海绵城市排水系统设计关键

代长生

（中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

海绵具有吸水功能，海绵城市指城市的给排水系统同海绵一样具有很强的吸水能力，可以吸收多余的水分，支撑整个城市的日常生产生活。海绵城市建设时期，需要设计一些固定点地块，架设吸水能力较强的海绵材料，放置在城市的休闲生活区。

本研究以广州南站商务区东新高速以东保障房周边市政道路工程及附属设施项目为例，项目位于广州南站核心区东边，东新高速以东，汉溪大道以南，兴业大道以北区域。项目包括6条新建市政道路，分别为规划一路至规划六路，场地沿线以鱼塘、荒地为主，沿经河涌3条，出现台风、暴雨等极端天气情况时，易发生严重的积水或涝情，影响交通舒畅和行人安全。为贯彻新一代城市雨洪管理概念，避免建设道路发生积涝，拟建项目采取城市道路海绵化设计，提升道路适应环境变化和应对雨水灾害等方面的能力，建设系统性的海绵城市道路工程，防治道路积涝现象，为滨海城市道路防涝技术提升提供参考。

1 海绵城市理念渗透城市排水系统的紧迫性

广州市属于典型的海滨城市，海洋和大陆气候对其有明显影响，城市平均年降水量大，降水高峰期易出现大暴雨。广州市城市道路排水系统老旧，设计标准偏低，与庞大的降水量不匹配。因此，为了改善海滨城市内涝现象，贯彻新一代城市雨洪管理概念，提高城市生态系统功能，改善城市热岛效应，系统性地考虑城市防涝问题。

拟建项目采取城市道路海绵化设计，实现新建道路的海绵性功能，将道路建设、排水系统、附近流域系统性地结合，提升道路适应环境变化和应对雨水灾害等方面的弹性，改善城市内涝，建设系统性的海绵城市道路工程。

2 海绵城市理念中排水系统的设计原则

2.1 健康绿色

海绵城市的建设特点和重点为水资源的储存、净化、收集和运用，雨水管理中，应确定环节的权重，从雨水源头的调查开始，对如何收集雨水、净化雨水、储存雨水、应用雨水进行详细的方案制定，充分利用雨水资源，减少其他水资源消耗，促进城市生态的可持续发展[1]。

2.2 保护城市生态环境

城市给排水系统的设计工作对海绵城市的建设具有重大意义。在设计阶段，应始终坚持以保护城市环境为前提，尽最大努力实现人类与自然环境的互利共处，在保证城市排水功能正常的条件下，对雨水资源进行合理利用，确保城市用水安全。海绵城市建设不是一味地更改原有排水系统，是在原有系统的基础上对其进行合理的改造与完善，强化排水抗洪能力以及提高水资源储存与利用能力，按需调配雨水资源，提升对水资源的利用率。

2.3 排水系统多元化

开展海绵城市排水系统设计时，应注意多元化建设。湖泊、田地、山川等均会影响排水系统建设，是预防灾害发生的重要途径和开展雨水管理工作的重点内容。有关人员必须对城市中的上述场景进行调查和研究，借助场景模拟等方式，评估地区发展情况，科学规划水资源利用，重点关注河流、湖泊等地点，确保发生自然灾害时可以灵活应对，将灾害对城市发展与居民生活的影响降至最低[2]。

排水系统建设阶段，应精细地审核城市不透水面积总量，保证雨水正常循环，努力协调给排水系统和管道网络的关系，尽可能地建设功能完善的城市排水网络。

一般路段海绵系统如图1所示。

图1 一般路段海绵系统

3 海绵城市排水设计的重要性

3.1 降低给排水成本

建设优秀的海绵城市必须充分理解城市的自然条件，借助城市的自然条件开展建设，结合城市水文特点抗击洪涝或干旱灾害，实现降水期雨水的及时排放和合理储存以及旱期的雨水利用。海绵城市的排水系统与一般的排水系统存在较大差异，最明显的特征是海绵城市排水系统的排水形式更多。

为管理城市雨水、地表水及地下水，必须尽可能减少对传统排水设施的使用，借助自然优势，在满足人们生活生产用水需要的同时，降低城市建设资金需求，控制给排水设施更新与维修的费用支出，促进城市良性持续发展[3]。

3.2 提升水资源利用率

强蓄水能力是海绵城市的特征之一，海绵城市可以储存多余的雨水，经过净化等一系列操作，将雨水供给城市居民使用，减少其他水资源的使用。降雨量非常大时，海绵城市的蓄水能力可以避免洪涝灾害的，将多余的雨水作为一种资源再利用，提升了城市生态水平，有助于城市发展和生态建设。建设海绵城市的主要目的为实现雨水资源和污水的高速循环利用，解决城市水资源消耗问题。

3.3 增强城市抗灾能力

洪涝灾害是每个城市都有可能面对的自然灾害之一，城市排水对城市正常运转具有重要意义。海绵城市是现阶段解决上述问题最好的办法，海绵城市可以吸收大量的水分并储存，雨季时，极强的蓄水能力可以使城市免于洪涝侵袭；旱季时，可以使用雨季时储存的雨水，解决城市用水难题，实现储水、用水、排水一体化建设，降低洪涝和干旱灾害发生的概率[4]。

4 海绵城市排水系统的设计要点

4.1 排水收集系统

（1）收集。

收集工作的重点是将雨水从室外地表收入蓄水系统。海绵城市建设过程中，排水系统和蓄水系统相互分离。与传统雨水收集系统不同，海绵城市雨水收集系统与排水系统结合密切，路面积水太多不及时排放会对居民的生活以及出行造成很大困扰，海绵城市的排水系统可以收集雨水，将不能储存的雨水排出。排水系统建设过程中，建设市政道路时选择透水性好的混凝土材料，在路面下埋置雨水收集箱；在收集箱口位置安装过滤器，对雨水进行过滤和净化；在绿化带区域，必须确保及时排水，否则植物根茎会因无氧呼吸过盛而腐烂。

（2）雨水的调蓄。

雨水调蓄指对雨水进行暂时性储存，待降水结束后排出，起到延时排水的效果，雨水调蓄的方法包括利用景观水体调蓄降水、水池调蓄、管道调蓄。

①利用景观水体调蓄降水。

这种方法一般用于广场、公园中，不会影响城市面貌但占地面积较大。

②水池调蓄。

水池调蓄是现阶段应用最多的方法，调蓄池多数位于城市广场、停车场、绿地、居民小区等地，不占用地上空间且蓄水能力较强[5]。

③管道调蓄。

通常设置在地下，除了不占用地表空间外，还具有节省地下空间与建设成本的优点。

4.2 绿化带的生态排水

绿化带对海绵城市至关重要，绿化带维护过程中，需要人工浇灌与照顾确保绿化带中的植物茁壮成长，海绵城市的绿化带水平低于路面，地面的水资源可以直接流入绿化带，省去人工照顾与浇灌的环节，可以节约人工成本，提升对水资源的利用效率。

对植被生长的土质以及附近水道开展建设工程，利用海绵城市开展适宜的土壤质量改良工作，进一步完善绿化带的集水系统和蓄水系统设计。过程中进行处理和收集，可以按功能区分流经的水道，将沉淀净化后的质量指标作为规划设计标准之一。

4.3 设置道路透水结构

在海绵城市道路车道的设计过程中，采用优质的透水沥青，可以缓解设计中的热岛效应、地表径流二次污染和雨水内涝等问题。

透水沥青路面主要由地基、路基、基层和透水沥青面层4部分组成。设计人员编制设计方案时，应保证路面结构的耐久性和强度，实现临时蓄水功能，使雨水能够有效地渗透至地面基础。

根据道路结构形状，道路透水结构可以分为全透水结构、地透水结构和地表透水结构3种不同的结构类型。城市次干道、停车场、校园道路和公园道路广泛应用全透水结构，此类道路对承载力要求不高，非常适合全透水人行道的设计。基层的透水结构在机动车道路运行中具有非常重要的作用，机动车行驶时，对路面的承载能力和稳定性具有很高的要求。设计路基时，必须科学合理地确定基础体积的刚性基础，使其能够满足机动车行驶的需要。在城市主要街道和高速公路的设计中，必须采用面层透水结构。主要街道和高速公路的车流量较大，对路面的稳定性和承载能力也有较高的要求，透水面层的调整可以满足耐久性和承载能力的要求。此外，为了进一步保证道路的施工质量，工程师必须选用优质材料，确保材料具有环保性能。

5 结语

综上所述，科学合理地设计城市排水系统，推动城市排水工作改革进步，有助于减小城市排水难度和压力，提升城市抗洪抗旱能力，在总体上提升城市的抗灾害能力。因此，设计城市排水系统时使用海绵城市的理念作为指导十分重要，切实做好排水系统建设工作，提升排水系统运行效率，提升供水系统效能，对城市给排水系统进行科学布局与建设，是促进城市生态可持续发展的必然要求。