基于“海绵城市”理念的城市道路排水系统优化设计研究

文/刘名

1 前言

不科学的城市道路排水系统设计会导致水资源的大量流失，为城市生态系统带来负面效应。在过去很长一段时间内，我国城市水资源生态系统不容乐观，绿色覆盖率低、蓄水能力不足等问题客观存在。随着可持续发展理念深入人心，海绵城市建设受到广泛关注，在解决人与自然矛盾方面作用显著。因此，相关部门应充分认识到城市道路排水系统的重要性，同时以前瞻性的目光看待海绵城市的建设，结合现有短板问题优化城市道路排水系统，发挥其生态治理作用。

2 海绵城市概述

2.1 基本概念

海绵城市理念认为城市应像海绵一样有一定弹性，对环境变化和自然灾害具有一定的应对能力。海绵城市整体遵循生态优先原则，通过人类行为与自然途径的协调提升城市排水防涝能力以及雨水资源利用能力，提升城市生态系统的稳定性。在海绵城市建设过程中，往往需要对自然降水系统、地表水系统以及地下水系统进行统筹管理，方能真正发挥海绵城市效用优势。

2.2 建设思路

客观来说，海绵城市建设的根本思路是扩大城市的竖向空间，实现对城市建筑、道路以及绿化的规划管理。其中，海绵城市的弹性主要体现在排水系统中，借助如同海绵般的排水系统对径流的雨水进行吸收、蓄藏和缓释，并将其应用到城市绿化建设、道路建设中，提升雨水资源的利用效率。与此同时，在雨水自然渗透、积存和净化的过程中，城市的排水防涝能力也将会有所增强，能够在一定程度增强人们对于自然灾害的应对能力，保障广大人民群众生命财产安全。

2.3 设计原则

在实践中贯彻海绵城市理念，需要相关部门及人员着重考虑两方面问题：一方面是明确现阶段道路管理模式，深入分析既有地下管道网络雨水收集和排放系统构造及作用发挥情况；另一方面则需要实现低影响开发，在技术允许的情况下提升雨水资源的利用效率。

3 海绵城市道路排水系统的作用

3.1 提升雨水资源利用率

在我国现代化建设捷报频传的同时，水资源短缺的矛盾问题也逐渐凸显。相对而言，我国水资源较为匮乏，且水污染现象较为常见。因此，若想有效缓解水资源供给和需求的冲突矛盾，必须提升水资源的使用效率。从这一角度来看，基于海绵城市理念的道路排水系统融合了超标雨水径流排放体系与城市雨水管道系统的优势，既可以有效提升雨水资源的利用效率，同时也在美化环境、保护生态方面发挥作用。除此以外，通过运用海绵城市道路排水系统对径流就地收集，可以在一定程度上降低管网的负荷，实现水资源的重复循环使用，符合新时期可持续发展的战略要求。

3.2 提升灾害应对能力

近几年来，我国极端降水等气候事件的发生频率整体偏高，部分城市降水密集且持续时间长，导致其排水体系长期处于高负荷状态，增加了城市内涝发生的概率，为人们的生命财产安全埋下了隐患。基于这一背景，运用海绵城市理念设计道路排水系统可以实现高效率的降水传递，避免路面存在大量积水，提升了城市在自然灾害和气候灾害面前的应对能力。

3.3 修复被破坏水质

基于海绵城市理念的排水系统强调现代技术与自然渠道的融合，以保持自然的水文特点、修复被破坏的城市水生态系统。因此，在城市化建设阶段，相关部门必须遵循生态优先原则，对区域内自然降雨、地表水、地下水及水循环的特点展开全方面的系统化分析，减少城市排水系统修建对生态环境的损坏，打造兼具生态效益和社会效益的地下管网。

4 基于海绵城市的城市道路排水系统设计

4.1 生态边沟设计

城市道路排水系统中的生态边沟是一种沟面草坪下设有过滤层的雨水收集形式，融集水井和下凹式绿化带于一体。通常情况下，如果在路旁设置生态边沟，则不需要在该路段额外设置雨水口。在降水天气时，雨水会顺着道路边缘的开口流入生态边沟，经过滤层渗透至地下。而在降水量较大的情况下，大量雨水无法渗透，此时会由沟内的溢流井溢流，并经由溢流井连接管流入市政雨水管道系统。客观来说，基于海绵城市的城市道路生态系统中生态边沟具有以下优势：其一，提升溢流井的聚集能力、降低雨水径流量；其二，对雨水中所夹杂的污染物起到初级的过滤作用，避免出现雨水口被堵塞现象，防止道路积水；其三，在一定程度上可以减轻热岛效应，调节城市的气候环境。

4.2 绿地调蓄池设计

在城市道路排水系统中，绿地调蓄池主要用于将雨水汇流至绿化带生态边沟，促使雨水径流缓慢排放，渗透至地下，或进入雨水储水模块箱。通常情况下，绿地调蓄池具有一定坡度，在调节季节性洪峰流量、均衡水体土质等方面作用突出。具体来说，绿地调蓄池的应用具有以下几种价值：首先，在城市出现大规模降水或短期强降水时，该设计可以降低洪峰压力，使得大量雨水流入江湖水体，避免雨水在路面大量存积。其次，绿地调蓄池同样具有过滤与沉积作用，可以阻截雨水中的泥沙，预防水土流失。最后，经绿地调蓄池排放的雨水可以进行回收再利用，用于绿化灌溉和道路清洁。值得注意的是，在设计绿地调蓄池的过程中，相关设计人员应选择将硬化区域作为汇水地带，将松软绿地作为滞流载体，并合理规划排水通道，展开精细的水文计算，提升绿地调蓄池设计对城市内涝问题的应对能力。

4.3 雨水智能板设计

在城市道路排水系统中，雨水智能板主要被应用于道路中面层与顶面层之间。由于设备对雨水的敏感性较强，在城市出现大规模降水天气时，雨水智能板能够迅速吸纳经由透水材质向下渗漏的雨水，而在天气转晴时，该设备又会借助光照感应、重力感应，将设备中的浓缩水借助PVC 管道传输至雨水储水模块箱，即路基顶部面层下侧。根据我国的城市道路结构来看，其普遍分为底层、上层、中层、下层，雨水智能板所处的位置是中层与上层之间，其良好的吸水能力在一定程度上阻挡了雨水进入底层，削弱了雨水对于道路刚度、承载能力的负面影响，可以为道路质量提供一种有效保障。与此同时，雨水智能板普遍具有良好的抗压性能，在道路施工过程中，于中层和上层交界之处设置厚度为2～3cm 的雨水智能板，并在路面布置磨耗层，可以有效提高工程质量。除此以外，雨水智能板属于绿色材质，能够多次重复使用。整体来说，雨水智能板具有如下特征：其一，雨水智能板具有良好的抗压性能，负荷能力较强，基本可以满足现代交通流量压力；其二，雨水智能板如同海绵一般具有良好的吸水性能，可以将地面渗透的雨水吸附在内部，将其转化为浓缩水；其三，雨水智能板具有环保性，可以回收再利用，且应用年限高达50年。结合雨水智能板在我国城市道路排水体系中的实际应用情况来看，其改善了传统模式中的借助道路坡度排水所导致的不均衡问题，借助良好的吸水能力和渗透性展开竖向排水，对水资源的感应和收集能力更胜一筹。在此基础上，利用净水设备对收集的水资源进行净化，可以达到有效减少雨水径流、提升水资源利用效率的目的[1]。

4.4 雨水过滤净化设施设计

结合我国现阶段海绵城市排水系统设计情况来看，绝大多数城市均设有雨水过滤净化设施。该类设施的作用原理是借助PVC 管和储水模块箱，对地面雨水中的漂浮过滤物进行过滤和分离，使得雨水中掺杂的颗粒物和雨水分离，达到净化雨水资源的目的，确保其可以被应用于绿化灌溉和工业建设。值得注意的是，无论采用哪一种道路排水设计模式，相关部门都必须编制可行的建设规划，严格落实责任制度，确保海绵城市道路排水系统建设的可行性与合理性。

5 海绵城市发展前景

海绵城市理念是基于生态可持续发展战略而提出的一个构想，具有较为明朗的发展前景。海绵城市的弹性主要体现在其面对环境变化和自然灾害自如应对能力方面，在强降雨天气吸水存水，在气候干旱时吐水放水，改善城市的内涝问题和干旱问题。事实上，受我国土地开发模式的影响，城市道路硬化问题持续加剧，间接干扰了城市地面的透水功能和滞水功能，城市降水的情况不容乐观。而在大量实践应用中，海绵城市在调节城市管道排水功能、缓解城市内涝问题方面展现出了较强的实用性。与此同时，由于海绵城市道路排水系统符合城市化建设需求，同时又符合生态文明建设思想，受到各级政府部门的一致认可和大力推崇。在未来很长一段时间内，海绵城市仍旧会作为城市道路排水系统设计的主要指导理念，成为提升区域灾害应对能力、拉动经济增长的重要因素。因此，海绵城市的发展前景整体较为乐观。

6 结语

综上所述，面临城市化建设进程中水生态循环系统的严峻挑战，相关部门应基于可持续发展理念，以海绵城市理念为指导，着手优化城市道路排水系统设计，解决传统城市排水体系的弊病和老化问题。也就是说，相关部门应结合城市的地质水文条件，合理设计生态边沟、绿地调蓄池、雨水智能板以及雨水过滤净化设施等，改善雨水径流，提升水资源利用效率，缓解城市内涝问题，推动城市经济和生态协调发展。