海綿城市理念下城市排水設計研究

溫智理

（河南省建筑設計研究院有限公司，河南 鄭州 450009）

0 引言

近年來，隨著我國城市規模的不斷擴張，城市人口所占比重不斷提升。截止到2021年年底，我國城市化率達64.72%，預計在2035年城市化率會達到70%[1]。隨著城市的發展，原有地表景觀發生巨大變化，比如原來的農田、荒地之上建設了建筑或是鋪設了硬化地面。根據相關研究，由于城市發展所產生的熱島效應促使城市降水量增加，同時由于城市道路硬化，導致雨水無法向地下滲透，并且導致雨水在地表的匯流時間縮短。在兩方面原因的疊加下，城市內澇成為城市需要解決的嚴重問題之一[2]。相關資料顯示，2010年開始，我國每年因為城市內澇所產生的經濟損失達到1 000億元以上。2021年河南特大暴雨所造成的直接經濟損失達到了10億元以上。城市之所以會出現嚴重內澇問題，除了上述原因以外，還因為城市排水系統和城市發展速度不協調。為了解決上述問題，我國提出海綿城市理念，努力構建人與自然和諧共處的城市發展模式。

1 海綿城市內涵

海綿城市是我國針對當前城市內澇問題所提出的城市發展理念，旨在解決城市的內澇以及水資源不足的問題。海綿城市，從字面意思理解就是城市能夠像海綿一樣可以吸水，從而在城市中儲存雨水，減少地表徑流量[3]。這樣不僅緩解城市內澇問題，而且使城市獲得更多的水資源。在傳統城市建設中，常將所有路面進行硬化，非常容易導致大雨時，城市需要依靠各種人工設施來進行排水。而海綿城市理念則強調在城市中首先利用綠地、花園等進行排水。

2 海綿城市理念在城市排水設計中的價值體現

2.1 提升城市水資源利用率

在傳統城市建設模式中，由于在排水設計中對雨水利用沒有足夠重視，導致城市雨水利用效率極低。而在海綿城市理念中，重視對資源的儲存和利用，強調對城市排水系統進行科學合理的設計和規劃，促使城市有更強的儲水功能，進而實現對水資源的有效利用[4]。另外，海綿城市理念強調在城市排水設計中，需要實現對排水系統的優化，促使城市排水不再僅依靠各種人工管道，而是要在人工管道的基礎上設計新的排水系統，從而促使城市排水系統實現升級（見圖1）。

圖1 海綿城市理念下城市排水系統

2.2 緩解城市內澇及內旱

很多城市產生的內澇或內旱問題都可以通過海綿城市建設得到解決。在我國雨季往往會出現內澇問題，尤其是我國南方地區城市，內澇問題更加嚴重。如果排水系統無法滿足排水需求，城市就會出現內澇問題，從而給城市帶來巨大的經濟損失，影響城市的健康發展。而通過海綿城市理念進行城市排水設計，使城市在雨季將一部分雨水儲存起來，然后在旱季到來時進行利用[5]。這樣不僅能夠解決城市的內澇問題，而且可解決城市內旱問題，使城市整體功能得到優化，促進城市的健康發展。

2.3 減少城市水污染

城市的快速發展對生態環境造成了沖擊和破壞，水資源也產生了嚴重的污染問題，導致城市水資源短缺，進而影響人類的健康發展。在城市排水設計中應用海綿城市理念，對城市環境產生積極影響，減少人類活動對水資源的污染，改善城市居民的生活環境，同時提升城市水資源利用率。

3 城市內澇原因分析

3.1 城市排水系統基礎設施尚不完善

隨著我國經濟的高速發展，城市化建設日新月異。從近些年的實際情況來看，我國的城市化發展還處于摸索發展階段，在城市排水系統建設標準、城市防洪標準等方面尚存在一些問題，還需要進一步優化和完善。由此，早期完成建設的城市在排水系統方面存在著排水管標準較低等問題。除此之外，很多城市排水系統還存在管道以及其他設備年久失修、設備老化等問題，導致排水系統排水功能不斷降低[6]。同時，對排水系統進行維修往往需要投入大量資金和人力，增加城市的工作量以及難度。另外，由于城市的擴張和人口的增加，城市用水量不斷上升，導致城市水資源不足。因此，必須轉變城市建設思路，在海綿城市理念指導下，優化排水系統設計，解決城市內澇問題。

3.2 氣候變化的影響

隨著全球總人口數的逐年增加，對資源的開發程度逐漸提升。由于對資源的不合理開發，不僅浪費自然資源，而且導致自然生態環境遭到破壞，促使全球氣候產生變化。近些年來，由于全球氣候變化的影響，全世界出現極端天氣和氣候異常的頻率不斷上升，給人類的生存、生活帶來了嚴重影響。2008年，我國南方地區遭受了大面積的凍雨災害；2012年，北京遭到特大暴雨侵襲，導致160余萬人受災，經濟損失達到116.4億元；2021年，河南省遭受特大暴雨災害，直接經濟損失超過10億元。對于任何一座城市而言，排水系統的排水能力往往具有上限，如果排水系統中部分管道承載能力達到上限，就會使其他管道出現問題，從而導致整座城市出現內澇，造成經濟損失。

3.3 城市雨水資源利用效率較低

在生態環境良好的地區，人類的干擾較少，在降水過程中，大部分雨水滲透到地下，其余雨水則會隨著地表徑流流失。滲入到地下的雨水補充地下水，在地下形成暗流，流入江河，最終流入大海。而大海中的水則在蒸發作用下以水蒸氣的形式重新回到陸地上空，形成降水，即大自然的水循環。通過這樣的循環促使降水對地下水進行補充。但是在城市中，因為道路硬化導致雨水無法滲入地下，只能在地面形成徑流并通過人工排水設施排出城市，導致地面水量增加。在降水量較小時，人工排水系統能夠快速將雨水排出，但是如果降水量超過排水系統上限，就會造成城市內澇。

4 海綿城市理念下城市排水設計策略

4.1 滲水設計

基于海綿城市理念，城市排水設計需要進行滲水設計。在滲水設計中需要充分結合城市已有的設施，具體如下。

1）城市景觀滲水設計 在傳統城市建設中，大部分城市景觀主要是為城市公共區域或者居民住宅區域提供服務，因此城市景觀分布不均。同時，城市景觀設計中所使用的鋪裝材料往往透水性不足，從而影響了雨水向地面下滲的速度[7]。因此基于海綿城市理念，在城市景觀設計中應選擇具有高滲透性的鋪裝材料，同時充分結合景觀附近的各種水渠等排水設施，提升排水設施的排水作用，實現對城市雨水的引流，促使城市雨水進入城市儲水設備中。總體上，通過城市景觀滲水設計可以有效提高雨水的滲透速度。

2）泄洪設計 在排水設計過程中，通過合理布局增加一定的雨水泄洪渠道，或者擴大排水管網管徑，從而將雨水有效引流至城市的儲水設備中。另外，可基于城市原有排水系統，建立地下排水隧道系統，將排水系統無法承載的雨水排入隧道中，減小排水系統壓力，從而解決城市內澇問題。

4.2 滯水設計

目前，水資源短缺已經成為城市需要解決的重要問題之一。因此，在城市排水設計中需要進行蓄水設計，以更好地利用雨水資源。

1）降低綠化高度 從當前城市實際情況看，城市綠化帶高度往往超過城市路面，導致降水時城市路面聚集大量雨水，并隨路面進入城市排水系統中，無法實現有效存儲雨水。由于綠化帶高度超過路面，因此在綠化帶中形成雨水徑流，從而將泥土帶入排水系統中，這樣不僅會使排水系統出現堵塞問題，而且導致水資源污染問題[8]。因此，在蓄水設計中，應降低綠化帶高度，使路面和綠化帶之間高度相對合理，保證路面的雨水能夠流入綠化帶中，從而實現對雨水的儲存。

2）綠化區域建設 比如建設雨水花園，不但能促進城市生態環境的改善，還能實現雨水儲存。

3）構建綠色屋頂 綠色屋頂可以減少雨水徑流，從而降低城市產生內澇的概率。綠色屋頂可有效提升雨水蒸發量，改善城市空氣質量。通過綠色屋頂還能使雨水進入地面蓄水池中，實現水資源的存儲。

4.3 蓄水設計

蓄水能夠幫助城市更好地利用雨水資源，從而緩解排水問題和水資源不足問題，因此，在城市排水設計中應做好蓄水設計。

1）蓄水模塊設計 蓄水模塊作為一種新型蓄水產品，具有強大的水資源存儲能力。同時蓄水模塊所占空間較小，不會對城市空間產生較大影響。在實際設計過程中，需要增加鏤空空間比重。同時要將排水系統和蓄水系統充分結合，在兩者之間設置水泵、水管等設施，從而實現對水資源的有效存儲。整體上來看，蓄水模塊設計不僅可以存儲更多水資源，還能將經過處理的水資源用于消防或城市道路清潔，提升城市水資源的利用效率。

2）地下蓄水池設計 在設計過程中，要保障各種基礎設施的完善，還可以設計一定數量的植草溝，提升雨水存儲效果。

3）雨水蓄滯塘設計 雨水蓄滯塘設計可將雨水收集池、蓄水池以及滲水結合起來，使城市排水和蓄水兩方面功能相結合，緩解城市蓄排水壓力。

5 結語

目前，我國城市普遍面臨著內澇和水資源短缺問題，亟需對城市排水設計進行優化。在海綿城市理念指導下，城市排水設計在盡可能少地改變城市原本排水系統的基礎上，通過滲水設計、滯水設計以及蓄水設計促使城市排水系統得到優化，提高城市雨水資源利用效果，不僅可以有效解決城市內澇問題，還能夠緩解城市水資源不足問題，促進城市健康發展。