海绵城市建设新思路——导渗的应用

王颖成

(常州市市政工程设计研究院有限公司，江苏 常州 213000)

0 引 言

为满足城市发展需求，城市地面逐渐被大量不透水路面覆盖。世界主要城市的不透水面积均在50%以上，有研究指出北京及上海的不透水面积比例分别为77%和80%[1]。

自2013年12月12日，习近平总书记在《中央城镇化工作会议》的讲话中强调：“提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市”。自此，海绵城市的建设在全国如火如荼，广泛开展，其建设的理论和方法不断拓展，“渗、滞、蓄、净、用、排”的六字方针被广泛引用。各地相继出台一些海绵城市专项规划，明确了透水铺装率要求，有些地区甚至提出70%以上的要求。但是某些特定区域想要达标，难度很大。我们在常州市第一中学改造工程中，就遇到了一些问题，并尝试利用六字方针之外的技术思路来予以解决。

1 工程概况

常州市第一中学位于常州市老城区中心，占地面积约100亩。学校地势平坦。北部区域以教学楼、绿化为主，地势较高，南部区域以操场、篮球场等运动场地为主，地势较低，尤其是田径场，为学校最为低洼的区域，积水也最为严重。

该校的雨水排放方式以雨水收集口收集雨水，进入各级雨水管道，汇总后排入城市河道，属于较为传统的排放方式。

校园周边仅有两处雨水出口，分别为北门一根d 300的雨水管和西门一根 d300的雨水管沿路向南排向古运河，学校的“硬”排水能力不足。

根据我们的调查，学校各类设施及地面铺砌分布情况(见表1)。

表1 地表分布比例

从上述数据可以看出，各类不透水路面、地坪、运动场、建筑等占比较大，均超出20%，真正可以让雨水能够实现下渗的绿化和植草砖面积仅占15.7%。

2 运用海绵城市理念提升校园排水能力

提高雨水管道的排放能力是目前城市解决雨水排放的主要手段，依据《室外排水设计规范》，雨水的设计流量Q=q×j×F，式中Q为雨水设计流量，L/s；q为设计暴雨强度，L/(hm2·s)；j为综合径流系数；F为汇水面积，hm2。设计暴雨强度由地理位置及降雨情况确定，虽受气候变化的影响，但基本可谓“天注定”，汇水面积由学校的实际占地确定，可谓“地注定”，计算式中唯一可以改变的就是综合径流系数，它是一定汇水面积内需要排出水量与降水量的比值，径流系数越小，说明渗入地下的水量越大，进入城市雨水管道里的水量就越小，最终排入河道的水量也越小。

目前各地一般压降综合径流系数的方法有：(1)增加透水地表；(2)建设生物滞留带；(3)建设蓄水池，也就是六字方针里的“渗”、“滞”、“蓄”三个字。但是在学校的很多区域，尤其是运动区域，集中布置了篮球场、羽毛球场、田径场等运动场地，全部为不透水的塑胶、混凝土等铺装，不宜改造为透水铺装，周围也难以建设足够的滞留带或雨水花园，按照六字方针的方法，只能大规模建设地下蓄水池的方式来进行雨水调蓄，建设成本和运行成本均较高。

在生态优先，因地制宜的原则[2]指导下，是否有一种新的办法，可以拓展目前海绵城市建设的新思路，让这些区域也能建成可以吸水渗水的“海绵”？

3 导渗的设想

不妨设置一种途径，除了让雨水能够垂直下渗，也可以横向引导到其它不便于建成可渗地表的区域继续下渗(见图1)，让雨水绕过不透水的地表实现下渗，就近似等于那些不透水铺装的区域也变成了可以吸水渗水的“海绵”，这种“途径”就是我设想的导渗，雨水被雨水口收集后，其中部分雨水通过管道引到其它区域，再通过带孔管道(可以采用开孔塑料管、软式透水管、碎石沟等)释放排出，继续下渗。这种起到导渗作用的管路，即为导渗管。

图1 导渗管原理图

为验证导渗的实际运行效果，我们设计了一个箱子，来模拟验证运用了导渗管的海绵城市运行的效果。箱子分成三个区域：A区是普通裸露土地，为独立的实验对照区，倒入的水自行竖直下渗，并通过A区底部的泄水孔排出；B区为运用了导渗管的实验区，倒入的水不但竖直向下渗透，而且通过导渗管将水横向引导到C区来一起下渗，相当于下渗面积扩大了一倍(见图2)。A区、B区和C区的大小完全相同，各区内部所填入的砂土比例也完全一致，底部的渗水孔大小也一致。

图2 导渗管实验原理图

我们首先向A、B区匀速加入等量的水，可以明显看到设置了导渗管的B区水位上升得较慢，而A区水位上升很快，说明导渗管将一部分的水导向了C区，从而延缓了B区水位的上升。

向A、B区里加等量的水，测定A、B两区里水下渗完毕的时间。由于有导渗管将水引导到C区一起下渗，B区下渗速度明显较快，水渗完的时间为6 min11 s，而A区下渗的速度则较慢，水渗完的时间为11 min25 s，接近B区的2倍，而A区渗透面积为B区的1/2，实验证明水下渗时间与渗透面积成反比，也就证明了导渗管在发挥着它的导渗作用，将水从一个区域引道至其它区域来实现共同渗透是可行的。

4 综合运用导渗管的海绵城市建设

根据之前的调查，该学校受淹最严重的区域是学校南部的运动区域，尤其是田径场中央的大草坪，我们根据导渗原理设计了新的海绵城市排水方式(见图3)。

由图3可以看出，除了大草坪区域雨水可以直接下渗外，不透水地表的雨水不能直接下渗，地表雨水被雨水口收集后，被导渗管引导至不透水地表下方， 再通过管道空隙渗出， 将原先不能渗透的篮球场、塑胶跑道等不透水地表也可以实现持续垂直下渗，将可“渗透”面积扩大了数倍，相当于增大数倍的“海绵”的面积，使雨水下渗实现了最大化。

图3 导渗管工作图

根据这个思路， 我们可以把导渗管运用到篮球场、羽毛球场等各类运动场、低等级道路、室外地坪等区域，相当于这些面积变成了可渗透地表，综合径流系数可以大幅下降，效果明显。

虽然水的下渗对环境友好，但是对承载结构层却有着一定的负面影响，在导渗管的实际运用过程中，需要对以下问题引起重视，采取必要的工程措施，以防止引发新的问题：

(1)尽量选择中型、轻型荷载的地表来导渗，如次要道路、篮球场、田径场及休闲广场等区域，不建议重交通道路下设置导渗管。

(2)设置溢流设施。排入导渗管路的雨水水头应得到控制，防止因管道内水头过高，雨水反向上渗，造成相关地表结构层出现水损坏。当地形的起伏较大时，应在导渗区域的低处设置溢流井。

(3)导渗管的埋置深度。导渗管的埋置深度应埋设在地表铺装结构层以下，离开地面荷载的影响深度，并增加安全深度，同时为安全起见，可在结构层与导渗土体之间铺设防渗土工布或粘土层，防止雨水反向上渗，从而保证地表铺装有足够的强度来满足使用。

(4)为增加导渗效果，有条件时被导渗土体表层宜采用20～50 cm碎石或粗砂土。

(5)为防止导渗管堵塞，从而影响渗透效果，透水管周围应设置反滤层。管周反滤层可采用渗水土工布等材料包裹，管周采用粗砂包封。

5 结 论

海绵城市建设关系到我国生态文明建设的根本[3]，其范畴和内涵越来越广泛，包括了降低径流、控制污染、雨水利用等诸多方面，实际运用过程中存在的相关问题也在逐步得到解决，导渗所关注和提升的是其最为核心内容——“渗”，运用导渗，可以让雨水在地下的单一“竖向”渗透，变成“横向+竖向”的综合渗透，可以绕开不可渗的地表铺装，直达下层不影响使用功能的可渗透区域，从而建成更多的“海绵”。只要控制好导渗深度，设置合理的溢流，就能保证上层结构安全。

导渗的设置方式灵活，价格低廉，能够把海绵城市建设拓展到原先不宜建设或很难建设的区域，应用前景广泛，为海绵城市建设“六字方针”提供了新的拓展思路。