海绵城市理念在市政给排水设计的运用探讨

2023-12-05谭子聪

科技资讯 2023年22期

谭子聪

摘要：随着我国经济蓬勃发展，城市化进程不断推进，对市政给排水的使用需求也不断加强，市政给排水工程不仅影响人们的日常生活，还对改善城市生态环境，解决日常供水、泄水有积极影响。为了解决城市处理雨水污染的问题，提高城市水资源的利用效率，大大降低洪涝灾害的影响，在进行市政给排水设计时可以借助海绵城市理念。以珠海市斗门区东堤路工程为例，对海绵城市理念的重要意义做出了简要分析，并对海绵城市理念在市政给排水设计的运用进行了深入的探讨，以期能为相关人员提供有益的参考和建议。

关键词：海绵城市理念市政给排水设计东堤路年径流总量控制率年径流污染削减率

中图分类号：Tv 文献标识码：A

Discussion on the Application of the Concept of Sponge Cities in Municipal Water Supply and Drainage Design

TAN Zicong

（Foshan Chenglian Zhongchuang Engineering Design Co.， Ltd.，Foshan，Guangdong Province，528000 China）

Abstract：With the vigorous development of China's economy and the continuous advancement of urbanization， the demand for the use of municipal water supply and drainage is also continuously increasing. Municipal water supply and drainage projects not only affect people's daily life， but also have a positive impact on improving the urban ecological environment and solving daily water supply and discharge. In order to solve the problem of the urban treatment of rainwater pollution， improve the utilization efficiency of urban water resources and greatly reduce the impact of flood disasters， the concept of sponge cities can be used in the design of municipal water supply and drainage. Taking the Dongdi Road project in Doumen District， Zhuhai City as an example， this paper makes a brief analysis of the significance of the concept of sponge cities， and makes an in-depth exploration of the application of the concept of sponge cities in municipal water supply and drainage design， in order to provide useful reference and suggestions for relevant personnel.

Key Words：Sponge city concept; Municipal water supply and drainage design; Dongdi Road; Annual total runoff volume control rate; Annual runoff pollution reduction rate

目前隨着城市化建设的快速蓬勃发展，人民群众对于居住环境的宜居指数与生活品质都提出了更高标准的要求，同时，在生态优先的呼吁下，建设生态宜居的“海绵城市”已经成为公民普遍的共识。但不可否认的是，在城市化建设的过程中，仍有部分地区以低规格的设计标准进行建设，特别是在城市的排水系统设计方面存在着诸多问题，从而导致城市内涝等问题，严重阻碍了城市化的发展。在此背景下，本文对如何将海绵城市的建设理念与市政建设特别是给排水设计相结合，从而达到理想的城市给排水效果，同时也为业内人士提供一种新的思路。

1 海绵城市的意义

海绵城市的建设有以下3个重要作用：一是让城市中的绿地、河道以及建筑物等充分发挥对城市降水量的调蓄和缓冲等功能，从而使城市的水文特征在开发前后保持基本一致^[1]；二是降水初期，雨水会在降落的同时吸收大气中的污染成分，因此初期雨水的污染程度较高^[2]，从某种角度上防止水污染，利用各种高科技手段，比如渗透、停留、保存、净化等，可以在一定程度上减轻洪水对水资源的冲击；三是城市抵御极端天气的能力较弱。人类活动较为频繁，环境遭受严重的污染和破坏^[3]，可以减少洪水的危害。尽量地吸收雨水，将洪水对人们的生命和财产造成的伤害降到最低。

2 东堤路工程市政给排水设计海绵城市理念的应用对策

2.1 海绵设施

2.1.1 透水铺装

按照渗透的原理，可以把透水铺装分成两种类型，一种是材质本身就具备渗透特性，比如透水混凝土、透水砖等；另外一种是使用透水的制作和铺装形式，比如嵌草砖等。在过大、过重车辆的碾压下，掺有草砖块的水泥板容易产生不均匀沉降或位置偏差，故不适宜安装在车流量较大的地区。可依据特定的场地条件及景观营造需要，来设定各种类型的透水路面^[4]。

2.1.2 下凹式绿地（生物滞留带）

传统的城市雨水防控管理和内涝治理主要依靠大型的市政基础设施和网络建设，其缺陷日益凸显。随着城市对雨水管理需求的不断增加，一种新型的雨水管理模式——下沉式绿地逐渐受到重视，该模式将城市雨水治理工程与城市景观有机地结合在一起^[5]。

2.1.3 雨水蓄水模块

雨水蓄水模块是一种雨水调蓄或回收利用工程中用来储存雨水的设施，由固体材料制成镂空结构并能承受一定外力的蓄水箱体。

2.1.4 渗坑、渗渠、渗透塘

渗坑、渗渠、渗透塘等均为一种用于城市回补地下雨水的渗透系统，它的构造相对简单，以渗水渠为例，即在凹陷的渠道内填入卵石并在其中掺入部分细沙以及碎石块起到简单的过滤作用。这种相对简易的设施能够大大增加城市降雨后雨水在土壤中的渗透效果，提高较深层土壤的含水量，但同时也会改变土壤内原有的受力结构，因而可能会对城市内的道路或建筑物的地基产生一定的影响^[6]。

所以，在修建防渗工程时，必须对该地区的土质状况作详细的考察，才能合理地布置防渗工程，以免影响城市基础设施的正常运行。

2.2 东堤路主要技术路线

本工程包含东堤路及同兴路，低影响开发采用了“生物滞留带+生态树池+雨水模块”技术。

结合市政管渠检查井布置原则，每12 m设一个溢流口，其高度比绿地高出10 cm，用以蓄水。路面上的雨水，经过径流的作用，在侧石开口的地方，就会进入生物留存带和生态树池之中，再经过下渗及溢流口的溢流，就会被排入雨水管网当中最终排入黄杨河。

东堤路K0+680西侧机动车道下设置L×B×H_m=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）雨水块模，路面雨水经过雨水检查井，进入雨水模块，过量雨水溢流进入市政雨水管网，最终排入黄杨河。

3 排水分析

根据规划，东堤路新建雨水管渠分段收集路面雨水，就近排入黄杨河。同兴路新建雨水管渠经东堤路雨水主管转输后，排入黄杨河。

东堤路工程沿线有6条现状雨水管涵，埋深较浅（现状埋深1.2～1.8 m），现状街区雨水直排黄杨河；本设计考虑将现状箱涵接入东堤路设计雨水管，通过东堤路设计排出口统一外排黄杨河。

4 斗门区东堤路新建工程海绵城市设计计算

4.1 目标的确定

按照《海绵城市建设技术指南》，城市对环境的“弹性适应”，开发前后的水文特性没有改变，峰值流量和峰值出现时间也没有改变；年径流总量控制率60%～85%。根据《珠海市海绵城市专项规划》《珠海市西部中心城区海绵城市示范区建设规划》、系统方案及相关规范的确定，本项目设计目标如下：

年径流总量控制率设计目标为50%；年径流污染削减率（以SS计）设计目标为20%；管网设计重现期为5年一遇。

4.2 设施设计参数

4.2.1 雨水管渠计算

（1）雨水设计流量的计算采用《室外排水设计标准》中所规定的雨水流量計算公式，即

Q=q·Ψ·F （1）

式（1）中：Q为雨水设计流量（单位：L/s）；q为设计暴雨强度（单位：L/s·ha）；Ψ为径流系数，取0.65；F为汇水面积（单位：ha）。

（2）采用斗门区相应设计重现期的暴雨强度计算公式：

P＝5年；q=1622.7177/（t+4.5287）^0.4714（L/s·ha）（2）

（3）降雨历时。具体公式如下：

T＝t₁+t₂（3）

式（3）中：t₁为地面集水时间（单位：min），取10 min；t₂为管内雨水流行时间（单位：min）。

4.2.2 年径流总量控制率计算

结合上述规划，本工程年径流总量控制率按较大值取值为50%，对应设计降雨量为15 mm。

低影响开发设施设计调蓄量采用容积法进行计算。

V=10HφF（4）

式（4）中：V为设计调蓄容积（单位：m?）；H为设计降雨量（单位：mm）；φ为综合雨量径流系数，按地块下垫面比例加权平均计算；F为汇水面积（单位：ha）。

4.2.3 生态树池调蓄量计算

A×（0.10+1.00×0.2+0.4×0.3）×0.6×0.6=0.152 A（5）

式（5）中：A为生态树池面积，表层绿化带下凹蓄水深度为0.10，换填介质土厚度为1.00 m，孔隙率為0.2，砾石层厚度为0.4，孔隙率为0.3，0.6为生态树池综合折扣，0.6为坡度引起的调蓄折扣。

4.2.4 生物滞留带调蓄量计算

B×（0.15+0.88×0.2+0.3×0.3）×0.6×0.6=0.149 B （6）

式（6）中：B为生物滞留带面积，表层绿化带下凹蓄水深度为0.15，换填介质土厚度为0.88 m，孔隙率为0.2，砾石层厚度为0.3，孔隙率为0.3，0.6为生物滞留带综合折扣，0.6为坡度引起的调蓄折扣。

4.2.5 雨水模块计算

东堤路K0+610东侧机管廊绿化带下设置L×B×Hm=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）雨水块模，其调蓄容积为：L×B×Hm=45.6 m×2.4 m×1.2 m（H）=131.328 m³

4.2.6 年径流污染控制率计算

径流污染控制也是本次海绵城市建设的目标之一，污染物指标可采用悬浮物（SS）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）等。生物滞留带对污染物去除率为70%～95%（以SS计）。

4.3 海绵城市设计计算

4.3.1 年径流总量控制率达标情况

（1）东堤路汇水分区划分。

本次道路的海绵城市东堤路设计范围为24 m道路红线宽度，不包含道路两侧的管廊绿化带，道路长度为1 639 m，其中硬质路面面积为40 308 m²，生态树池面积1 737 m²，生物滞留带面积480 m²，普通绿化带面积868 m²。加权后径流系数为0.84。

（2）同兴路汇水分区划分。

本次道路的海绵城市同兴路设计范围为30 m道路红线宽度，不包含道路两侧的管廊绿化带，道路长度为298 m，其中硬质路面面积为8 481 m²，生物滞留带面积为1 500 m²，普通绿化面积1 029 m²。加权后径流系数为0.81。

东堤路年径流总量控制率达标情况：东堤路的综合径流系数为0.84，综合调蓄容积为424.87 m³（其中雨水模块调蓄雨量体积为131.328 m³）。具体见表1。

同兴路年径流总量控制率达标情况：同兴路的综合径流系数为0.81，综合调蓄容积为265.50 m³。具体见表2。

本工程的综合径流系数为0.83，根据年径流总量控制率目标为50%，对应的降雨量为15 mm。按所需调蓄容积685.44 m³，综合调蓄容积为690.368 m³大于所需调蓄容积685.44 m³，满足50%年径流总量控制率的要求。具体见表3。

4.3.2 污染控制达标情况

面源控制率计算如下：本次设计道路年径流总量控制率为50.19%，生物滞留设施的污染物削减率为0.8，则年SS总控制率即年径流污染物削减率为：50.19%×0.8=40.15%，满足年径流污染削减率（以SS计）设计目标为20%。

4.4 校核年径流总量控制率等强制性指标达标情况

东堤路年径流总量控制率为39.88%，同兴路为73.21%；本工程道路年径流总量控制率为50.19%，年径流污染物削减率为40.15%。

4.5 海绵城市关键设施详细设计

4.5.1 人行道、非机动车道

目前市政项目常用的人行道地砖材料有花岗岩人行道砖、仿花岗岩人行道砖以及透水机制人行道砖，本设计推荐非机动车道结构由上至下依次为：面层为8 cm透水铺装、3 cm厚M10水泥砂浆，基层为15 cm厚4.0 MPa水泥稳定级配碎石、底基层为15 cm厚级配碎石。

4.5.2 生物滞留带（生态树池）

根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》P35的规定，并在总径流控制率大于或等于70%的基础上，以机非绿化带（相对于路面标高）下陷20 cm为蓄水层，在蓄水层下，以砂石、堆肥、黏土等混合材料为基质，在蓄水层下，铺设88 cm厚的海绵种植土层^[7]。其中，砂石占60%～65%，有机质占30%～35%，黏土占5%。