海綿城市理念在市政給排水設計中的應用

鄔艷

（中規院（北京）規劃設計有限公司，北京 100044）

1 引言

在城市升級改造與現代化發展過程中，排水系統發揮著重要作用，是確保城市正常運轉的關鍵。海綿城市理念作為新型理念與方法，在市政排水系統中的應用能強化雨洪管理，提升城市的洪澇應對與防控能力，為城市的可持續發展提供支持。未來市政給排水設計中，海綿城市理念的應用，能有效提升市政給排水系統的蓄水、排水、滲水與凈化等功能，滿足城市發展需求，為市民提供更加高效的服務。

2 海綿城市理念的應用現狀

海綿城市理念的應用，極大地緩解了城市發展中的弊病，并且被運用在城市發展的多個領域，為城市發展帶來了新的契機[1]。海綿城市理念的應用現狀主要表現為：

1）在建筑中的應用。海綿城市理念在建筑中得到了極大的應用，并且集中在綠色節能、給排水系統中。在應用時既要平衡地下空間與生態環境之間的關系，還要加強建筑綠化與雨水的收集。

2）在道路中的應用。在道路建設中海綿城市理念的應用主要體現為施工材料的選擇，如透水瀝青、PC 路面、網格磚等。設計透水路面，能有效提升滲水性，避免城市洪澇災害的發生。

3）在城市景觀中的應用。城市景觀的應用中主要表現為下沉式綠地、人工生態景觀公園中，能起到良好的蓄水調節作用[2]。

3 市政給排水設計中的問題

3.1 排水設施不完善

城市發展離不開科學合理的市政排水設計，但是由于很多城市的排水設計年代久遠，并且由于設計理念、技術、規范、材料等方面的限制，原有排水系統不夠完善。比如，原有排水系統老化、覆蓋范圍小等問題，難以支撐不斷擴張的城市發展。在城市人口增加的過程中，道路不斷擴張、建筑物增加，城市生活與工業污水排放量急劇增加，原有排水設計難以為城市發展服務[3]。

3.2 水資源利用率低

水是不可再生資源，但在城市人口不斷增加以及城市發展過程中，對水資源的需求與消耗也不斷增加。由于目前對水資源的利用率較低，造成水資源的大量浪費。另外，城市土地硬化程度較高，地面滲水能力下降，無法及時排出地面積水，導致降水流入排水管成為死水。

3.3 缺乏先進理念

市政給排水設計是改善城市運行質量，提升城市整體服務功能的重要手段，但是就目前實際情況來看，由于在市政給排水設計中，并未使用先進理念與方法，如海綿城市理念，該排水設計系統缺乏科學性與合理性，無法與時俱進，無法實現“綠色發展”要求及“雙碳”目的[4]。

4 海綿城市對市政給排水設計的啟示

海綿城市也叫作彈性城市，屬于城市雨洪管理范疇，能更好地應對環境變化與雨水帶來的災害。海綿城市的建設并非將之前的全部拆除重新再來，而是在海綿城市理念的借鑒下，綜合使用多種手段，實現對降水的蓄存與釋放。城市海綿體有各類水系、綠地與花園、可滲水路面等，利用海綿體對城市內澇壓力進行有效緩解。海綿城市帶給市政給排水設計的啟示，絕不僅僅局限于如何做好規劃水，而是要統籌規劃，將海綿城市理念、方法、技術、材料、設計等元素融入給排水設計中，合理敷設管網、強化雨水存儲與釋放、使用滲水材料、雨污分流等措施的實施，能在城市形成一種海綿生態網絡，實現城市的綠色發展[5]。

5 海綿城市理念在市政給排水中的應用

某市對高新區海綿城市建設試點區域的道路進行給排水設計。路段呈南北走向，長3 km，道路原狀機動車道寬7.5 m，人行道寬3.5 m，綠化退線寬8～10 m。在本次給排水設計中，運用海綿城市理念，不僅能實現雨水的有效收集，還能控制面源污染，強化排水防澇。本項目設計中需實現對雨水年徑流總量的有效控制，確保控制率在70%以上。對雨水年徑流污水進行有效控制，同時也要滿足排水防澇標準，設計為50 a 一遇暴雨。

5.1 合理設計人行道給排水

給排水設計中，人行道設計是十分重要的內容，也是影響整個海綿城市給排水系統的關鍵。所以，在設計時需結合原有系統，創新設計理念，對排水系統布局予以優化。在設計時，使用滲水性強的新材料，減少路面積水[6]。要選擇透水性與透氣性更好的新型材料，不斷提升雨水滲透效果，提升城市服務功能。

為提升人行道的透水能力，實現節能環保，可以通過鋪設透水性硬化地面，對現有地面材料進行優化。在人行道鋪設透水磚，便于雨水下滲，有序補給地下水。透水磚具有較強的透水性，且十分環保，鋪設時，由上到下的結構分別為聯鎖透水磚、中粗砂找平層、土工布、無砂透水混凝土、碎石，其中，聯鎖透水磚與中粗砂找平層的厚度分別為8 cm、3 cm；土工布的規格為400 g/m2；選擇C15 無砂透水混凝土，厚度為15 cm；級配碎石厚度為12 cm。透水鋪裝地面還能對污染物進行有效防控，且效果顯著，能讓地表水達到Ⅱ類水質標準。

5.2 有效設計車行道給排水

市政給排水設中需科學規劃設計車行道，進行車行道給排水設計時，與人行道有很多相似之處，但是由于車行道車流量較大，設計時需從車行道的特殊情況出發，合理設置排水系統密度，在保證路面安全性、穩定性的基礎上，通過新型材料、防滑設計理念的應用，確保海綿城市在車行道給排水設計中的作用[7]。

道路橫斷面設計時，需堅持海綿城市理念，在保證道路功能性的同時，適當增加綠化帶，可以讓雨水快速匯集到綠化帶，減少車行道地表徑流，綠化帶的增加能提升道路的滲水、蓄水性能。車行道路面的選擇要以透水瀝青混凝土為主，這樣能讓車行道路面具有良好的透水與抗滑性能，還能具備較高的透水性[8]。進行透水瀝青路面設計時，應結合實際情況，可以選擇全透水式瀝青路面和半透水式瀝青路面。全透水瀝青路面，就是不用設置防水層，地表水能快速滲透到地下，與地下水匯集在一起。

另外，應按照一定距離將急流槽設置于行車道外側，將雨水排入綠化帶內的集水溝內。

5.3 有效設計綠化帶給排水

市政給排水設計中，海綿城市理念的運用重點是綠化帶，因此，要求設計者結合海綿城市的設計原則以及綠化帶的現有情況，使綠化帶設計不僅要滿足整體性能，還要具有超前性，能提升綠化帶在市政給排水設計中的作用[9]。

基于海綿城市的綠化帶設計，需遵循以下原則：發揮綠化帶的雨水收集功能，降低水資源的浪費；強化各方面指標的有效控制，提升綠化帶的海綿效應；對雨水進行凈化與過濾，提升雨水的利用率，發揮綠化帶對雨水的蓄水效果，防止城市內澇的發生。

在設計時需加寬綠化帶，設計為下凹綠地，能對車行道及人行道的雨水進行收集。在海綿城市理念下，本次設計采取的方法為生物滯留設施設計，對于地面徑流初期，污染物能在化學、物理與生物處理下，實現有效防控與處理。生物滯留設施結構從上到下分別為雨水溢流井、種植土壤層、砂濾層、卵石層。要求種植土壤層、砂濾層及礫石層的最小滲透系數分別為1-5m/s、10-5m/s、100-5m/s，最小孔隙率分別為3%、3%、4%。

在景觀帶需種植綠植，可選擇種植錢根喬木，種植土壤層在本次設計中厚度需確定為120 cm。通過下凹式生物滯留設施的設計與運用，能對相鄰車道與人行道的雨水進行收集與處理。生物滯留設施植物不能長時間被雨水浸泡，否則會影響綠植的健康生長，所以，需要科學計算綠地的淹水時間，發揮綠化帶在雨水收集與處理中的作用。

5.4 合理設計附屬設施

傳統市政給排水設計中并未重視附屬設施的作用，但是在海綿城市理念下，市政給排水設計要從整體出發，強化給排水系統的整體協調性，確保在設計時各項指標符合標準[10]。下面對附屬設施的設計進行介紹。

5.4.1 路緣石豁口

在生態滯留溝中，生態滯留溝入流系統是主要組成部分，生態溝的凈化與使用效果都會受到其結構影響。目前，較常使用的方法是在路緣石上預留豁口，采用式（1）對路緣石豁口進行計算：

式中，L 為豁口長度；Q 為設計徑流量；K0為經驗常數；S 為縱向坡度；n 為曼寧系數；i 為路面橫向坡度。

在本項目中需綜合考慮各個因素，對緣石豁口的開口長度進行合理確定，最終確定路緣石豁口長度為1.5 m，間隔距離為15 m。但受到道路坡度影響，在雨水收集時難度較大，所以雨水收集需采取環保雨水口收集的方式。花崗巖為路緣石材料，后背為C15 混凝土，確定設計規格為15 cm×80 cm×130 cm。同時也要對路緣石開口尺寸合理設計，確保能有效收集雨水，其尺寸可確定為80 cm×7.5 cm。

5.4.2 溢流雨水口

溢流雨水口設計在海綿城市中十分重要，需將溢流雨水口合理設置于生物滯留設施中，間隔距離為20～30 m，當海綿城市無法承受更多雨水時，可以在溢流設施的幫助下，有效排入市政管網。模塊混凝土為溢流雨水口的結構，確定規格與最大過流流量分別為680 mm×1 300 mm、30 L/s。

5.4.3 沉泥槽與擋水堰

沉泥槽將沉泥槽設置在路緣石后側，沉泥槽規格為8 cm×20cm×12.5cm；鋼筋混凝土為沉泥槽的底座，其規格確定為130cm×30cm×20cm。

擋水堰卵石是擋水堰的主要材料，通過堆砌而成，設計的頂寬、底寬、高度分別為20 cm、40 cm 與20 cm，墊層為50 cm細石混凝土。在雨水溢流口下游設置擋水堰。

6 結語

海綿城市理念在市政給排水設計中的應用，是時代發展的必然要求，尤其是在城市人口快速增長背景下，做好給排水設計尤為重要。基于海綿城市理念，在市政給排水設計時需做好各個方面的細節，優化人行道、車行道、綠化帶及附屬設施的設計，統籌優化給排水系統，有效緩解城市內澇，讓城市真正成為海綿城市。在設計時，需結合原有給排水與地貌地質等情況，綜合運用海綿城市理念，嚴格控制材料、結構等細節，確保給排水系統的可靠性與合理性，能為市民提供良好的城市環境。