基于海绵城市建设理念的市政给排水建设研究

胡胜

（中国市政工程西北设计研究院有限深圳分公司，广东深圳 518048）

1 引言

城市的洪涝灾害来源是多种多样的，一些城市临江滨海或者依山傍水，常年自然降雨量较大，一些城市地处低洼盆地，容易遭受洪涝威胁。与农村地区相比，城市由于资产与人口都相对比较集中，所以遭受洪涝灾害受到的损失自然也要大得多。因此，为了给城市居民创造更加安全舒适的生活工作场所，深入探究海绵城市理念下的市政给排水建设问题是非常必要的。

2 海绵城市理念的定义与功能

海绵城市是新一代的城市雨洪管理概念，它是一种以城市水资源管理的策略方法为研究对象的城市建设理论。与传统雨洪防治措施中单一的“疏、堵、排”方法不同，海绵城市意在通过改善城市渗水蓄水能力，使城市能够成为像“海绵”那样实现水资源的弹性调度。当城市面临大水量降雨时，由低影响的雨洪开发系统来将这些雨水净化处理并集中积蓄起来。等到城市旱季需水时，再将雨水收集装置中的水进行充分释放利用，例如，用于城市街道清扫、工业生产、城市绿地灌溉以及其他用途等。这种城市水资源管理策略本质上就是对城市水资源进行“移峰填谷”，一方面它可以减轻城市地下给排水管网与周边江河水体的流量压力，减少城市内洪内涝受灾程度；另一方面还可以一定程度上缓解我国部分水资源匮乏城市的生活需水问题。

然而这种水资源管理策略并不是单纯地依靠地下管线沟渠这一种给排水设施来实现的，它需要市政给排水系统建设真正从城市生态服务功能方面考量，结合当前阶段的建筑工程技术、道路工程技术、管网工程技术以及环保植被技术等多个专业方向，共同构建一个跨尺度的水生态循环系统。而海绵城市理念下市政给排水设施材料的应用，除了增加城市的渗透能力抵御城市内洪内涝灾害以外，还兼具吸音降噪功能，并有效缓解城市的“热岛”效应，这便是海绵城市建设的主要核心内容。

3 海绵城市理论下市政给排水设施建设策略

某市于2016年被正式列为海绵城市建设试点城市，为了进一步响应“中央城镇化工作会议”要求指示，规划通过海绵城市建设达到如下目标要求：一是最大限度控制城市建设对生态环境的影响；二是针对市政给排水设施建设方面，结合棚户区、老旧小区的内涝、黑臭水体的治理工作，应用“雨污分流”的水资源管理策略，至少要实现70%降雨流量的就地消纳利用；三是推广应用渗透性道路铺装以及海绵型公园绿地，城市建成面积20%以上需要达到修复城市水资源生态以及涵养水源的要求；四是加大力度治理城市坑塘、周边自然水体、人工河湖以及湿地的生态破坏问题，恢复城市水体的微水循环调节能力。在上述目标要求下，市政给排水设施的建设要点共分为如下几个方面。

3.1 城市给排水地下管网系统建设要点

城市给排水管网系统是指用于市政城市服务的地下管线，这些管线通常是以埋入地下或沟槽的方式来组成完整的给排水系统的，其中排水管线多是依靠重力流程系统组成。海绵城市理论下，城市给排水地下管网系统功能应当细分为如下几类。

3.1.1 给水系统及饮用水系统

主要是指城市生活饮用水以及工业用水的输水管线，为了避免给水管线遭受破坏影响城市供水，需要使用HDPE、球磨钢管等带有保护性外覆层的材料掩埋系统。同时，管线埋入点上方1 200 mm处回填压实土体至少达到95%的强度标准，使管网结构免受地面负荷的压力破坏[1]。

3.1.2 消防水系统

为了满足城市消防监控分区的管理要求，地下消防水系需要建设为一个完整的闭环系统，由分布在城市各处的消防栓作为网络节点，实现防火保护功能。消防水系统的管线与地下蓄水箱连接，并使用泵组来维持其工作压力水平不低于预定条件。

3.1.3 封闭式生活排污下水道

表1为该市某老旧城区污水管道改造的工程量清单。在海绵城市建设策略下，排污系统采用PID设计，以独立子系统运行的方式与其他给排水子系统分隔独立，通过地上的排污点以及废水收集设施直接将城市污水送入与地下排污管网相连的密闭漏斗结构中，最终通向废水地下井。海绵城市理念下的污水处理单元，将不再处理地面汇聚的雨水径流，而是单独设置受污染雨水系统来净化地表降水[2]。

表1 污水管道改造工程量清单（局部）

具体参数设计需要用式（1）来进行计算：

式中，Q1为污水管网的设计流量，m3/h；N1为城市管网排水节点数量；K为污水量的变化系数；M1表示为污水定额，L/（人·h）；t为污水排水时间，h。

3.1.4 污水处理单元

在该海绵城市项目建设方案中，规划对原有城市污水处理厂进行改扩建，从而提高城市污水净化处理能力，其中某一处污水处理厂改扩建工程明细如表2所示。

表2 某一处污水处理厂改扩建工程明细

以城市污水处理厂为单元核心，从城市工厂以及非工厂建筑物中收集城市污水，经过除酸、除苛性碱、除碳氢化合物、除COD等降害化处理，使污水水质达标后方可进行排放[3]。污水处理单元的设计流量可以用式（2）进行计算：

式中，Q2为污水处理单元的设计流量，m3/h；M2为污水定额，参照地区用水定额进行计算；N2为服务总量，采用人口密度×服务面积来计算。

3.1.5 受污染雨水管道系统

海绵城市建设中，该市于某地段对原有的地下管线设施进行了改造建设，独立设置了受污染雨水管道系统，具体施工内容如表3所示。

表3 某市“雨污分流”地下排水管道改造工程明细（局部）

通过地表的雨水井以及排水沟渠来收集地表径流，在其排入未污染的自然水体系统前，对其进行净化处理后通入地下蓄水箱储存，当城市雨水积存量达到上限时，再将溢出部分的水量排向城市周边的自然水体中，以增加城市给排水系统的蓄水调节能力。

3.2 透水铺装地块改造

除了地下管网的雨污分流治理改造工程以外，另一方面还要做好城市透水铺装的地块改造。传统市政道路设计方案中，由于路面层渗水透水能力不强，在城市雨季来临时，经常会出现严重的内洪内涝问题。所以在海绵城市建设理论下，需要在该地将已到达或接近使用年限的道路进行透水改造，使用的透水铺装材料改造的路面结构如图1所示。根据路基荷载性能以及周边环境，在路面中层或下层使用高密实度的混凝土垫层来隔离地表水，避免影响路基强度，同时在路面上层使用透水铺装的沥青混凝土板，并适当调整路面坡度使其与道路排水结构连接为一个完整的渗透系统。这样当城市降雨时，地表径流就会由路面向路面中层渗透，经过路面层排水沟渠流入地下，即使降雨量较大，超过了地下蓄水容积，也可以通过盲沟排入路边绿化带。除此以外，对市政道路两旁的花岗岩汀步道、停车场以及运动场等周边设施，也要采用透水铺装材料来改造路面，以增强城市路面渗透蓄水能力。

图1 透水铺装路面结构示意图

透水铺装的地块改造是以城市地表径流总量以及径流污染为控制目标的，所以为了贯彻落实城市“低影响开发”的方案理念，需要在使用透水铺装材料前，采用式（3）对路面的调蓄容积进行计算，这样才能进一步确定路面的设计参数。

式中，V为道路铺装的设计调蓄容积，m3；h为地区降雨量，mm；F为铺装的汇水面积，hm2；ψ为铺装材料的雨量径流系数，与下垫层的材料材质特性以及几何结构有关。

4 结语

综上所述，海绵城市理念在市政给排水设施系统中的具体应用，可提高城市渗透能力，可以增强城市“地表-地下”水体的循环调蓄能力，避免城市内洪内涝灾害的同时，还通过雨水回收再利用缓解了城市用水危机问题。因此，需要在城市给排水设施建设过程中，结合城市给排水系统的运营现状，应用现代化的技术理念，在绿色环保理念、科技、社会、环境、人文等多个智慧城市要素条件下，不断完善城市水资源管理策略，提高城市给排水系统的建设水平。