海绵城市理念在市政给排水设计中的运用

劳维挺

（湛江市规划勘测设计院，广东 湛江 524000）

市政管网的建设是城市化发展的物质基础，也是城市发展规模、面积扩大的必要条件，它在城市的防洪排涝和城市环境改善中发挥巨大的作用[1-2]。然而，为满足人民对美好生活的不断追求，在城市建设中大量的人工结构物得到建造，道路、桥梁、建筑物等极大地改变了原有的地形地貌，也改变了城区的地表集水排水条件。相比于天然的土壤、植被等地表，硬化的道路和钢筋混凝土建筑物等使得城市地表的不透水面积显著增加，地表水下渗能力和雨水损失量大大地减小，加大了地表径流和市政给排水管网的排水负荷[3]。在遭遇暴雨条件时，连续且长时间的降雨极易引发城市内涝，大规模的积水给居民的生活和出行带来严重影响。由于地表植被和土壤不透水构造物，如混凝土、砖块、花岗岩等覆盖，破坏了天然的雨水调蓄体系，原有的水文地质特征在很大程度上被改变，降雨不能够被重复再利用[5]。

1 海绵城市理念

在我国的城市给排水管网历史建设中，由于传统的设计理念一直以排除地下水为主，对于雨水的重复利用和防洪调蓄没有相应地考虑，因此导致既有的给排水管网尺寸较小、排水量不足、排水标准低、敷设错综复杂，远远不能满足现代城市建设中由于城区硬化面积增大导致排水量增加的要求。

海绵城市理念正是我国城市在长期遭受频繁的洪涝灾害背景下提出来的，它借鉴了国外成熟的城市发展经验，通过对市政给排水管网的建设，在长时间连续性的强降雨发生时，不仅考虑了传统市政给排水管网对雨水的排泄，还通过有力的措施加大雨水停留时间和雨水的下渗量以削弱径流峰值（如图1 所示）。依赖雨水调蓄系统对降雨进行吸收、存储、沉淀和净化，当水资源短缺时，可将净化的雨水进行释放、回水再利用以达到补充城市用水、保护环境的目的。

图1 基于海绵城市的雨水收集

2 市政给排水设计中的暴雨管理模型

在城市给排水管网的设计中，为获得可靠的径流参数与排水参数，需要对城市雨洪过程进行数值分析或者预测。暴雨管理模型（SWMM模型）是目前最为常用的分析模型，其实体为美国环境保护署、佛罗里达大学等联合开发应用的暴雨管理模型软件，它提供了全方位全过程的降雨径流验算功能，计算图形综合能力强，可动态实现降雨的水质、水量，地表水径流的水文特征和水力条件进行模拟，并提供可视化的编辑能力，具备文件类型的多样化表达，极大地提高了市政给排水的规划和设计效率[6]。

暴雨管理模型的计算过程主要分为3 部分，分别是径流形成计算、径流汇流计算和管道运输计算。计算软件主要分为2 个模块，分别是服务模块和功能模块，功能模块主要是实现径流水量计算、径流汇集与流动计算和管网系统的排泄量计算，而服务模块主要是实现对计算结果的图形化、表格化演示和存储等。具体的软件构成如图2 所示。

图2 暴雨管理模型计算模块

3 工程案例

研究区位于湛江市某工业园区内，园区面积约2km2，区内地形起伏较小，但整体地势表现为西北高东南低，东侧距离园区约300mm 存在一条排水沟渠，沟渠宽度约3m，给排水管网设计充分考虑现状地形和排水沟渠现状的影响。区内现状道路、厂房、办公楼等建筑面积由测绘单位和建筑结构设计单位提供。

在工业园区的雨水规划中，采用单独收集排放的分流制形式对降雨进行疏解，同时将雨水管网顺着地势布置，从西北往东南排入东侧的沟渠，设计雨污水主管的根数各1 根，支路管10 根。

3.1 给排水管网设计要点

（1）平面位置

园区内道路红线宽均为25m。根据《室外排水设计标准GB50014-2021》，沿道路单侧布置雨污水管。分段就近排入自然水体。

沿道路桩号增大方向，在左幅道路外约2.0m 处埋设雨水主管线，在右幅道路外约2.0m处埋设污水主管网。为方便后期接驳，在道路红线外设置雨污水的接口井，一般情况下，雨水接户支管管径为d600mm，坡度均为0.003，污水接户支管管径为d400mm，坡度均为0.003。

（2）管材及基础

雨水主管、支管、雨水口连接管等所有管道的材料均为Ⅱ级钢筋混凝土管。为防止污水泄漏，污水管的材质选取为HDPE 双壁波纹管，环向刚度不大于12.5kN/m2。

（3）检查井、井盖及井座

污水检查井一般采用钢筋混凝土检查井，雨、污水检查井采用钢筋混凝土检查井；在管道上的跌水深度超过2m 处设置跌水井；在预留接户支管接入主干管之前设置沉泥井，沉泥槽深0.5m；检查井采用钢筋混凝土井，技术参数详见06MS201，排水检查井均为直径700mm 的球墨铸铁井盖。

（4）雨水口

雨水的收集一般通过雨水口进行收集，降雨时由雨水口流入地下雨水检查井，雨水口的设计间隔，一般路段按25～50m 进行布设。

（5）沟槽开挖及回填

①沟槽开挖高程

雨水管道开挖高程不得低于“管顶上方0.5m 高程处”。若该高程位于现状地面以上，则应在路基处理完成，路床回填至该高程后，再开挖施工。

②沟槽开挖形式

当管道沟槽开挖深度H ≤3m 时采用放坡开挖，放坡按照分级放坡进行，前1～2m 放坡比例为1 ∶ 1，2～3m 放坡比例为1 ∶ 0.75。

当管沟槽开挖深度H＞3 时，需度沟槽进行边坡支护开挖，支护结构为拉森钢板桩，拉森钢板桩的长度选择为：3m＜H ≤4.5m 时，拉森钢板桩长度为6m；4.5m＜H ≤6.0m 时，拉森钢板桩长度为9m。

③管道沟槽回填

排水管道敷设在回填土层时，管基下回填土每层回填厚度不得大于0.25m（虚铺厚度），并随道路路基回填同时碾压，直至回填到管顶以上0.5m 高度时，再开槽施工埋管。管道施工完毕，沟槽回填至开挖高程后，按道路要求实施。

沟槽回填时，管道两侧应对称回填，分层碾压，每层土的松铺厚度控制应均匀，一般在200～300mm 左右。达到设计压实度后，方可进行下一道工序的施工。沟槽回填应按《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB 50268-2008）中的有关要求执行，除规范规定部位外，回填材料、回填土的含水量等应与道路设计要求一致，尤其在路面结构及临近路面结构层必须结合道路设计要求进行回填。

3.2 海绵城市理念在给排水管网设计中的应用

充分贯彻湛江市海绵城市专项规划发展愿景，采取“渗、滞、蓄、净、用、排”的技术手法，契合雨水“蓄排结合，以蓄为主”的排水原则及雨水综合管理的目标，打造可持续发展的工业园区。

以生态基础设施为基础，建立多级别海绵体系。综合分析多方面因子，建立市域、城市规划区、城市中心区多级别生态安全格局，构建完善海绵体系，保障系统安全。在此基础上，识别现状城区给排水环境问题，将工业园区划分14 个排水区49 个海绵控制单元。

科学规划，合理计算设计指标和确定设施规模。在单元划分上，通过GIS 分析城市地表高程，结合管网布局与上位城市规划，合理划定海绵控制单元，保障各单元独立应对风险，并综合提升片区生态安全；在指标分解上，通过数理统计计算，逐级划分年净流总量控制率指标，保障径流控制的可持续性；在设施布局上，通过径流分析合理布局地表调蓄净化绿地，增设截留渠等设施，搭建灰绿结合的海绵体系；在设施规模上，结合本地降雨过程线等基础资料，确定地下管网、河道、绿地建设规模。应用PCSWMM 进行校核，保障海绵体系真实有效落实。

分级分类分时序落实海绵体，保障规划的可实施性。首先，在充分研究湛江市水文条件、海绵建设潜力及限制条件基础上，以水安全及水环境建设为根基，优先保障城市洪涝及水质安全；后逐步恢复城市水生态，补充水资源，构建源头-中途-末端海绵设施，提升城市抗击风险的能力；其次，对于旧管网以问题为导向，分配较低指标，主要采用促进下渗、管网提标、河道整治等方法进行缓解，对于新建以目标为导向，分配较高指标，通过合理建设改造，构建完善的灰绿结合的源头-中途-末端海绵体，综合提升城市海绵弹性。最后，规划对接，建设指引。对比分析与海绵城市相关的专项规划与城市其他专项规划的相容性，明确结合事项及时间，方便规划建设部门有序工作，在社会经济方面确保海绵城市专项规划的顺利进行。建立海绵城市建设导则及图则，从建设指标、海绵设施布局方法、景观结合等方面指导海绵城市建设；并分四类用地进行海绵设计示范，指导重点区域的海绵建设。

对于海绵城市理念在雨水处理的流程上，降低雨水的汇流水速度，缓解热岛效应，利用雨水花园、路面透水铺装等储水空间或者渗水通道，延缓雨水的排泄速率，延缓汇水时间，降低雨水的汇集速度，减小内涝风险；区域绿地内运用植草沟，在完成输送排放功能的同时对水质进行一定的净化；合理将雨水收集回用，将雨水收集后进水质净化处理，达到相应水质标准后，遭遇城市水资源紧缺时，可作为景观用水、绿化用水、冲厕用水等，以到达水循环利用的目的。如图3 所示。

图3 雨水处理系统流程图

4 结语

城市给排水管网的建设是城市规模扩大的基础。本文基于海绵城市理念，结合湛江市某工业园区的市政给排水设计项目，分析了市政给排水设计中的暴雨管理模型，对设计中的参数进行计算，并平面位置、管材及基础、检查井、井盖及井座、雨水口等设计要点进行了分析，充分论证的基础上，研究了海绵城市理念在给排水管网设计中的应用效果。