基于海綿城市理念在市政給排水設計的研究

林偉明

深圳市工勘巖土集團有限公司 廣東 深圳 518000

在城市運營管理中，給排水調控是重要內容，在海綿城市理念下，城市需要具備較強的海綿屬性，從而更好的吸收和釋放水資源，滿足城市用水需求的同時提高水資源利用率。因此，為使海綿城市理念貫穿于市政給排水系統運作始終，應從綠化、道路、附屬設施等方面開展完善的市場給排水設計，增強其海綿屬性，以此減少不必要的水資源投入與浪費，緩解淡水資源短缺壓力。

1 探討海綿城市理念及其應用意義

所謂海綿城市理念，主要是指海綿化發展的城市，與普通城市不同，此類城市在遇到異常環境變化或是自然災害時，能夠通過城市建設中的彈性對其進行有效抵擋和預防。最為直觀的是，海綿城市會自動采集雨水資源，在某些條件下，這些存儲水可以應急使用，同時降低雨水對城市帶來的影響與危害，減少綠化灌溉等方面的水資源投入，提升雨水資源利用率[1]。

通過在海綿城市理念下開展市政給排水設計工作，首先，能夠節約水資源，提高城市各類水的使用率。在海綿城市建設過程中，市政給排水系統以城市發展需求為基礎，通過彈性設計以及相應的系統功能優化，配套落實的基礎設施得以改善，雨水采集、水資源利用率均得到有效提升。其次，有利于城市水資源相關災害的緩解，甚至是解決，比如降低城市給排水系統的運行壓力，防洪防雨等，降低城市內澇現象的產生。具體如圖1所示。

圖1 城市內澇

最后，改善城市生態環境，海綿城市理念包括環境保護理念，通過將其作為市政給排水設計的基礎，能夠有效解決當下城市給排水系統中存在的環境污染和生態破壞等問題，提升城市的生態環境質量。

2 研究以海綿城市理念為基礎的市政給排水設計要點

2.1 道路系統設計

2.1.1 人行道設計

作為城市基礎設施的重要組成，在海綿城市理念下開展設計工作時，要堅持滿足城市居民日常便捷、安全出行的要求，多采用透水材料作為人行道路面，避免路面積水現象的發生，實現雨水的合理下滲。以往的市政給排水設計中，人行道路面多采用不透水材料，不僅容易出現路面積水，也會導致路面過于濕滑，不利于出行安全。在海綿城市理念的指導下，選用透水性能良好的路面材料，即便遇到強降雨天氣，城市路面也可以快速吸收雨水，避免路面積水過多[2]。當前使用較為廣泛的路面材料為透水混凝土，具體如圖2所示：

圖2 采用透水混凝土的人行道路面

在該路面材料的設計使用下，能夠有效改善人行道路面的透水性能。除此之外，優化設計路面材料后，還需要合理設計路面材料鋪設環節，進一步加快地下水的補充，顯著改善人行道濕度、溫度。值得注意的是，此類材料成本相對較高，所以若是市政給排水工程成本存在一定制約，可以在道路基層位置進行排水管的科學設置，并對其橫向坡度和縱向坡度進行調整，以此強化該路面的排水性能。

2.1.2 道路橫斷面設計

由于路面排水性能受車輛運行、荷載等方面的影響，因此在海綿城市理念下開展市政給排水設計時，應在不影響行車環境的基礎上，優先選擇透水性良好的材料，并借助路面坡度設計實現對路面積水的合理、順利引導與控制，以此增強路面排水效果。除此之外，科學構建空隙大、透水性能強的結構層，保證可以在雨天的時候雨水可以快速滲透，同時結構層也起到過濾滲透水的作用。當前運用較多的是碎石鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝，結合道路橫向坡度的調整設計，實現道路結構層積水的順利、及時排出。

2.1.3 路基設計

海綿城市理念在路基設計中的融入，需要設計人員對路基建設情況進行全面把握，以此為基礎進行給排水設計方案的制定，增強方案的科學性和可行性。

（1）材料設計選用。具體而言，當城市市政道路具有透水性不足的特點，那么在路基給排水設計工作中，盡可能選擇透水瀝青混凝土，可在滿足道路使用功能的同時，有效地滿足要道路透水、抗滑及降噪等要求。（2）施工措施設計。開展路基施工時，以落實碾壓、晾曬等設計措施，若是條件不允許，則直接采取換填方法，以此優化路基透水性。若是區域內為軟土地基，其本身就較為松軟、潮濕，那么可以落實真空、堆載預壓等設計。（3）水流路徑設計。為有效解決徑流和噪音問題，可以選擇先讓路面水通過面層流入基層，然后流入排水設施的設計，或是選擇路面水進入基層后直接進入排水設施的設計，以此實現對市政道路路基性能的優化，提升其排水性能。

2.1.4 道路細節設計

在海綿城市理念下，將中央隔離帶、車道分隔帶設計在市政道路新建地區或道路的一旁、雙側，控制結構設計深度和厚度，通常情況下，深度在20-30cm左右，厚度則為20-40cm左右，前者為表層積水洼地，后者為碎石層或混合土層，若為混合土層，則要將厚度控制在40-60cm范圍內。以市政給排水設計實際需求為基礎，將花管設計在碎石層，進一步優化其排水性能，同時，針對道路雙層草溝，最好采用格柵路牙、孔口路牙等類型的設計，實現雨水徑流能夠順利流入草溝。對于進水口旁邊的區域，則要落實保護層設計，比如卵石層或碎石層等，從而避免周圍土體被沖刷。針對容易出現暴雨天氣的地區，為有效避免市政道路積水問題的出現，還要進行溢流口的設計，每個溢流口間隔控制在20-50m，頂端要比洼地高，參數在10-15cm范圍內，為有效消除雨水滯留等情況，管道直徑控制在20-30cm范圍內。其中的混合土一般涉及椰糠、砂料和介質等，根據滲透率和植物生長所需營養等調節配合比，除磷除氮介質可選擇水廠排泥或搭配混合土[3]。

2.2 雨水系統設計

2.2.1 蓄水系統

在海綿城市理念下開展市政給排水系統中的雨水系統時，首要任務是做好蓄水系統設計，這是保證城市形成海綿屬性的重要基礎。具體而言，按照模塊化蓄水的設計原則開展蓄水系統設計，比如設計地下蓄水系統，通過合理部署，補充城市地下水資源的同時，提高雨水利用率，防止浪費水資源。實際設計中，可以將雨水口設計在緊貼路面道牙區域，且道牙為開孔道牙，雨水一部分進入綠地，一部分經過雨水口流入人工濾層，進入地下蓄水系統，連通城市景觀水體。在城市海綿設計理念下開展這一設計，能夠及時存儲、回收與水資源，并將其應用于城市日常道路清潔和綠化澆灌等方面，甚至用于消防水、冷卻水分配，補充景觀水體，增強水體的流動性，在某種程度上來說，能夠避免景觀水體藻類滋生，城市水環境質量得以改善。但是需要注意的是，景觀水體仍要及時更換，時間間隔控制在20天左右，若是存在地下水庫，則要以使用不同植物進行水庫的分區設計。

2.2.2 下凹式綠地

對于海綿城市理念下的市政給排水設計，雨水系統要對雨水這一類水資源的存儲和排放進行綜合、充分考慮，為有效增強城市彈性，提高城市的生態建設水平，可以落實下凹式綠地設計。所謂下凹式綠地設計，主要是以地面高度為基準，下調10cm左右后將其打造為合理面積的綠地，從而在雨水天氣下，實現雨水的順利流入，被城市綠化植被、土壤吸收。其中，可以選用鳶尾、地被月季、紅葉石楠等耐水植被，并定期進行清理，開展高質量的維護工作，以此保證植被土壤保持良好狀態。該設計內容的開展，不僅能夠滿足城市綠化需求，還能夠有效減輕城市整體排水壓力，滿足植被生長需求，避免投入較多的澆灌用水，發揮自然生態的功能作用，將海綿城市理念落到實處。

2.2.3 雨水花園

雨水花園是市政給排水工程中的重要組成之一，在差異化的設計與施工環境下，雨水花園設計存在不同。針對市政工程中較大的隔離帶或綠化帶上的雨水花園的設計，在實際設計過程中，相關人員需要對有關因素進行綜合考慮，具體包括：目標區域地下管線數量及分布情況、地下水位及水量、設計區域與周邊建筑物之間的距離、底層土壤滲透性高低等。若是雨水花園所處區域地勢較低，那么設計人員則要對周圍環境因素進行考慮；若是雨水花園位于居民區或是建筑物中間，則要把控3m的建筑物距離，以此避免對周圍建筑物安全穩固性造成影響。在開展雨水花園系統結構設計工作時，應對積水洼地的深度等參數進行控制，一般情況下，積水洼地設計深度控制在30-40cm范圍內，有機覆蓋層厚度控制在30-50cm之間，混合涂層厚度控制在50-80cm之間，若是采用砂石層設計，則要將其厚度控制在40-60cm區間，并增設排水管，增強其排水性能。在設計雨水花園大小面積時，要根據當地氣候環境以及年平均降水量相關參數，如果面積在100m3以上，那么溢流管設計中，間距控制在10-20m范圍內，選用直徑在10-20cm區間的管道，且落實配套的格柵設計；若是面積小于100m3、大于50m3，則要以水流方向為基準進行2根以上的排水管的設計；若是面積小于50m3但大于25m3，則以水流方向為基準設計1根排水管即可；若是其面積在25m3以下，可以直接將排水管設計在出口附近，無需進行溢水管等設計[4]。

2.3 綠化帶設計

在海綿城市理念下開展市政給排水設計工作時，應重視綠化帶的設計，這是因為綠化帶主要發揮著水資源收集、過濾、存儲和排放的作用，因此，在綠化帶設計中，應把握以下要點：

第一，為保證降雨天氣下，雨水能夠順著地表徑流流向綠化帶，應嚴格控制綠化帶高度。為使雨水向綠化帶方向流動，且匯集于雨水口部位，設計時應將綠化帶設計在道路下側，參數控制在15-20cm左右，與此同時，以均勻的方式進行雨水口的設計，高度處于道路高度和綠化帶種植土高度之間，即：綠化帶種植土高度＜雨水口高度＜道路高度。第二，開展綠化帶水體過濾設計時，應對種植土進行科學鋪設，并結合設計礫石層與滲透管，依托于規范布設與安裝，實現對水體的高效過濾。第三，在設計緩排滯蓄期間，要對綠化帶結構以及所處位置地形條件等進行綜合考慮，以此為基礎優化設計導流系統，增強雨水下滲時的層次性。與此同時，為加快雨水向明溝中導流的速度，還要設計水溝渠，將其布置在明溝兩側即可。第四，開展科學的綠化帶雨水排放設計。即科學設計配套設施的遺留系統，將排水管道和雨水管道進行有效連接，若是當地在氣候影響下具有較大降水量，為緩解雨水口雨水處理壓力，可以充分發揮綠化帶的雨水存儲功能，然后再溢流系統的作用下將多余雨水排出，降低甚至是規避城市內澇現象的發生。

2.4 銜接系統設計

若是市政道路系統周邊區域有綠地，應科學開展綠地銜接系統設計工作，令路面徑流合理分流。具體而言，以城市實際情況為基礎，靈活采取差異化的綠地銜接形式，若是設計區域是城市水資源相對匱乏的區域，那么為有效滿足該區域對雨水收集、存儲、使用量較大的需求，應合理增設排水管，實現濕地引流路面雨水的目的，并落實凈化處理系統，以此實現對該區域水資源有效補充的設計目標；針對水資源較為豐富的城市區域，則采用截流凈化技術，在該技術的應用下，銜接系統能夠使雨水在被處理之后順利向綠地排放，幫助緩解徑流洪峰。需要注意的是，若是存在一定的徑流污染現象，則要落實植被緩沖帶等設計，利用其過濾性能優化雨水的凈化效果，控制污染的同時實現水資源的高效利用。

2.5 附屬設施設計

作為市政給排水設計的重要組成部分，附屬設施主要包括路緣石、路肩邊溝等方面，在具體設計中，應把握以下要點：

第一，開展路緣石設計工作時，應根據需要選擇合適的路緣石類型。目前，主要有平緣石、立緣石兩種，前者要求與周邊地表高度一致，以此避免城市積水問題的產生，并促使雨水在經過徑流之后快速導入雨水口或綠化帶等；后者則要高于周圍地表，以此實現雨水匯集至雨水口。若是采取立緣石設計，為實現雨水的快速導流，可落實取豁口或者打孔等處理措施。第二，開展路肩邊溝設計工作時，應合理運用混凝土材料。在此過程中需要綜合考慮給排水系統的美觀性和運行流暢性，若是無法有效改善該材料的不足，則采取植草溝方式來設計路肩邊溝，在保證高效收集雨水的同時對它們進行輸送、凈化以及排放處理。

3 結論

綜上所述，海綿城市作為當前城市建設與設計的主要方向，是生態城市建設的重要指導理念。在該理念下開展市政給排水設計工作時，應從多個方面落實設計工作，包括人行道、道路橫斷面、路基等，以及綠化帶、銜接設計和附屬設施等，以此優化給排水系統的各項性能，滿足城市用水需求，增強城市彈性，提高水資源利用率。