海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

周立權(quán)

（廣州市市政集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

近年來我國的城市化建設(shè)正處于關(guān)鍵階段，在進(jìn)行老舊城區(qū)的改進(jìn)與優(yōu)化過程中，相關(guān)部門應(yīng)基于海綿城市理念對給排水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，結(jié)合城市生態(tài)環(huán)境，貫徹可持續(xù)發(fā)展理念，從而體現(xiàn)出科學(xué)發(fā)展觀，改善城市居住環(huán)境。市政給排水設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)性、生態(tài)性與經(jīng)濟(jì)性的原則，提升設(shè)計(jì)的合理性，優(yōu)化城市水系統(tǒng)。

1 市政給排水設(shè)計(jì)的不足

當(dāng)前，我國的部分城市給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，無法滿足當(dāng)前的城市發(fā)展需求，嚴(yán)重阻礙了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。例如，我國南方地區(qū)夏季暴雨天氣較多，城市內(nèi)部容易在短時(shí)間內(nèi)形成大量的積水，不僅影響人們的出行，還會(huì)造成城市部分功能喪失。這種情況的出現(xiàn)反映了相關(guān)城市給排水系統(tǒng)的排水量較低，無法滿足實(shí)際泄洪需求，由此造成了水資源浪費(fèi)嚴(yán)重和城市用水緊張等問題，在城市化的持續(xù)發(fā)展過程中，大量人口涌入城市，勢必會(huì)進(jìn)一步加劇城市用水短缺問題，影響城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 海綿城市理念下市政給排水設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)性

傳統(tǒng)的市政給排水設(shè)計(jì)較為混亂，不同城市具有不同的設(shè)計(jì)方案，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且給排水系統(tǒng)的運(yùn)行能力較差，難以滿足城市發(fā)展需求。在海綿城市理念下，市政給排水設(shè)計(jì)更加重視系統(tǒng)性，在具體設(shè)計(jì)中將水系統(tǒng)組合在一起，構(gòu)成巨大的網(wǎng)絡(luò)，從而對城市水資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。例如，某城市的內(nèi)部降水量差異較大，部分地區(qū)降水嚴(yán)重不足，而另一部分地區(qū)出現(xiàn)了內(nèi)澇情況，這就需要利用給排水系統(tǒng)進(jìn)行水資源調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)城市供水平衡。海綿城市如圖1 所示。

圖1 海綿城市

2.2 生態(tài)性

在海綿城市理念下，市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出生態(tài)性的特點(diǎn)，尊重城市生態(tài)特征，根據(jù)現(xiàn)有的水資源自然調(diào)節(jié)系統(tǒng)，科學(xué)嵌入給排水系統(tǒng)，從而提高水資源調(diào)節(jié)的功能，使城市水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，某城市主要使用鋼筋混凝土材料進(jìn)行給排水管渠建設(shè)，雨水滲透率較低，主要通過排水系統(tǒng)進(jìn)入河流中，運(yùn)輸?shù)匠鞘型饷?，影響城市地下水的儲存量[2]?；诤＞d城市對管渠進(jìn)行改進(jìn)，可以提高水系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，從而使更多雨水滲透到地下，提高雨水利用效率，實(shí)現(xiàn)對城市水資源的合理調(diào)節(jié)。

3 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義

3.1 提高水資源利用率

由于以前的城市建設(shè)與規(guī)劃理念較為落后，傳統(tǒng)的給排水系統(tǒng)主要利用硬化材料進(jìn)行建設(shè)，這種材料的滲透性較差，嚴(yán)重影響了雨水下滲。雨水主要通過泵站和管道進(jìn)行排放，而且人們?nèi)狈τ晁玫乃季S，在進(jìn)行雨水處理時(shí)，主要將其排放到江河湖泊中，這種處理方式造成了雨水排放的末端水資源總量增多，從而形成內(nèi)澇問題，阻礙了城市的可持續(xù)發(fā)展。在海綿城市理念下，人們通過設(shè)計(jì)雨水花園、排水輔助設(shè)施、綠化帶等實(shí)現(xiàn)雨水的及時(shí)滲透與凈化，可以使雨水重復(fù)使用，減少資源浪費(fèi)。

3.2 優(yōu)化雨水處理系統(tǒng)

基于海綿城市理念設(shè)計(jì)市政給排水系統(tǒng)，可以通過綠化帶等進(jìn)行雨水凈化，并利用蓄水池儲存雨水，實(shí)現(xiàn)雨水的有效調(diào)節(jié)與利用，在源頭上避免雨水在城市內(nèi)部淤積，滋生細(xì)菌和微生物，對環(huán)境造成污染。利用雨水凈化系統(tǒng)對自然降水進(jìn)行科學(xué)處理，可以減少受到污染的雨水進(jìn)入自然水循環(huán)系統(tǒng)中，優(yōu)化城市雨水的處理效果，減輕城市河道治理的壓力。

4 海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

4.1 人行道和車行道的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行人行道的設(shè)計(jì)中引入海綿城市的理念，可以采用透水性較好的鋪裝材料，使雨水能夠快速滲透到地下，一方面可以避免道路上出現(xiàn)積水，對行人的安全造成影響，另一方面有利于增加地下水含量，對城市水資源進(jìn)行調(diào)節(jié)。透水性較強(qiáng)的鋪裝材料在應(yīng)用時(shí)具有較好的濕度和溫度條件，人們在通行時(shí)更加舒適。如無法采用透水性較好的鋪裝材料進(jìn)行人行道設(shè)計(jì)，可以在人行道上設(shè)置排水管，使管道的縱向坡度小于2.5%，橫向坡度為1%～2%，這樣設(shè)計(jì)也可以提高排水效果，避免道路積水[3]。車行道是市政排水設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，工作人員可以根據(jù)海綿城市理念，對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提升路面結(jié)構(gòu)的透水性，減少降雨時(shí)的路面徑流，增加雨水下滲，從而回補(bǔ)地下水。在進(jìn)行車行道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)兼顧安全性與生態(tài)性，道路的上層應(yīng)使用透水混凝土材料，而中間層與下層應(yīng)使用非透水性材料，既實(shí)現(xiàn)水資源的有效處理，又保護(hù)路基不受損傷。在車行道上還應(yīng)設(shè)計(jì)盲溝，引導(dǎo)雨水進(jìn)入綠化帶，車行道的縱向坡度應(yīng)為0.3%～0.6%，而橫向坡度應(yīng)為1%～1.5%，這樣可以保證雨水能夠及時(shí)排出。例如，在某機(jī)場道路的建設(shè)時(shí)，其長度為0.7km，同時(shí)是城市快速道路，因此在設(shè)計(jì)時(shí)使道路轉(zhuǎn)盤低于路面、匝道入口相對較高，方便雨水匯聚并排放到排水洪渠中，再利用截水溝進(jìn)行雨水截流。在設(shè)計(jì)中還應(yīng)建立蓄水池，滿足雨水排放與觀賞的需求，維持當(dāng)?shù)氐乃到y(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并在強(qiáng)降雨天氣進(jìn)行雨水調(diào)節(jié)在。透水混凝土路面如圖2 所示。

圖2 透水混凝土路面

4.2 綠化帶的設(shè)計(jì)

海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其具體形式還包括綠化帶的設(shè)計(jì)，其中綠化帶的作用有：對雨水進(jìn)行凈化、收集、疏導(dǎo)和排放，在具體的綠化帶設(shè)計(jì)中，工作人員應(yīng)因地制宜選擇合適的方式。城市在進(jìn)行雨水利用時(shí)，需要先對雨水進(jìn)行凈化，可以在進(jìn)行綠化帶設(shè)計(jì)時(shí)選擇鋪設(shè)礫石層與植土，并配置相應(yīng)的滲透管，從而對降雨進(jìn)行過濾，提高水資源的品質(zhì)。要想發(fā)揮綠化帶收集雨水的作用，工作人員應(yīng)在進(jìn)行綠化帶設(shè)計(jì)時(shí)，將其布設(shè)在距離道路18cm 的位置，并合理分布雨水口，使雨水更方便地匯集在道路和綠化帶中間，并進(jìn)入綠化帶。例如，在進(jìn)行綠化帶設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)人行道與車行道的建設(shè)方式，根據(jù)周圍地形條件，科學(xué)設(shè)置導(dǎo)流系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣時(shí)，可以使雨水有層次地進(jìn)入地下，對雨水進(jìn)行有效疏導(dǎo)，防止出現(xiàn)城市內(nèi)澇情況。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于車行道相對較低，綠化帶應(yīng)和雨水口、明溝以及兩側(cè)水渠配套使用，利用明溝進(jìn)行雨水沉積，同時(shí)利用兩側(cè)水渠進(jìn)行雨水配置，從而將雨水排放到綠化帶中[4]。在綠化帶中還應(yīng)設(shè)計(jì)溢流系統(tǒng)，連接排水通道，使雨水可以順著地勢排放到綠化帶中，儲存一定數(shù)量的雨水，防止雨水口過載而出現(xiàn)積水現(xiàn)象，同時(shí)綠化帶中的雨水可以通過溢流系統(tǒng)進(jìn)入管網(wǎng)，避免多余的雨水無法排出。工作人員應(yīng)合理確定綠化帶的間距，并修筑配水溝進(jìn)行排水，提高雨水收集的效率。

4.3 雨水花園的設(shè)計(jì)

雨水花園的設(shè)計(jì)符合海綿城市的理念，因此在市政給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛，雨水花園在城市給排水系統(tǒng)中應(yīng)用的作用主要是進(jìn)行雨水的凈化與儲蓄，避免雨水流失，降低其利用率。工作人員在進(jìn)行雨水花園的設(shè)計(jì)時(shí)，可以合理選擇植物種類，對雨水進(jìn)行凈化。雨水中含有浮塵、二氧化氮等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)如果無法有效處理，雨水資源就無法被利用，工作人員設(shè)計(jì)雨水花園進(jìn)行雨水的收集，應(yīng)科學(xué)布置植物種類，對有害物質(zhì)進(jìn)行過濾和分解，凈化雨水水質(zhì)。在市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合園林工程中的灌溉系統(tǒng)，進(jìn)行雨水花園的設(shè)計(jì)，利用植物的科學(xué)布置，阻止雨水蒸發(fā)，降低水資源的損耗。例如，某城市在應(yīng)用雨水花園進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)時(shí)，在城市廣場、停車場以及道路周圍建設(shè)雨水花園處理污染較為嚴(yán)重的雨水，在公共建筑屋面建設(shè)雨水花園調(diào)節(jié)徑流。在具體設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員采用本土植物搭配外來物種進(jìn)行植物層布置，如蘆葦植物根系可以深入地下60～70cm，可以降解COD，因此在雨水花園設(shè)計(jì)中應(yīng)用較廣，從而達(dá)到滯留和儲蓄雨水的目的，緩解城市排水壓力較大的問題。雨水花園的基層材料應(yīng)具備較好的透水性，使雨水能夠充分滲透到地下，補(bǔ)充地下水資源，同時(shí)提高水資源利用率，利用收集的雨水進(jìn)行植物灌溉和沖洗廁所。雨水花園如圖3 所示。

圖3 雨水花園

4.4 排水輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)

排水輔助設(shè)施也是市政給排水系統(tǒng)的一部分，對給排水系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起到重要作用。在人行道和車行道設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員應(yīng)對輔助設(shè)施如路肩與路緣石進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。路緣石包括立緣石與平緣石，立緣石高于路面，可以使雨水順利流向雨水口，平緣石與地面同樣高，能夠使雨水流入綠化帶和雨水口，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要，合理選擇路緣石種類。工作人員在應(yīng)用路緣石時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，在路緣石上鉆孔，方便雨水流過，或者間隔布置路緣石，留出一定的空隙，使雨水順利經(jīng)過，進(jìn)入綠化帶中，實(shí)現(xiàn)雨水的凈化與儲蓄，避免雨水資源浪費(fèi)。路肩在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)Σ牧系囊筝^高，需要合理確定混凝土材料的質(zhì)量，并采用先進(jìn)的施工技術(shù)，使混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與耐久性符合施工建筑標(biāo)準(zhǔn)，從而，滿足排水系統(tǒng)的要求。在城市給排水設(shè)計(jì)中，綠地也是其組成部分之一，綠地可以對雨水進(jìn)行凈化與儲蓄，能夠作為城市水系統(tǒng)的一部分，改善城市生態(tài)環(huán)境。城市綠地包括路邊綠地、公園綠地以及防護(hù)綠地等，工作人員應(yīng)在市政規(guī)劃中，合理布置綠地，發(fā)揮綠地海綿載體的作用，優(yōu)化城市的景觀布局，促進(jìn)城市水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。工作人員還可以利用植草溝進(jìn)行收集和輸送雨水，植草溝可以設(shè)置在道路和廣場區(qū)域，或者作為生物滯留帶，滯留雨水，提高水源利用率。

4.5 植物的設(shè)計(jì)

在以前，市政給排水設(shè)計(jì)主要依據(jù)城市不同區(qū)域降水量進(jìn)行確定，但是當(dāng)前社會(huì)對給排水系統(tǒng)提出了更高要求，工作人員應(yīng)對傳統(tǒng)的給排水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，解決雨水利用率較低和環(huán)境污染較為嚴(yán)重的問題。植物具有涵養(yǎng)水源、保持水土的作用，在市政給排水設(shè)計(jì)中應(yīng)用植物，可以避免雨水對地面形成嚴(yán)重的沖刷與侵蝕情況，避免土壤被雨水帶走，使土地變得貧瘠或沙化。在城市綠地、雨水花園、綠化帶和濕地的設(shè)計(jì)中，工作人員應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)的植物，使其深入土壤內(nèi)部，防止雨水對地面造成破壞，同時(shí)改進(jìn)給排水系統(tǒng)，凈化水資源，并使其滲透到地下，減少雨水排放的壓力，無須投入較多的資金修建排水系統(tǒng)及對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。由于市政給排水系統(tǒng)中的植物應(yīng)用還需起到涵養(yǎng)水源的作用，因此工作人員在選擇植物時(shí)，還應(yīng)選擇耐水的植物，使其能夠在多水的環(huán)境中生存，發(fā)揮良好的作用。例如，在城市內(nèi)部降水量較少的區(qū)域，設(shè)計(jì)人員采用耐旱植物進(jìn)行水土保持，在降雨時(shí)通過植物根莖充分吸收水分，在干旱的時(shí)候利用根莖儲存的水分保持存活。同時(shí)考慮到給排水系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性，工作人員應(yīng)盡量使用當(dāng)?shù)氐闹参锓N類進(jìn)行建設(shè)，減少運(yùn)輸費(fèi)和成本費(fèi)，并提高植物與當(dāng)?shù)丨h(huán)境的適配度，提高城市綠化美觀程度。

5 結(jié)語

總之，當(dāng)前我國的城市化面臨的主要問題就是人口增多和環(huán)境惡化問題，給城市生態(tài)環(huán)境造成了較大的壓力。基于海綿城市理念，對市政給排水系統(tǒng)進(jìn)行良好設(shè)計(jì)，有助于通過對雨水的及時(shí)處理和合理利用，改善環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共存，促進(jìn)城市健康發(fā)展。而且基于海綿城市理念設(shè)計(jì)市政給排水，可以通過綠化帶、植物、雨水花園、人行道和車行道的合理設(shè)計(jì)，合理進(jìn)行雨水資源的利用，改善城市生態(tài)環(huán)境。