市政排水设计中海绵城市理念的渗透

胡涛涛 中交城乡建设规划设计研究院有限公司工程师

李玲丽 中交城乡建设规划设计研究院有限公司工程师

随着现代化城市的发展，资源枯竭危机以及可持续发展已经成为人们共同关注的话题。由于人们赖以生存与发展的很多资源都不可再生，为了更加充分地利用资源，促进人类的可持续发展，需要积极寻求更多的资源利用方法。海绵城市理论能够在较好利用水资源的基础上促进城市发展，将雨水通过城市的管道工程收集起来，净化后用于周边的农田灌溉和建筑施工等，最终实现水资源的良性循环。

水循环在生态文明城市的发展过程中起到了关键作用，生物的生长发育均离不开水资源的支持，并且水也是植物光合作用不可缺少的成分之一。同时，水循环为维持生态系统稳定提供了巨大的支持。但是随着市政道路的建设推进，城市中可渗透雨水的土地面积越来越少，降雨后的积水排放问题成为影响自然水循环的重要因素之一。部分城市在强降雨后会出现雨水长期停留地表的情况，更甚者会引发城市洪涝灾害。将海绵城市理论和给排水设计工作有机结合后，不仅可以为城市储存更加丰沛的水资源，促进水循环的顺利展开，同时可以促进城市的生态发展，降低洪涝灾害发生的风险[1]。

1 海绵城市理念在市政排水设计中的应用意义

1.1 提升雨水资源利用率

生物的生存以及人类的生产生活都和水资源有紧密的联系，特别是在城市人口日益密集的前提下。而我国淡水资源的人均占有量居世界落后地位，仅依靠江河湖泊以及城市周边的水资源无法满足城市现代化发展需要。由于多数城市会有降雨降雪，若能积极利用自然降雨并收集起来，可以缓解城市用水紧张的问题。将雨水资源通过管道等排水设施集中起来，在完成初步的过滤和消毒后用于城市的绿化或生活用水等，以达到水资源的循环利用[2]。

但是在雨水收集的过程中存在一定的问题，现代化城市中多数为水泥沥青道路和集中的建筑，可渗透的泥土层较少，自然渗透的能力很差，雨水无法通过道路渗入地下。很多雨水未被利用的原因就在于积水停留在土地表面后，经过自然蒸腾作用被带走，或者进入城市的污水系统后无法循环使用。海绵城市理论的出现为水资源的循环利用提供了更多的支持，不仅可以实现雨水的循环利用，还可以降低供饮用的水资源被用于城市运营的概率。

基于海绵城市理论的给排水工程，是将城市的现有建筑和道路进行分析与规划，然后再按城市的水文条件以及人口密度分布进行后续的城市公共设施规划[3]。这些公共设施中主要包括给排水工程相关的市政道路工程、给排水工程以及绿化工程等。除此之外，为了更好地保障雨水收集工作，需要精心设计道路和周边雨水收集系统的参数，从而为改善城市水循环以及提高行车安全性提供支持。

1.2 改善城市生态环境

我国在未引入海绵城市理论之前存在排水系统堵塞、城市干旱缺水的情况，一方面严重影响了人民的日常出行，另一方面对于城市的正常运行非常不利。海绵城市理论会在改善城市给排水系统的同时优化环境，为创造更加和谐、文明的城市发挥了一定的功效。

首先，海绵城市理论非常重视可持续发展和绿色发展，会通过雨水的处理来保障城市的水资源供给。其次，海绵城市理论尊重自然发展的规律，通过分析城市自然环境和水文条件，在较小范围改变现有环境的基础上实现水资源的循环。再次，海绵城市理论可以在现有城市建设和给排水系统建设的前提下合理布局，这样不仅可以达到改善城市水循环的目的，而且可以减少资源和经济成本的浪费。最后，海绵城市理论和我国号召的可持续发展理论与绿色发展非常适宜，使城市在良性发展的前提下实现对自然的保护[4]。

1.3 改善初期雨水污染问题

降水初期，雨水会在降落的同时吸收大气中的污染成分，因此初期雨水的污染程度较高。为了降低初期雨水的污染程度，设计人员模拟雨水的渗滤过程做了对比实验，实验结果表明，将沸石、蛭石、煤渣以及陶粒4 种基质放入到路面或者绿化带表面，并选择最合适的配比，能够有效降低雨水的渗透速度，提高污染物的降解能力。

1.4 有效防止洪涝灾害

海绵城市的建设能够有效减少洪涝灾害，缓解城市污水排放紧张的问题。当降雨量超过可容最大值时，海绵城市的超标雨水径流系统会工作，将多余的水量通过相应的措施排出，避免灾害的发生的情况。

雨水堆积对城市而言有一定的伤害，这是因为其中的成分存在一定的腐蚀性。当雨水过多产生堆积现象时，会对地面、建筑物或市政设施产生负面影响，增加市政设施维修的工作量，而如果雨水能够通过渗透等方式被及时排出，则能够降低设施被腐蚀的概率。

2 海绵城市建设概述

2.1 海绵城市的定义

海绵城市主要面对的是洪涝灾害发生较为频繁的城市，其建设可以更好地应对洪涝灾害和环境变化。海绵城市理念的提出改变了传统城市的建设模式。传统模式是通过管道的方式排出雨水，而海绵城市在建设中更多使用渗水砖、下沉式绿地等环保措施来进行积水的排出，从源头将雨水分散，然后缓慢地进行释放，既有效收集了雨水，又能避免洪涝灾害[5]。

设计人员在建设海绵城市的雨水系统时主要以渗透、收集、净化、使用以及排放等技术手段实现对雨水的控制，保证城市的海绵功能。“海绵体”是建设海绵城市的要素，首先是指江、河、湖等自然水系，其次是建设绿地、花园、可渗透路面等城市配套设施，达到水资源循环利用的目的，从而为缓解城市用水紧张提供支持。

2.2 海绵城市的雨水系统

海绵城市的雨水系统主要分为3 大类，分别是低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统以及超标雨水径流排放系统。它们之间相互协作，共同保证城市免受雨水侵害。

城市雨水管渠系统的主要作用是收集和输送雨水，防止雨水堆积影响人们的正常生活与生产。一般设计在地势较低或便于接入雨水的位置，有利于雨水的收集，减少街道设施受雨水的损坏程度，减轻市政工作人员的工作强度。超标雨水径流排放系统主要是应对降雨量超过雨水管渠系统的雨水径流，可以采取一定的措施，3 大系统相互独立，各自发挥作用，为海绵城市的建设作出一定的贡献。

3 市政排水设计工作主要内容

在设计排水系统前应做好前期工作，设计人员需在详细了解城市水文、地质等资料的前提下进行基本的设计工作，若有必要或对资料存在疑问时，可实际调查后再进行给排水系统的设计工作[6]。

城市的散水和污水排放设计应当综合考虑后进行设计，因为这两个方面具有紧密联系。另外，应当严格按污水排放标准和散水标准进行设计，相关管材等材料的使用应严格按标准确定，并积极在给排水系统建设阶段引进更多的先进积水，为提高排水系统的使用寿命提供支持。

4 海绵城市概念在排水设计工作中的应用

4.1 人行道设计

过去，我国在排水设计中不够成熟，所以很多城市排水系统能力较差。首先，道路在长期使用下不够平坦，强降雨期间非常容易产生大水坑，影响出行质量。其次，下水道口处的水流量较大且汇聚来的水流往往会带来很多垃圾，若不及时清理非常容易引起排水口堵塞，道路积水难以迅速排净。最后，部分下水井设置不合理，当城市处于强降雨期时，雨水难以快速排放到路面之外，若行人对道路不够熟悉容易引发危险，会发生道路被雨水覆盖看不清而滑入雨水井的情况[7]。因此，改变城市的排水系统，将海绵城市理论融入其中成为城市道路建设和给排水系统优化的关键。

海绵城市理念应用于人行道建设的重点有两点：一是道路设计，二是材料选择。雨水中可能存在各种化学物质，若城市为煤炭城市，大气中可能含有大量的SO2，当雨水和空气的成分反应后可能具有较强的腐蚀性，长期腐蚀下可能导致道路不平的现象。为了更好地收集雨水并减轻腐蚀，应当保障人行道路具有一定的倾斜度，从而保障雨水借助重力作用快速流入雨水收集口。与此同时，为了更好地利用雨水，在排水系统中加入净化装置非常有必要，而处理后的雨水可以用于城市建设的多个方面。此外，为了保证雨水的渗透率，需要选择透水性较强的材料。这样不仅可以保证雨水的渗透效率，还可以减少积水留存的可能，同时这些透水材料不会和水发生化学或物理反应，所以也不会产生性状改变，因此减少了道路不平的情况。

4.2 机动车道路设计

我国多数城市的机动车行驶道路会采用不透水材料，降雨后会出现积水的情况，这不仅影响了车辆正常经过，还会进一步引发热岛效应。而将海绵城市理论应用于机动车道路设计中不仅可以改善热岛效应，还会提高行车质量。与以往的机动车行驶道路相比，引入海绵城市理论后设计中会利用透水性较强的材料作为路面施工材料，并且会应用更加先进的道路铺设技术，所以无论是路面积水程度还是城市水循环上均会得到优化[8]。具体设计为路面采用渗水型沥青混凝土材料，中下层为不透水高强度材料，这样不仅可以减少积水对路面的影响，还可以避免雨水渗透造成道路基础强度降低。在降雨期间，雨水会通过倾斜坡度汇入旁边的排水装置中。车行道设计如图1 所示。

图1 车行道设计

4.3 绿化带设计

绿化带除了具有生态作用外还可以过滤雨水中的杂质。为了更好地发挥绿化带的作用，设计时可以在绿化带种植土的下方铺设过滤砂石，绿化植物旁边放入溢流管[9]。另外，绿化带可有效降低雨水的排放速度，某工程绿化带的具体设计如图2 所示。

图2 绿化带设计

4.4 与城市绿地的衔接

海绵城市理论为建设生态化城市提供了支持，因此在城市给排水工程设计阶段，设计人员应当重视城市绿地的作用，在促进城市生态文明发展的同时优化市政给排水系统。城市绿地一般有植草沟、下沉式绿地等，根据城市的地貌选择不同的衔接方式。

城市发展过程中可以通过建设人工水池来提高城市透水率。一方面可以改善城市环境，为城市的生态发展提供支持，另一方面为雨水的收集和利用提供便利。例如，在住宅小区的景观设计中加入池塘作为蓄水池，收集降落的雨水。为了提高城市土地利用率，可以将雨水利用装置布置在地下。而城市的广场、室外停车场等地面可以采用透水性更好的铺装，如嵌草砖等，这样有利于雨水的快速渗透，还可以缓解雨水径流过高造成的积水问题。

5 结语

海绵城市理论和现代化城市发展非常契合，有利于城市基建事业的发展。在市政给排水设计工作中融入海绵城市理念不仅有利于建设生态文明城市，而且能提高水资源利用率，缓解城市用水紧张。

因此，设计人员应当在充分研究海绵城市理论的基础上结合城市现有的水文、地理条件进行设计，从而在优化城市环境的同时减少降雨量过大以及洪涝灾害的影响，最终为城市发展和国家公共基础事业的发展贡献更多力量。