海绵城市理念在市政给排水设计中的应用

邬艳

（中规院（北京）规划设计有限公司，北京 100044）

1 引言

在城市升级改造与现代化发展过程中，排水系统发挥着重要作用，是确保城市正常运转的关键。海绵城市理念作为新型理念与方法，在市政排水系统中的应用能强化雨洪管理，提升城市的洪涝应对与防控能力，为城市的可持续发展提供支持。未来市政给排水设计中，海绵城市理念的应用，能有效提升市政给排水系统的蓄水、排水、渗水与净化等功能，满足城市发展需求，为市民提供更加高效的服务。

2 海绵城市理念的应用现状

海绵城市理念的应用，极大地缓解了城市发展中的弊病，并且被运用在城市发展的多个领域，为城市发展带来了新的契机[1]。海绵城市理念的应用现状主要表现为：

1）在建筑中的应用。海绵城市理念在建筑中得到了极大的应用，并且集中在绿色节能、给排水系统中。在应用时既要平衡地下空间与生态环境之间的关系，还要加强建筑绿化与雨水的收集。

2）在道路中的应用。在道路建设中海绵城市理念的应用主要体现为施工材料的选择，如透水沥青、PC 路面、网格砖等。设计透水路面，能有效提升渗水性，避免城市洪涝灾害的发生。

3）在城市景观中的应用。城市景观的应用中主要表现为下沉式绿地、人工生态景观公园中，能起到良好的蓄水调节作用[2]。

3 市政给排水设计中的问题

3.1 排水设施不完善

城市发展离不开科学合理的市政排水设计，但是由于很多城市的排水设计年代久远，并且由于设计理念、技术、规范、材料等方面的限制，原有排水系统不够完善。比如，原有排水系统老化、覆盖范围小等问题，难以支撑不断扩张的城市发展。在城市人口增加的过程中，道路不断扩张、建筑物增加，城市生活与工业污水排放量急剧增加，原有排水设计难以为城市发展服务[3]。

3.2 水资源利用率低

水是不可再生资源，但在城市人口不断增加以及城市发展过程中，对水资源的需求与消耗也不断增加。由于目前对水资源的利用率较低，造成水资源的大量浪费。另外，城市土地硬化程度较高，地面渗水能力下降，无法及时排出地面积水，导致降水流入排水管成为死水。

3.3 缺乏先进理念

市政给排水设计是改善城市运行质量，提升城市整体服务功能的重要手段，但是就目前实际情况来看，由于在市政给排水设计中，并未使用先进理念与方法，如海绵城市理念，该排水设计系统缺乏科学性与合理性，无法与时俱进，无法实现“绿色发展”要求及“双碳”目的[4]。

4 海绵城市对市政给排水设计的启示

海绵城市也叫作弹性城市，属于城市雨洪管理范畴，能更好地应对环境变化与雨水带来的灾害。海绵城市的建设并非将之前的全部拆除重新再来，而是在海绵城市理念的借鉴下，综合使用多种手段，实现对降水的蓄存与释放。城市海绵体有各类水系、绿地与花园、可渗水路面等，利用海绵体对城市内涝压力进行有效缓解。海绵城市带给市政给排水设计的启示，绝不仅仅局限于如何做好规划水，而是要统筹规划，将海绵城市理念、方法、技术、材料、设计等元素融入给排水设计中，合理敷设管网、强化雨水存储与释放、使用渗水材料、雨污分流等措施的实施，能在城市形成一种海绵生态网络，实现城市的绿色发展[5]。

5 海绵城市理念在市政给排水中的应用

某市对高新区海绵城市建设试点区域的道路进行给排水设计。路段呈南北走向，长3 km，道路原状机动车道宽7.5 m，人行道宽3.5 m，绿化退线宽8～10 m。在本次给排水设计中，运用海绵城市理念，不仅能实现雨水的有效收集，还能控制面源污染，强化排水防涝。本项目设计中需实现对雨水年径流总量的有效控制，确保控制率在70%以上。对雨水年径流污水进行有效控制，同时也要满足排水防涝标准，设计为50 a 一遇暴雨。

5.1 合理设计人行道给排水

给排水设计中，人行道设计是十分重要的内容，也是影响整个海绵城市给排水系统的关键。所以，在设计时需结合原有系统，创新设计理念，对排水系统布局予以优化。在设计时，使用渗水性强的新材料，减少路面积水[6]。要选择透水性与透气性更好的新型材料，不断提升雨水渗透效果，提升城市服务功能。

为提升人行道的透水能力，实现节能环保，可以通过铺设透水性硬化地面，对现有地面材料进行优化。在人行道铺设透水砖，便于雨水下渗，有序补给地下水。透水砖具有较强的透水性，且十分环保，铺设时，由上到下的结构分别为联锁透水砖、中粗砂找平层、土工布、无砂透水混凝土、碎石，其中，联锁透水砖与中粗砂找平层的厚度分别为8 cm、3 cm；土工布的规格为400 g/m2；选择C15 无砂透水混凝土，厚度为15 cm；级配碎石厚度为12 cm。透水铺装地面还能对污染物进行有效防控，且效果显著，能让地表水达到Ⅱ类水质标准。

5.2 有效设计车行道给排水

市政给排水设中需科学规划设计车行道，进行车行道给排水设计时，与人行道有很多相似之处，但是由于车行道车流量较大，设计时需从车行道的特殊情况出发，合理设置排水系统密度，在保证路面安全性、稳定性的基础上，通过新型材料、防滑设计理念的应用，确保海绵城市在车行道给排水设计中的作用[7]。

道路横断面设计时，需坚持海绵城市理念，在保证道路功能性的同时，适当增加绿化带，可以让雨水快速汇集到绿化带，减少车行道地表径流，绿化带的增加能提升道路的渗水、蓄水性能。车行道路面的选择要以透水沥青混凝土为主，这样能让车行道路面具有良好的透水与抗滑性能，还能具备较高的透水性[8]。进行透水沥青路面设计时，应结合实际情况，可以选择全透水式沥青路面和半透水式沥青路面。全透水沥青路面，就是不用设置防水层，地表水能快速渗透到地下，与地下水汇集在一起。

另外，应按照一定距离将急流槽设置于行车道外侧，将雨水排入绿化带内的集水沟内。

5.3 有效设计绿化带给排水

市政给排水设计中，海绵城市理念的运用重点是绿化带，因此，要求设计者结合海绵城市的设计原则以及绿化带的现有情况，使绿化带设计不仅要满足整体性能，还要具有超前性，能提升绿化带在市政给排水设计中的作用[9]。

基于海绵城市的绿化带设计，需遵循以下原则：发挥绿化带的雨水收集功能，降低水资源的浪费；强化各方面指标的有效控制，提升绿化带的海绵效应；对雨水进行净化与过滤，提升雨水的利用率，发挥绿化带对雨水的蓄水效果，防止城市内涝的发生。

在设计时需加宽绿化带，设计为下凹绿地，能对车行道及人行道的雨水进行收集。在海绵城市理念下，本次设计采取的方法为生物滞留设施设计，对于地面径流初期，污染物能在化学、物理与生物处理下，实现有效防控与处理。生物滞留设施结构从上到下分别为雨水溢流井、种植土壤层、砂滤层、卵石层。要求种植土壤层、砂滤层及砾石层的最小渗透系数分别为1-5m/s、10-5m/s、100-5m/s，最小孔隙率分别为3%、3%、4%。

在景观带需种植绿植，可选择种植钱根乔木，种植土壤层在本次设计中厚度需确定为120 cm。通过下凹式生物滞留设施的设计与运用，能对相邻车道与人行道的雨水进行收集与处理。生物滞留设施植物不能长时间被雨水浸泡，否则会影响绿植的健康生长，所以，需要科学计算绿地的淹水时间，发挥绿化带在雨水收集与处理中的作用。

5.4 合理设计附属设施

传统市政给排水设计中并未重视附属设施的作用，但是在海绵城市理念下，市政给排水设计要从整体出发，强化给排水系统的整体协调性，确保在设计时各项指标符合标准[10]。下面对附属设施的设计进行介绍。

5.4.1 路缘石豁口

在生态滞留沟中，生态滞留沟入流系统是主要组成部分，生态沟的净化与使用效果都会受到其结构影响。目前，较常使用的方法是在路缘石上预留豁口，采用式（1）对路缘石豁口进行计算：

式中，L 为豁口长度；Q 为设计径流量；K0为经验常数；S 为纵向坡度；n 为曼宁系数；i 为路面横向坡度。

在本项目中需综合考虑各个因素，对缘石豁口的开口长度进行合理确定，最终确定路缘石豁口长度为1.5 m，间隔距离为15 m。但受到道路坡度影响，在雨水收集时难度较大，所以雨水收集需采取环保雨水口收集的方式。花岗岩为路缘石材料，后背为C15 混凝土，确定设计规格为15 cm×80 cm×130 cm。同时也要对路缘石开口尺寸合理设计，确保能有效收集雨水，其尺寸可确定为80 cm×7.5 cm。

5.4.2 溢流雨水口

溢流雨水口设计在海绵城市中十分重要，需将溢流雨水口合理设置于生物滞留设施中，间隔距离为20～30 m，当海绵城市无法承受更多雨水时，可以在溢流设施的帮助下，有效排入市政管网。模块混凝土为溢流雨水口的结构，确定规格与最大过流流量分别为680 mm×1 300 mm、30 L/s。

5.4.3 沉泥槽与挡水堰

沉泥槽将沉泥槽设置在路缘石后侧，沉泥槽规格为8 cm×20cm×12.5cm；钢筋混凝土为沉泥槽的底座，其规格确定为130cm×30cm×20cm。

挡水堰卵石是挡水堰的主要材料，通过堆砌而成，设计的顶宽、底宽、高度分别为20 cm、40 cm 与20 cm，垫层为50 cm细石混凝土。在雨水溢流口下游设置挡水堰。

6 结语

海绵城市理念在市政给排水设计中的应用，是时代发展的必然要求，尤其是在城市人口快速增长背景下，做好给排水设计尤为重要。基于海绵城市理念，在市政给排水设计时需做好各个方面的细节，优化人行道、车行道、绿化带及附属设施的设计，统筹优化给排水系统，有效缓解城市内涝，让城市真正成为海绵城市。在设计时，需结合原有给排水与地貌地质等情况，综合运用海绵城市理念，严格控制材料、结构等细节，确保给排水系统的可靠性与合理性，能为市民提供良好的城市环境。