海綿城市理念在市政給排水設計中的應用

張寶龍

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102627）

隨著中國城市化工程建設的不斷推動，中國市政供水項目的數量也在逐漸增加，質量也取得了相應的提高，但是在城市排水設施方面還是存在一些問題。國家需要關注市政排水工程建造的有效性、實用性更加關注，以提高市政給排水工程設計的在城市空間的作用，為城鎮化發展提供技術保障。

1 傳統設計理念下市政排水問題

1.1 基礎設施不完善

目前，城市化建設以及新建地下排水體系為現有的市政排水系統提供了補充和完善，但設施陳舊老化問題依然存在，使城市排水無法適應當前的實際需要。地下排水建設管理不當會在一定程度上影響城市排澇能力。部分地下設施無法進行定期保養，如遇洪澇災害可能會導致其他突發狀況。出現不確定氣候因素時，市政排水系統若不能及時做出響應，可能危害城市供水系統。

1.2 資源利用率偏低

目前，自然資源存在浪費現象，自然資源的循環效率還需進一步提高。多數降水直接進入城市天然水體，可滲入地下的降水較少，導致城市地下水資源得不到有效補充。若城市空間不能合理利用降水，水資源短缺現象將會日趨嚴重。

1.3 建設工作和養護工作開展不足

現代化都市的地下設施已延伸至距地表較深的位置，對供水體系的建設造成了一定的影響。市場上已有的給排水施工材料和現實的施工要求之間存在一定差異，排水設計方案和建設工藝先進性有待提高。

1.4 氣候對城市排水系統的影響

由于全球氣候變暖，自然環境和能源利用問題引起了更多人的關注。氣候異常變化主要指隨著資源的過量開采和使用，地表熱源增加，蒸發量升高，地表形成極端氣候。“溫室環境”下的城市熱島效應將破壞人類的生存環境，影響整個城市的建設與發展。水資源蒸發量增多降水量激增，在一定程度上為早期排水功能帶來挑戰，如果缺乏良好的市政排水功能支撐，會導致城市內部災害頻發。

2 海綿城市理念對城市給排水工程的重要性

2.1 充分發揮給排水設施功能

海綿城市供水系統的設計采取“天然與人工”措施相結合的方法，在城市規劃發展前優先保留相應的水文和地理特點，并利用已保留的自然生態體系對強降雨情況完成部分調節，并進行水資源“收集”，以減小強降雨工作過程中的洪峰流量。利用豐富的生態管理方式改善城市供水體系，使受損的城市水體得到一定程度的恢復，又可以反哺自然環境進行“自我修復”。格陵蘭島是海綿城市建設發展以及資源合理使用的典型案例。應用海綿城市理念能夠高效地保護和保存自然資源，充分發揮自然土層的凈水能力，在完成集水和排水功能后反哺城市居民的基本生產與生活供水。對城市供水體系進行建設，在充分利用天然降雨的同時，做好調節地下水資源與地表水源的綜合計劃與管理工作，并有效協調城市供水體系在各環節的組織與監控。充分考慮城市發展的穩定性與復雜性，解決城市發展建設的長遠規劃設計，形成以城市生態環境保護、水系綠地管理和土地利用為基礎的系統性基礎設施網絡，統籌規劃城市地下管道體系，以發揮各項市政規劃研究的優勢，減輕城市地下管線壓力。

2.2 提高城市對極端天氣的抵御能力

目前，各城市均組建了防洪指揮體系，但僅有七個城市的防洪能力超過了國家的防洪標準。因此，相關部門需要建設落實以海綿城市建設理念為基礎的全面的城市排水體系，全面融合防水、排澇、蓄水、水資源管理等功能，預防因短時的強降雨而發生危險狀況。穩定的城市“海綿體系”能夠克服由地表徑流加速和降雨量激增導致的地表流量超過路面設計流量帶來的嚴重積水問題，有效控制城市暴雨帶來的防汛壓力，降低城市內部受災損失。

2.3 提升城市水資源的利用率

隨著我國各城市經濟建設的迅速發展與提高，我國的城鎮化進程進入以“提升都市城鎮化管理水平”為目標的重點階段。各行業建設應堅持科學的城鎮化發展理念，有效地整合我國各城市水文地質資源以及地上及地下空間資源，在完成可持續發展建設的同時，形成全新的城市建設體系，從而進一步提高城市自然資源利用率。以海綿城市理念為主導的新型城市地表與地下建設已經成為發展的必然趨勢，也將有助于解決我國城市水資源“短缺”的問題。在完善我國雨水總體規劃與管理工作的同時，強調自然降雨的科學管理與高效利用，進而完成自然降水滲透、貯存、凈化以及合理使用，有效減緩大中型城市給排水壓力，有效緩解城市防洪問題。水循環管理規劃如圖1所示。

圖1 水循環管理規劃

3 海綿城市設計理念在我國市政給排水工程設計中的使用和實施

3.1 人行道設計

人行道設計是城市交通基礎建設中的關鍵環節，是保障人民出行舒適、安全的關鍵舉措，將海綿城市理念運用在人行道設計中具有重要意義。選擇滲透特性較好的材料運用在人行道路排水系統中，使雨水可以迅速滲入地下，有效緩解了道路積水問題，同時利用此類材料結合路面處理工藝可以使人行道達到合理的濕度，再依靠地表下方深層的“海綿體系”設計，確保地下水補給。自然降雨經透水路面完成下滲后，借由人工結構層和路面下方砂礫層實現自然水體的初步“人工凈化”；再經過深層海綿體系，達到自然土層，完成對地下水的補充；特殊工藝處理的地表路面（如下凹式綠地）可充分減慢徑流的流速，借由雨水管網實現排放，降低地表上方管網系統的壓力。

3.2 車行道設計

目前我國道路建設普遍采用硬化的不透水路面，提高了地表上方路面對自然降水導流的能力，但也存在路面積水、污染嚴重以及地下水不足等問題，成為城市熱島效應的誘因之一。在道路建設中，引入海綿城市理念可以有效改善路面積水和地下水供給不足的問題。實際建設過程中，機動車行駛道路可以選用滲水能力較高的滲水瀝青混凝土，向下位于中間層和底部可以選用膠質透水石材料與非透水性材料相結合的方式，在滿足路基承載力的同時，最大限度發揮路基滲、透水能力，降低自然降水對基層造成的侵蝕。針對非透水性材料，可以采用組合溝槽式結構，以形成路面下方的導流功能，將滲透的自然降水導入盲溝，借由“海綿體系”完成地下水補給。若在地表上方空間極為受限的窄巷或街道，仍可采用滲井的方式完成地表徑流導流，使地下海綿體系充分發揮功能。

3.3 多功能蓄水池的設計

日本建立的多用途蓄水池能夠調節降雨，同時具備城市景觀和綠化功能。我國開展市政給排水設計時可以汲取類似成功經驗，將多用途蓄水池的建設充分應用在城市規劃中。針對城市居民的實際情況，可以建立滿足城市居民生活需要的蓄水池，借由管道將雨水導流至蓄水池，結合污水處理與凈水功能，將自然降水轉化為城市居民用水[1]。人工湖作為常見且應用廣泛的集雨系統，仍可在城市建設中進行應用，但在應用的同時要注意人工湖的水位規劃與引流導流，并注意水質管理。

3.4 市政排水設計方案的優化

傳統的市政給排水方案均按照城市近年的平均降水量測算排水量。隨著城鎮化建設步伐的推進，城市居民排水量也相應增加，傳統的排水量計算方法和我國市政給排水方案不能有效滿足當前的排水需求。在我國市政給排水設計流程中運用海綿城市理念，使城市排水系統具備了迅速排放的能力，實現了凈水及蓄水等多方面功能。對給排水方案的進一步優化，可以使城市積水以及水資源環境污染等實際問題得到有效改善[1,2]。

3.5 綠化帶的設計

在海綿城市理念基礎上，綠化帶設計重點主要集中在以下3個方面：

（1）在多雨時節，應該進行適當的降雨滲透工作，并保證對降雨進行初步過濾，以確保降雨的清潔度能夠達到城市生產活動用水需求。

（2）設計的綠化帶應具備一定的集水功能，結合防滲特性良好的材料，使雨水經引流后完成集水。

（3）在對綠化帶設計過程中，應針對城市中的實際情況提出相適應的導流工藝，使降水流動具有一定規律性。此外，還應在綠化帶上方合理設置雨水降落導流，確保自然降水的引流與集水過程更為順暢[3]。

3.6 相關附屬設施設計

市政排水工程設計時，應注意人行道、車行道的給排水設計以及對應附屬設施的設計，切實將海綿城市理念深入城市建設的全過程，從而達到全方位改善都市透水能力的目標。可以根據城市周邊地質狀況作好對平緣石工程的設計，特別是對其標高的確定，防止由于工程設計高度不足，無法確保降雨進入滲透性范圍。同樣，也需要重視都市路肩旁溝的設計，選用防滲性、透水性較好的材料，實現路肩旁溝與都市建設環境相契合，滿足城市建設的各元素特征，此外還可以考慮更換水泥材料（如拌和后表觀特征及耐腐蝕性良好的水泥）或使用植草類材料，可以擁有良好的防滲性，契合綠色城市建設，且對市政工程排水的長遠發展也具有重要的意義[4]。

4 結語

為了促進城市建設的全面發展，市政工程建設項目的設計單位，在開展城市給排水管方案設計工作過程中，必須科學合理地將海綿城市理念運用于都市給排水體系方案設計中，全過程、多角度考慮，科學合理地設計人行道、車行道及附屬設施，確保城市規劃內的給排水工程設計合理完備。將海綿城市發展理念落實在城市建設給排水工程的各個環節，可以有效推動城市建設持續性發展。