市的蓄水能力和雨水的回收率具有一定的關(guān)聯(lián)。第四，將綠化地帶的管道和地下管道連接到一起。當城市降水量超出綠化帶的承受能力時，雨水就可以經(jīng)過地下管道網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一儲存在地勢較低的地方，以減輕綠化地帶的儲水負擔。

4.2 在車行道和人行道給排水設(shè)計中的應(yīng)用

目前，市政道路一般使用非透水路面。當降雨較多時，路面積水較為嚴重，給人們出行帶來不便，很容易出現(xiàn)安全問題。為了改變這一現(xiàn)狀，需要合理融入海綿城市理念，展開規(guī)范性的車行道和人行道排水設(shè)計。透水性的路面設(shè)計能夠有效解決道路積水問題，全面提升地下水的吸收能力，使地下水能夠快速補給。在設(shè)計過程中，可以將透水人行道、半透水人行道的設(shè)計融入市政道路建設(shè)中，發(fā)揮透水瀝青、透水混凝土、透水磚等透水材料的優(yōu)勢，避免出現(xiàn)積水問題。

4.3 在附屬設(shè)施中的應(yīng)用

路緣石、路邊溝及雨水口能夠為市政排水提供輔助，是比較重要的設(shè)施，需要結(jié)合海綿城市理念的相關(guān)要求進行設(shè)計。

路緣石的類型比較多，需要結(jié)合實際情況進行合理選擇。平緣石的高度與附近路面的高度基本相同，能夠引導雨水流向綠化帶，避免路面積聚大量的水。立緣石高出附近的路面，下雨時能夠?qū)⒂晁畢R集在雨水口，通過打孔立緣石能夠確保雨水順利流入綠化帶。

以往在設(shè)計路邊溝時常以混凝土等硬質(zhì)邊溝為主，不僅美觀性差，還容易出現(xiàn)堵塞問題，而且不能對雨水進行滯留、凈化。植草溝可以收集、輸送和排放雨水徑流，去除大顆粒的污染物并減緩流速，具有一定的雨水凈化作用。植草溝的類型多樣化，既適用于城市道路及城市綠地等區(qū)域，又適用于廣場、停車場等不透水地面的周邊，還可以作為生物滯留設(shè)施、濕塘等海綿設(shè)施的預處理設(shè)施。因此，植草溝將替代硬質(zhì)邊溝成為海綿城市的重要組成部分。

海綿城市建設(shè)中增加了截污掛籃，可攔截雨水徑流中的垃圾和顆粒物。在小雨時，底部凹槽內(nèi)開微孔并鋪設(shè)無紡土工織物，可緩慢下滲雨水，避免長期積水；在大雨時，凹槽內(nèi)的雨水通過上部開口溢流至雨水管道內(nèi)。截污掛籃可以在不同雨量時發(fā)揮不同的作用，對路面面源污染有明顯的削減作用。

4.4 在選擇植物中的應(yīng)用

海綿設(shè)施會面臨雨水沖刷問題，所以在選擇海綿城市植物時需要選擇深根性、根系發(fā)達的植物來防止水土流失。同時，海綿城市要求對雨水有一定的凈化能力，所以需要選擇過濾和凈化雨水能力較強的植物。

雨水花園、下凹式綠地在暴雨期間需要暫時儲水，充當了小型的臨時“雨水儲存池”，因此植物面臨雨水長時間浸泡的問題，要求植物能夠耐澇、耐水濕。同時，久旱時也需要能夠耐干旱。考慮到地域特色、管理方便以及成本，應(yīng)優(yōu)先選用本土植物。多種植物的搭配不僅可以提升景觀效果，還可使植物在土壤中穩(wěn)定生長，提升雨水凈化能力。因此，海綿城市建設(shè)中建議選擇多種植物的搭配方式，以滿足對蓄水、凈化的需求。

5 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的應(yīng)用途徑

5.1 做好給排水系統(tǒng)規(guī)劃

城市規(guī)劃部門在規(guī)劃市政給排水系統(tǒng)時，需要明確海綿城市理念的具體要求，因地制宜確定年徑流總量控制率及當?shù)厮|(zhì)水量控制目標。在實際規(guī)劃過程中，需要準確把握城市水文地質(zhì)特征，結(jié)合海綿城市理念，著眼城市總體規(guī)劃，嚴格控制城市徑流，將給排水系統(tǒng)規(guī)劃好，最終建立完善的城市水循環(huán)系統(tǒng)。

5.2 合理設(shè)計綠化帶的間距

合理設(shè)置綠植不僅可以在雨天對雨水進行吸收、蓄存，還可以在干旱期間提高水資源的利用率。在設(shè)計綠化帶排水的過程中，需要充分利用可滲透路面的地表徑流，引流天然水并設(shè)置排水溝，從而才能大范圍收集雨水。特別需要注意的是，必須合理設(shè)計綠化帶的間距，同時溝壑不能高出地面，但要比綠化帶的種植土壤高。最后，為了確保能夠收集到清潔的雨水，需要鋪設(shè)好種植土壤，全面凈化雨水，使其能夠在地下滲透，更好地補給天然水。

5.3 解決緩排滯蓄問題

將導流系統(tǒng)安裝到市政給排水設(shè)計中，能夠為雨水進入綠化帶提供便利。為了將雨水快速排放到城市排水管道中，可以建立市政“毛細管網(wǎng)”。此外，可以設(shè)置明溝進一步沉淀雨水，避免路面積存大量的水。

5.4 優(yōu)化市政排水設(shè)計

在傳統(tǒng)的城市排水設(shè)計中，需要準確計算城市的具體降水量，但在城市化進程日益加快的背景下，人們對城市排水系統(tǒng)提出了更高的要求，這種計算方法已經(jīng)無法滿足市政排水設(shè)計的實際需求。設(shè)計過程中需要依據(jù)當?shù)亟涤隊顩r繪制降雨量關(guān)系曲線，并依據(jù)當?shù)爻鞘兴邓|(zhì)情況和規(guī)劃情況，確定初期雨水和污水污染控制指標。

6 結(jié)語

給排水系統(tǒng)作為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，與城市的正常運行息息相關(guān)。相關(guān)工作者需要結(jié)合實際情況，全面統(tǒng)籌規(guī)劃，針對性地開展工作，建立完善的海綿城市排水體系，以保證給排水系統(tǒng)的可操作性，合理利用雨水資源，有效避免城市出現(xiàn)內(nèi)澇問題。