海绵城市理念在城市给排水设计中的应用

刘晓璠 刘思思

（沈阳市市政工程设计研究院有限公司 辽宁沈阳 110000）

我国城市化建设规模扩大和不断发展导致许多城市人口激增，为城市化发展建设注入了“新鲜血液”，但随之而来的是，城市人口激增也带来了交通堵塞、环境污染和生态破坏等严重后果。当下，习近平总书记提出了关于“海绵城市建设”的号召，得到了全国人民的热烈响应，同时，为早日实现城市生态文明建设和建设美丽中国的美好愿景，各级政府相继出台了许多切合城市发展的举措和措施［1］。

“海绵城市”对于现代有些人来说既新鲜又陌生，实际上它是一种城市对自然界水资源的搜集、转化、利用和开发的新型建设体系，而这个城市给排水系统的建设在一定程度上直接影响着城市化建设的发展大局，所以，“海绵城市建设”为改善人民的生活环境、提高城市的水资源利用率、减少城市内涝严重等问题、营造城市和谐安宁的生态氛围、实施“海绵城市建设”的举措具有非常重要的现实意义［2］。

1 “海绵城市”建设的具体概念

近些年来，城市化建设的新兴革新理念相继得到验证实施。2012年，在《2012低碳城市与区域发展科技论坛》中，“海绵城市”概念第一次被提出。这个城市化建设理念主要以我国古代的桑基鱼塘和坡唐等系统建设为基础，将自然界的一切水资源就地储蓄、就地消化，指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。

众所周知，我国是水资源大国，但同时，我国也是世界上水资源极其缺乏的国家之一。特别是现代城市化建设发展过快，从而导致钢筋水泥的城市建筑群不断地增加，带来了城市绿化率不断降低，留给花草树木的空间正逐步压缩，使能够蓄水的植被生态系统遭到严重的破坏，导致城市地表的储水功能下降，最终导致城市内涝和旱涝等问题的发生。因此，如何把自然界中的水资源合理开发利用，变废为“宝”，是我国城市化建设中需要认真研究和思考的问题。那么，海绵城市建设的构想正是从合理解决雨水收集、处理、转化、利用等问题出发，不断促进城市蓄水功能的提升，形成城市内部的良性水循环体系，完善对水资源的有效管理，最大限度地维护好城市自然生态环境。

2 海绵城市建设在城市给排水市政建设中的重要意义

2.1 更好地保护城市生态环境

海绵城市建设理念对于恢复城市自然绿化和植被起到了不可或缺的作用，这一点已经在世界的城市建设中被广泛认可。海绵城市建设是对城市给排水设施的有效利用，并可以在城市的多个地带建立蓄水区，以增加绿化花园、园林公园和建筑生活小区、公路两侧绿化带等场所和设施的储水开发功能，进一步促进城市水资源系统的完善和发挥自身主要功能，同时，城市水资源的充足可以保证城市绿化植被长期处于一种繁茂的状态，达到有效保护城市绿化生态环境的目的［3］。

2.2 有效地降低城市内涝风险

现如今，许多城市的雨水蓄水功能不完善，特别是遇到较大型的降水时，城市内涝的现象极其严重。例如，2021年的河南郑州暴雨灾害，造成了人民生命和财产的重大损失。在海绵城市建设设计中，将城市地表部分地区变成一种“海绵体”的形式，具备丰富的储水功能，这主要是利用城市内的河湖等地表及城市特有的配套设施的特性，让自然界的雨水从城市的“海绵体”内下渗到地表，这样就可以利用城市特有的水资源的配套设施来进行储蓄、回收、利用，此外，还可以将剩余的水资源利用城市地下的排水管道进行外排，促进城市水循环系统的健康运行，降低城市内涝的风险。

2.3 避免城市水污染现象

海绵城市建设理念还有一个对城市建设重要的作用，那就是能够有效地避免城市水污染现象的发生。这是因为海绵城市建设设计中，城市水循环系统作用功能发挥良好，将落在地面的雨水主要以两种形式进行了环保处理，一种处理形式是将让雨水进入到城市水循环系统之中，加以有效地开发利用；另一种形式是将雨水储存在城市“海绵体”的蓄水设施之中，可以将雨水中的污染物进行沉淀处理，然后进行降解和净化，使储存水的水质发生了质的改变，达到自然生态水的标准［4］。

2.4 提升对极端天气的防范能力

近些年来，我国部分地区的洪涝灾害、暴雨灾害等极端天气频繁发生，给城市建设带来生命和财产的巨大损失，所以，我国许多城市在汛期都设立了防汛、防洪指挥部等职能部门，采取各种有力量措施，积极做好防汛和抗洪准备。而海绵城市建设理念的实施极大地提升了城市的防汛抗洪能力，是城市给排水系统的有益补充和完善。将自然界的降水用蓄、用、排、防等方式进行转化，从而有效地解决了遭遇特大暴雨时雨水积水过大过快造成的城市内涝等问题，降低了特大洪涝等灾害对城市建设的影响和伤害。

2.5 提高城市给排水系统设施利用率

海绵城市建设进一步促进了城市水循环，提升了城市给排水系统设施的利用频率。这主要是因为海绵城市建设理念构建于整个城市的排水系统发挥作用的基础之上，是对原有的城市给排水系统的补充与完善，对城市地下水再利用、再开发的一个循环体系过程。因此，海绵城市建设对城市的排水系统进行必要的改造，使城市给排水系统发挥出更大的作用和功能，从而大大提升了城市给排水系统的利用效率，使城市地下水时刻保持在一种充足、平衡的状态［5］。

3 城市给排水系统建设现存的主要问题

3.1 缺乏完善的城市配套排水设施设备

在我国，有些城市建设的年代比较久远，城市给排水系统普遍老化的问题还不同程度地存在，这种情况不仅给城市给排水系统设施设备维护、保养带来一定的难度，还给城市排水系统改造制造了难题。例如，老旧城区的管网布置走向和排水出口、管道材料的耐腐蚀度和抗压强度都与现代化的城市发展要求标准不符，由于管道的老化及老旧管材材料的缺点，使得城市内部分老旧地区的积水情况日益严重，而改造难度也逐步加大，这些困难也严重影响着市政建设的改造与发展。

3.2 极端天气给城市给排水系统带来挑战

近年来，由于全球气候变暖所引起的极端天气现象时有发生，这种异常气候的出现，里面有许多的人为因素，主要是人类对自然界生态的过度破坏所造成的温室效应，而这种极端天气状态给城市建设也带来了许多的负面的影响。例如，遇到连续暴雨天气时，如果城市没有一个良好的排水系统为支撑的话，会给人们的生命和财产安全带来不可估量的损失［6］。

3.3 城市水资源利用效率较低

我国是个缺水的国家，水资源利用率不良的状态时有发生，水资源不足以给我国的各领域的发展建设带来一定的负面影响，并且，各地水资源分配不均的现象也有所存在，在一定程度上影响到了农业建设的发展，制约了人民生活水平的提升。水资源利用效率低下的原因有许多，主要还是由于城市给排水系统效率低下所引起的，而水资源利用率的下降往往导致水资源的极大浪费，进一步导致城市缺水现象没有得到任何缓解。

4 海绵城市建设的应用原则及设计标准

4.1 海绵城市建设应用原则

海绵城市建设理念应用于城市给排水系统中，既能优化排水管路结构，又能提升排水系统的效益和功用。然而，在设计和应用过程中，应注重落实以下原则。

一是注重符合现代化城市建设发展规律。海绵城市理念的应用主要为了使城市给排水系统得到优化，防止自然灾害的发生。因此，在建设中，应注重城市发展给自然生态所带来的影响，遵循现代化城市建设发展规律，使城市建设发展规律与自然生态平衡相结合，注重环保和节约化设计理念，杜绝水资源浪费现象的发生，以满足城市人民生产生活用水的日常需要。

二是注重城市建设的自然环境特点。纵观我国的地势、地貌及自然环境，各个城市的自然环境特点都有所不同。例如，南方比北方河流湖泊较多，气候相对潮湿，全年降雨量大，城市内部积水现象严重，因此，南方城市极易发生洪涝等自然灾害。在城市给排水管线的设计上，不但要加强防洪、防汛设施建设，还要特别注意利用好多余的水资源，防止造成水资源的浪费现象发生，从而为城市居民的生产生活创造优质的环境。

三是注重节约成本，减少耗损。海绵城市建设理念是建立在开流节流的基础之上的，应遵循节约资源的发展观念，特别是在地下水和自然水资源的再生和利用方面，要遵循“优化设计、节约成本、减轻压力、提升效率”的应用原则，合理进行排水系统设计，在充分利用现有的排水系统相关设施设备的基础上，结合城市给排水系统发展规划组织实施［7］。

四是注重城市给排水体系建设发展需要。由于我国地缘广阔，城市繁多，许多城市的排水系统建设的发展规划不尽相同，具有较大的差异性。因此，在海绵城市建设上，更应该充分考虑每个城市给排水系统建设需要，要与当地的城市建设发展、生态环境、气候条件、经济发展和人民生产生活水平紧密相连，科学合理地制定出符合城市给排水系统建设实际的设计方案，以满足于城市给排水体系发展需要。

4.2 海绵城市建设设计标准

海绵城市建设理念对城市给排水系统进行必要的改造，提升了城市给排水系统作用的发挥。特别是在城市建设的相关环节上，还应该有相应的配套标准，以促进海绵城市建设理念的顺利实施。

一是城市道路设计标准。城市道路交通主要由行车公路和人行道所构成，而每个城市道路交通的长短和宽窄并不完全统一，还有些道路使用的材料多为沥青、水泥和石料等，容易出现道路积水和湿滑等问题，不仅可能造成对行人和车辆通行上的阻滞，还容易发生城市交通方面的风险隐患。如果这些积水无法在短时间内渗入地下，那么也可能出现热岛效应，给城市环境造成一定的污染。因此，利用海绵城市建设理念，增强这些道路的渗透性、排水性，使用沥青混凝土作为建造道路的表层材料，中下层使用封闭性较好的隔水材料，保证积水不侵蚀地基的情况下，减少城市道路积水现象，提升交通道路的使用时间和寿命。

二是道路沿线两侧设计标准。按照以往的公路建设标准，道路两侧应采用平沿或立沿的修筑方式，平沿石板与道路水平，可以较好地引导雨水进入道路两侧的绿化带，不容易造成道路积水的现象；立沿石板设计要高于道路，容易造成道路积水现象，但根据海绵城市建设理念，完全可以用立沿石板打孔、间隔铺设等方式，有效解决道路积水问题，实现雨水向道路两侧绿化带引导的设计目标。

三是城市绿地设计标准。在老城区改造中，城市绿地建设设计对城市给排水系统的功能发挥起到了重要的作用，同时，更是海绵城市建设理念不可缺少的部分。这主要是因为城市绿地在城市给排水系统中发挥了收集雨水、有效蓄水、自然过滤及二次利用等多项功能，因此，应科学完善地进行设计、构建和规划［8］。

5 海绵城市概念在城市给排水设计中的应用方法

5.1 海绵城市建设中的渗水设计应用

在传统的城市道路建设中，仅在边石旁设置雨水口，边石一般采用防渗土工布包裹，为了防止雨水渗入到道路结构层中，此时若出现大面积降雨，雨水口调蓄能力无法承载过量雨水，则多余的雨水会溢流到道路上形成积水。而采用海绵城市理念中道路施工的新型渗水材料，极大地增强了道路表层的强渗透性，使雨水轻松渗透到地下，解决了道路积水的“顽疾”问题。另外，这种雨水能及时渗透的做法也减少了道路路面径流的问题发生，避免了水资源的污染，从而提高了城市水资源的开发利用率。

5.2 海绵城市建设中的蓄水设计应用

在海绵城市建设中，地下蓄水层的开发利用对收集、净化水资源起到了非常关键的作用，地下蓄水层的深度设计一般应在地表以下10cm 处，铺设蓄水材料、防水布等，用以实现对水的储存。另外，还可以在道路两侧设置明沟，以加强雨水的沉淀效果。在大量降水季节，还可以把雨水出口设置在绿化带旁边，使雨水得到及时排放。城市蓄水库的功用非常多，净化的水资源可以作为道路清洁用水、消防用水、循环冷却用水等。

5.3 海绵城市建设中的滞水设计应用

海绵城市建设的滞水设计理念与城市地形地貌有直接的关系，只有合理导流设计，才能让降水快速渗入地下。而用雨水园区设计能很好地实现这个目标，就是在道路两侧设置绿化草地区域，利用雨水的径流功能，将雨水快速地导入，可以在雨水缓冲区放置一些细石块以减少雨水的径流速度，起到及时过滤的效果。同时，还可以利用城市内的沟渠和池塘对雨水进行截污和净化，避免大量雨水冲刷植被，使植被产生过多的流失。

5.4 海绵城市建设中的净水设计应用

在传统的城市建设中，绿化区的建设往往起不到对雨水储蓄和净化的作用，所以，为了有效地提升绿化区蓄水净水功能，应该合理规划绿化区设计，以下沉式的建设标准，使绿化区低于路面，以便雨水径流很好地导入进绿化区，实现城市给排水系统的净水功能目标。