海绵城市理念在市政给排水设计中的应用

张宝龙

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102627）

随着中国城市化工程建设的不断推动，中国市政供水项目的数量也在逐渐增加，质量也取得了相应的提高，但是在城市排水设施方面还是存在一些问题。国家需要关注市政排水工程建造的有效性、实用性更加关注，以提高市政给排水工程设计的在城市空间的作用，为城镇化发展提供技术保障。

1 传统设计理念下市政排水问题

1.1 基础设施不完善

目前，城市化建设以及新建地下排水体系为现有的市政排水系统提供了补充和完善，但设施陈旧老化问题依然存在，使城市排水无法适应当前的实际需要。地下排水建设管理不当会在一定程度上影响城市排涝能力。部分地下设施无法进行定期保养，如遇洪涝灾害可能会导致其他突发状况。出现不确定气候因素时，市政排水系统若不能及时做出响应，可能危害城市供水系统。

1.2 资源利用率偏低

目前，自然资源存在浪费现象，自然资源的循环效率还需进一步提高。多数降水直接进入城市天然水体，可渗入地下的降水较少，导致城市地下水资源得不到有效补充。若城市空间不能合理利用降水，水资源短缺现象将会日趋严重。

1.3 建设工作和养护工作开展不足

现代化都市的地下设施已延伸至距地表较深的位置，对供水体系的建设造成了一定的影响。市场上已有的给排水施工材料和现实的施工要求之间存在一定差异，排水设计方案和建设工艺先进性有待提高。

1.4 气候对城市排水系统的影响

由于全球气候变暖，自然环境和能源利用问题引起了更多人的关注。气候异常变化主要指随着资源的过量开采和使用，地表热源增加，蒸发量升高，地表形成极端气候。“温室环境”下的城市热岛效应将破坏人类的生存环境，影响整个城市的建设与发展。水资源蒸发量增多降水量激增，在一定程度上为早期排水功能带来挑战，如果缺乏良好的市政排水功能支撑，会导致城市内部灾害频发。

2 海绵城市理念对城市给排水工程的重要性

2.1 充分发挥给排水设施功能

海绵城市供水系统的设计采取“天然与人工”措施相结合的方法，在城市规划发展前优先保留相应的水文和地理特点，并利用已保留的自然生态体系对强降雨情况完成部分调节，并进行水资源“收集”，以减小强降雨工作过程中的洪峰流量。利用丰富的生态管理方式改善城市供水体系，使受损的城市水体得到一定程度的恢复，又可以反哺自然环境进行“自我修复”。格陵兰岛是海绵城市建设发展以及资源合理使用的典型案例。应用海绵城市理念能够高效地保护和保存自然资源，充分发挥自然土层的净水能力，在完成集水和排水功能后反哺城市居民的基本生产与生活供水。对城市供水体系进行建设，在充分利用天然降雨的同时，做好调节地下水资源与地表水源的综合计划与管理工作，并有效协调城市供水体系在各环节的组织与监控。充分考虑城市发展的稳定性与复杂性，解决城市发展建设的长远规划设计，形成以城市生态环境保护、水系绿地管理和土地利用为基础的系统性基础设施网络，统筹规划城市地下管道体系，以发挥各项市政规划研究的优势，减轻城市地下管线压力。

2.2 提高城市对极端天气的抵御能力

目前，各城市均组建了防洪指挥体系，但仅有七个城市的防洪能力超过了国家的防洪标准。因此，相关部门需要建设落实以海绵城市建设理念为基础的全面的城市排水体系，全面融合防水、排涝、蓄水、水资源管理等功能，预防因短时的强降雨而发生危险状况。稳定的城市“海绵体系”能够克服由地表径流加速和降雨量激增导致的地表流量超过路面设计流量带来的严重积水问题，有效控制城市暴雨带来的防汛压力，降低城市内部受灾损失。

2.3 提升城市水资源的利用率

随着我国各城市经济建设的迅速发展与提高，我国的城镇化进程进入以“提升都市城镇化管理水平”为目标的重点阶段。各行业建设应坚持科学的城镇化发展理念，有效地整合我国各城市水文地质资源以及地上及地下空间资源，在完成可持续发展建设的同时，形成全新的城市建设体系，从而进一步提高城市自然资源利用率。以海绵城市理念为主导的新型城市地表与地下建设已经成为发展的必然趋势，也将有助于解决我国城市水资源“短缺”的问题。在完善我国雨水总体规划与管理工作的同时，强调自然降雨的科学管理与高效利用，进而完成自然降水渗透、贮存、净化以及合理使用，有效减缓大中型城市给排水压力，有效缓解城市防洪问题。水循环管理规划如图1所示。

图1 水循环管理规划

3 海绵城市设计理念在我国市政给排水工程设计中的使用和实施

3.1 人行道设计

人行道设计是城市交通基础建设中的关键环节，是保障人民出行舒适、安全的关键举措，将海绵城市理念运用在人行道设计中具有重要意义。选择渗透特性较好的材料运用在人行道路排水系统中，使雨水可以迅速渗入地下，有效缓解了道路积水问题，同时利用此类材料结合路面处理工艺可以使人行道达到合理的湿度，再依靠地表下方深层的“海绵体系”设计，确保地下水补给。自然降雨经透水路面完成下渗后，借由人工结构层和路面下方砂砾层实现自然水体的初步“人工净化”；再经过深层海绵体系，达到自然土层，完成对地下水的补充；特殊工艺处理的地表路面（如下凹式绿地）可充分减慢径流的流速，借由雨水管网实现排放，降低地表上方管网系统的压力。

3.2 车行道设计

目前我国道路建设普遍采用硬化的不透水路面，提高了地表上方路面对自然降水导流的能力，但也存在路面积水、污染严重以及地下水不足等问题，成为城市热岛效应的诱因之一。在道路建设中，引入海绵城市理念可以有效改善路面积水和地下水供给不足的问题。实际建设过程中，机动车行驶道路可以选用渗水能力较高的渗水沥青混凝土，向下位于中间层和底部可以选用胶质透水石材料与非透水性材料相结合的方式，在满足路基承载力的同时，最大限度发挥路基渗、透水能力，降低自然降水对基层造成的侵蚀。针对非透水性材料，可以采用组合沟槽式结构，以形成路面下方的导流功能，将渗透的自然降水导入盲沟，借由“海绵体系”完成地下水补给。若在地表上方空间极为受限的窄巷或街道，仍可采用渗井的方式完成地表径流导流，使地下海绵体系充分发挥功能。

3.3 多功能蓄水池的设计

日本建立的多用途蓄水池能够调节降雨，同时具备城市景观和绿化功能。我国开展市政给排水设计时可以汲取类似成功经验，将多用途蓄水池的建设充分应用在城市规划中。针对城市居民的实际情况，可以建立满足城市居民生活需要的蓄水池，借由管道将雨水导流至蓄水池，结合污水处理与净水功能，将自然降水转化为城市居民用水[1]。人工湖作为常见且应用广泛的集雨系统，仍可在城市建设中进行应用，但在应用的同时要注意人工湖的水位规划与引流导流，并注意水质管理。

3.4 市政排水设计方案的优化

传统的市政给排水方案均按照城市近年的平均降水量测算排水量。随着城镇化建设步伐的推进，城市居民排水量也相应增加，传统的排水量计算方法和我国市政给排水方案不能有效满足当前的排水需求。在我国市政给排水设计流程中运用海绵城市理念，使城市排水系统具备了迅速排放的能力，实现了净水及蓄水等多方面功能。对给排水方案的进一步优化，可以使城市积水以及水资源环境污染等实际问题得到有效改善[1,2]。

3.5 绿化带的设计

在海绵城市理念基础上，绿化带设计重点主要集中在以下3个方面：

（1）在多雨时节，应该进行适当的降雨渗透工作，并保证对降雨进行初步过滤，以确保降雨的清洁度能够达到城市生产活动用水需求。

（2）设计的绿化带应具备一定的集水功能，结合防渗特性良好的材料，使雨水经引流后完成集水。

（3）在对绿化带设计过程中，应针对城市中的实际情况提出相适应的导流工艺，使降水流动具有一定规律性。此外，还应在绿化带上方合理设置雨水降落导流，确保自然降水的引流与集水过程更为顺畅[3]。

3.6 相关附属设施设计

市政排水工程设计时，应注意人行道、车行道的给排水设计以及对应附属设施的设计，切实将海绵城市理念深入城市建设的全过程，从而达到全方位改善都市透水能力的目标。可以根据城市周边地质状况作好对平缘石工程的设计，特别是对其标高的确定，防止由于工程设计高度不足，无法确保降雨进入渗透性范围。同样，也需要重视都市路肩旁沟的设计，选用防渗性、透水性较好的材料，实现路肩旁沟与都市建设环境相契合，满足城市建设的各元素特征，此外还可以考虑更换水泥材料（如拌和后表观特征及耐腐蚀性良好的水泥）或使用植草类材料，可以拥有良好的防渗性，契合绿色城市建设，且对市政工程排水的长远发展也具有重要的意义[4]。

4 结语

为了促进城市建设的全面发展，市政工程建设项目的设计单位，在开展城市给排水管方案设计工作过程中，必须科学合理地将海绵城市理念运用于都市给排水体系方案设计中，全过程、多角度考虑，科学合理地设计人行道、车行道及附属设施，确保城市规划内的给排水工程设计合理完备。将海绵城市发展理念落实在城市建设给排水工程的各个环节，可以有效推动城市建设持续性发展。