市政給排水設計中運用海綿城市理念的研究

陳巧蒙

杭州市水務集團有限公司 浙江 杭州 310009

我國城市人口數量較多，人均水資源占有率相對較低，加之水資源分配不均，導致在多個城市地區都存在水資源緊張現狀。結合這一情況，在城市給排水過程中，提高污水、廢水、雨水的收集、利用率是解決城市水資源利用現狀的有效途徑之一。所以，在市政給排水設計中，要深入探討海綿城市里面的運用策略。

1 市政給排水設計中運用海綿城市理念的意義

1.1 提高水資源利用率

城市在原有規劃設計過程中，通常會直接將生活污水、生活廢水以及雨水等直接排入到自然水源內。沒有對這些水資源進行回收利用，不僅造成了水資源浪費問題，也污染了自然環境。而在市政給排水設計中應用海綿城市理念，要求提高生活污水、生活廢水以及雨水的利用率，以此提高城市自身的蓄水能力。例如，在城市給排水設計過程中，設計人員可以設計合理的水資源吸納滲透系統，使生活污水、生活廢水以及雨水可以直接進入到水循環系統中，提高廢水的使用效率[1]。

1.2 緩解城市內澇與干旱

首先，在我國南方地區，受區域位置影響全年雨水較多，而且瞬時暴雨量相對較大，極容易出現內澇問題。應用海綿城市理念開展市政給排水設計，可以將多余雨水統一收集處理，加以利用補充，滿足城市基礎用水需求。其次，隨著全球氣候問題越來越嚴峻，在我國北方地區也經常出現城市內澇及干旱問題。應用海綿城市理念，可以有效降低北方城市內澇災害的發生概率，還可以將收集的雨水應用于旱季缺水期，改善城市內部生態環境。

1.3 改善城市環境

人類社會的發展速度以及經濟發展速度會對自然環境以及生態環境產生諸多影響，頻繁發生的生態問題也與人類活動及經濟發展直接相關。在市政給排水設計過程中應用海綿城市理念，可以有效促進城市的可持續性發展、改善城市內部環境、從源頭上控制水污染問題，還可以有效提高城市自身的污水凈化能力，對于改善城市環境、促進城市的可持續性發展有著重要的價值。

2 市政給排水設計困境

2.1 城市環境復雜

首先，隨著城市化進程不斷加快，城市內部土地資源的使用率越來越高，地下通道、車庫以及地鐵項目越來越多。而這些項目在實際使用過程中，會擠壓雨水吸納空間，使雨水凈流量和峰值流量快速增加[2]。其次，在生態環境逐漸惡化的背景下，極端天氣出現的概率越來越高。城市內原有的給排水系統已經無法滿足極端天氣的現實需求。原有城市內部的給排水系統在雨季經常會出現超負荷工作問題，導致雨季城市內部內澇問題嚴重，對市政給排水人員開展設計工作造成了諸多干擾。

2.2 雨水利用率低

首先，由于大部分城市內部的雨水回收利用系統都是公共性質的，普遍存在投資金額大、回報周期長的特點，短時間內無法為投資人帶來高額的經濟利潤。所以，在城市建設發展過程中，投資人對于雨水回收利用系統的投資積極性不高。其次，城市在進步發展過程中，已經意識到了雨水回收利用系統的重要應用價值。但是，在實際新建雨水回收系統的過程中，盲目追求規模以及回收利用量，并沒有充分考慮區域特點，導致大量雨水回收利用系統閑置的問題產生[3]。

2.3 市政給排水建設及與養護脫節

首先，城市在持續性進步發展過程中，前期規劃的市政排水系統整體管徑較小、排水坡度有限，經過長時間使用，管網內部已經出現多處堵塞，嚴重影響了市政給排水系統的過水面積。其次，為了優化城市環境，所有城市都會配備路面清潔人員。但是，這些人員在實際工作過程中，會直接將路面的淤泥、土塊以及落葉的掃入雨水口內。個別城市居民以及商戶在實際生活過程中，也會將大量垃圾以及雜物傾倒入雨水口內，導致雨水口堵塞問題時有發生，嚴重影響了雨水口的使用價值。最后，在市政給排水管網維護過程中，并沒有對雨水管網和雨水口進行定期清潔及養護，導致道路積水問題頻繁發生，這不僅會影響城市居民的正常出行，也會對城市居民的生命財產安全造成威脅。

3 市政給排水設計中運用海綿城市理念的策略

3.1 地下管網設計要點

首先，給水系統以及飲水系統是城市給排水系統的重要組成內容，也是滿足城市生活用水以及工業生產用水的關鍵管線。在實際使用過程中，為了避免這類地下管線遭到人為破壞以及外力影響，需要使用HTP等保護性材料，提高管線的保護水平。在這類管線埋入地下之后，施工人員需要在管線上方填壓實土體，且土體的強度標準至少要達到95%以上，確保給水管線在持續性使用過程中，不會受到地面荷載壓力的影響出現破損問題[4]。

其次，基于城市消防監控的現實需求，在消防管線設計過程中，設計人員需要將其設計為一個閉環系統，由各區消防栓作為網絡節點，不斷提高城市范圍內整體的防火水平。在設計消防管線的過程中，設計人員需要將消防管線與地下蓄水箱相互連接，并且確保消防管線內水壓達到既定的標準。在這一過程中，設計人員可以使用水泵組來滿足壓力需求。

第三，結合海綿城市的設計理念，在對生活污水下水道進行設計過程中，設計人員可以采用PID設計模式，應用獨立系統運行方式使生活排污下水道與其他排水系統相互分離[5]。設計人員也需要在地上建立相應的排污點以及廢水收集點，確保城市污水可以直接由地下排污管網進入密封漏斗結構，最終排向地下廢水井。

第四，應用海綿城市理念開展設計過程中，設計人員也可以以原有城市污水處理廠為基礎，通過擴建、升級等方式進一步提高城市內部的污水處理水平。在城市污水處理廠擴建、升級過程中，可以按照表1所示內容進行改造。經過改造后的城市污水處理廠，可以快速收集生活污水以及工業污水，經過排酸、除碳氫化合物等降害處理之后，這些污水可以直接排放，不會對自然環境造成污染。

表1 某城市污水處理廠改造擴建明細

最后，基于海綿城市理念，在對城市內部原有地下管線進行改造和升級過程中，需要重點關注受污染雨水管道系統。通過建立雨污分流地下排水管道系統，可以有效收集城市地面徑流，將其統一到未被污染的自然水體中，進行簡單凈化處理之后，就可以應用于城市清潔灌溉等工作中。這部分未被污染的自然水體，也可以直接進入地下儲水箱進行儲存。即使地下儲水箱的儲存量已經達到了既定標準，也可以將多余部分排向城市周邊的江、河、湖、海中，不斷提高城市給排水系統的蓄水調節水平。

3.2 改造透水鋪裝地塊

第一，如圖1所示，在對這些城市內部原有道路進行改造的過程中，可以充分應用透水鋪裝材料，改造路面結構，提高城市道路的滲水、透水能力。第二，在進行透水鋪裝地塊改造過程中，施工人員也要著重關注施工區域路基的整體承載能力以及施工區域周邊環境，確保在實際施工過程中，不會影響路基的強度。基于這一需求，施工人員可以結合實際情況，在路面中層設計混凝土墊層，實現隔離地表水的目的。基于此，施工人員還可以在路面上層鋪設透水性較強的瀝青混凝土板，通過調節路面坡度等方式，使改造后的道路能夠與周邊的排水系統形成一個完整的雨水收集滲透系統。最后，在改造透水鋪裝地塊的過程中，設計人員可以結合城市內部原有停車場、運動場等進行改造，應用透水鋪裝材料對原有停車場以及運動場的路面進行改造，進一步提高城市內路面的透水滲水能力。透水性鋪裝材料在城市路面改造過程中有著極高的應用價值。

圖1 透水鋪裝路面結構

3.3 加強綠化設施建設

在城市規劃設計過程中，要對綠化設施進行重點關注，通過公園、廣場、綠地等設施，不斷提高城市內部的吸塵降噪水平，不僅可以滿足美化城市的需求，也可以滿足雨水吸納、蓄滲透需求。隨著物質生活水平不斷提高，人們對于城市內部公園、綠地廣場的要求也越來越高。城市內部公園、綠地廣場不僅是休閑娛樂空間，也是改善生態環境的重要內容。但是，傳統公園、綠地、廣場在維護過程中會消耗大量的水資源，對市政給水系統依賴程度較高。在應用海綿城市理念開展市政給排水系統設計過程中，需要以提高城市的水資源利用率為基礎，合理設計綠地、公園、廣場的給排水系統，滿足城市的可持續性發展需求。

首先，以海綿城市理念開展城市內部綠化設施規劃建設過程中，設計人員需要多應用透水鋪裝材料、雨水花園等設施，在公園、綠地、廣場中增加池塘、雨水調節池和人工濕地等。在雨季，可以充分發揮城市內部綠化設施的凈化、吸納功能，也可以減輕城市排水系統雨季排水壓力。其次，在城市綠化設施規劃建設過程中，設計人員需要著重關注濕塘以及人工濕地、調蓄水池等，通過這些設施，可以在旱季滿足城市內綠化景觀的灌溉需求[6]。總之，在市政給排水設計過程中通過應用海綿城市理念，可以實現城市內部水資源的循環利用，緩解城市內部給水壓力，也能建設綠色城、綠色城市、健康城市以及生態城市[7-9]。

3.4 建立回收凈化系統

海綿城市理念要求，在市政給排水設計過程中，要著重關注回收凈化系統，這里所說的回收凈化系統不僅僅是指雨水回收凈化系統，也指生活污水以及工業污水的回收利用系統。

首先，設計人員在開展市政給排水設施設計過程中，要充分了解城市內不同區域的水質情況、水量情況以及排出方向，結合城市生活污水、工業廢水以及雨水的收集需求，實行城市內給排水系統分步改造。設計人員 需要先改造城市內干旱、內澇嚴重區域的市政級排水系統，確保改造后的區域不會出現雨水堆積問題，也可以為后續改造工作積累豐富的經驗[10]。然后設計人員需要將不同區域內的雨水再生管網連成一個統一的整體，實現城市內部所有污水及雨水回收凈化利用的目的。其次，隨著城市化進程不斷加快，越來越多的城市新區規劃建設，在開展市政及排水系統設計過程中，設計人員需要充分利用海綿城市理念，合理布置污水處理廠、廢水處理廠、雨水蓄水池的位置，通過配置再生水處理回收利用系統，提高城市內部水資源回收凈化水平。第三，城市水資源回收利用系統對于城市的可持續性發展有著重要的價值。但是，由于該系統的投資性價比相對較低，大部分投資人不愿意將資金投入到這項工作內容之中。在城市進步發展過程中，政府也要給予投資方一定的政策支持，通過貸款優惠、減免稅收等方式鼓勵更多的投資方加入到城市雨水回收利用系統施工建設中，快速完善城市內部水資源回收利用系統。最后，城市水資源回收利用系對于城市進步發展有著重要的意義，也與城市內部每一個居民息息相關[11]。所以，在建設城市水資源回收利用系統過程中，政府要加大宣傳力度，提高城市居民的節水意識，將水資源回收利用理念深入到每個居民的內心中。總之，在市政給排水系統設計過程中，想要充分應用海綿城市理念，就要建立水資源回收凈化系統。設計人員、政府主管單位以及宣傳部門，都需要提高對城市水資源回收凈化系統的重視程度，通過多種渠道，不斷完善城市內部水資源回收凈化系統，進一步提高城市內部水廢水及雨水的回收凈化能力。

4 結論

在市政給排水設計中運用海綿城市設計理念，可以有效提高水資源利用率、緩解城市內澇干旱、改善城市環境。但是，在市政洗排水設計過程中卻普遍面臨城市環境復雜、雨水利用率低以及市政給排水建設與養護脫節的困境。結合海綿城市理念在開展市政及排水設計過程中，要提高對地下管網設計的重視水平、改善改造透水鋪裝地塊、加強綠化設施建設，同時建立回收凈化系統，不斷提高城市內水資源利用效率。