海綿城市建設(shè)新思路
——導(dǎo)滲的應(yīng)用

王穎成

(常州市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 常州 213000)

0 引 言

為滿足城市發(fā)展需求，城市地面逐漸被大量不透水路面覆蓋。世界主要城市的不透水面積均在50%以上，有研究指出北京及上海的不透水面積比例分別為77%和80%[1]。

自2013年12月12日，習(xí)近平總書記在《中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議》的講話中強(qiáng)調(diào)：“提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市”。自此，海綿城市的建設(shè)在全國如火如荼，廣泛開展，其建設(shè)的理論和方法不斷拓展，“滲、滯、蓄、凈、用、排”的六字方針被廣泛引用。各地相繼出臺(tái)一些海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃，明確了透水鋪裝率要求，有些地區(qū)甚至提出70%以上的要求。但是某些特定區(qū)域想要達(dá)標(biāo)，難度很大。我們在常州市第一中學(xué)改造工程中，就遇到了一些問題，并嘗試?yán)昧址结樦獾募夹g(shù)思路來予以解決。

1 工程概況

常州市第一中學(xué)位于常州市老城區(qū)中心，占地面積約100畝。學(xué)校地勢平坦。北部區(qū)域以教學(xué)樓、綠化為主，地勢較高，南部區(qū)域以操場、籃球場等運(yùn)動(dòng)場地為主，地勢較低，尤其是田徑場，為學(xué)校最為低洼的區(qū)域，積水也最為嚴(yán)重。

該校的雨水排放方式以雨水收集口收集雨水，進(jìn)入各級雨水管道，匯總后排入城市河道，屬于較為傳統(tǒng)的排放方式。

校園周邊僅有兩處雨水出口，分別為北門一根d 300的雨水管和西門一根 d300的雨水管沿路向南排向古運(yùn)河，學(xué)校的“硬”排水能力不足。

根據(jù)我們的調(diào)查，學(xué)校各類設(shè)施及地面鋪砌分布情況(見表1)。

表1 地表分布比例

從上述數(shù)據(jù)可以看出，各類不透水路面、地坪、運(yùn)動(dòng)場、建筑等占比較大，均超出20%，真正可以讓雨水能夠?qū)崿F(xiàn)下滲的綠化和植草磚面積僅占15.7%。

2 運(yùn)用海綿城市理念提升校園排水能力

提高雨水管道的排放能力是目前城市解決雨水排放的主要手段，依據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》，雨水的設(shè)計(jì)流量Q=q×j×F，式中Q為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；q為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/(hm2·s)；j為綜合徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度由地理位置及降雨情況確定，雖受氣候變化的影響，但基本可謂“天注定”，匯水面積由學(xué)校的實(shí)際占地確定，可謂“地注定”，計(jì)算式中唯一可以改變的就是綜合徑流系數(shù)，它是一定匯水面積內(nèi)需要排出水量與降水量的比值，徑流系數(shù)越小，說明滲入地下的水量越大，進(jìn)入城市雨水管道里的水量就越小，最終排入河道的水量也越小。

目前各地一般壓降綜合徑流系數(shù)的方法有：(1)增加透水地表；(2)建設(shè)生物滯留帶；(3)建設(shè)蓄水池，也就是六字方針里的“滲”、“滯”、“蓄”三個(gè)字。但是在學(xué)校的很多區(qū)域，尤其是運(yùn)動(dòng)區(qū)域，集中布置了籃球場、羽毛球場、田徑場等運(yùn)動(dòng)場地，全部為不透水的塑膠、混凝土等鋪裝，不宜改造為透水鋪裝，周圍也難以建設(shè)足夠的滯留帶或雨水花園，按照六字方針的方法，只能大規(guī)模建設(shè)地下蓄水池的方式來進(jìn)行雨水調(diào)蓄，建設(shè)成本和運(yùn)行成本均較高。

在生態(tài)優(yōu)先，因地制宜的原則[2]指導(dǎo)下，是否有一種新的辦法，可以拓展目前海綿城市建設(shè)的新思路，讓這些區(qū)域也能建成可以吸水滲水的“海綿”？

3 導(dǎo)滲的設(shè)想

不妨設(shè)置一種途徑，除了讓雨水能夠垂直下滲，也可以橫向引導(dǎo)到其它不便于建成可滲地表的區(qū)域繼續(xù)下滲(見圖1)，讓雨水繞過不透水的地表實(shí)現(xiàn)下滲，就近似等于那些不透水鋪裝的區(qū)域也變成了可以吸水滲水的“海綿”，這種“途徑”就是我設(shè)想的導(dǎo)滲，雨水被雨水口收集后，其中部分雨水通過管道引到其它區(qū)域，再通過帶孔管道(可以采用開孔塑料管、軟式透水管、碎石溝等)釋放排出，繼續(xù)下滲。這種起到導(dǎo)滲作用的管路，即為導(dǎo)滲管。

圖1 導(dǎo)滲管原理圖

為驗(yàn)證導(dǎo)滲的實(shí)際運(yùn)行效果，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)箱子，來模擬驗(yàn)證運(yùn)用了導(dǎo)滲管的海綿城市運(yùn)行的效果。箱子分成三個(gè)區(qū)域：A區(qū)是普通裸露土地，為獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)對照區(qū)，倒入的水自行豎直下滲，并通過A區(qū)底部的泄水孔排出；B區(qū)為運(yùn)用了導(dǎo)滲管的實(shí)驗(yàn)區(qū)，倒入的水不但豎直向下滲透，而且通過導(dǎo)滲管將水橫向引導(dǎo)到C區(qū)來一起下滲，相當(dāng)于下滲面積擴(kuò)大了一倍(見圖2)。A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)的大小完全相同，各區(qū)內(nèi)部所填入的砂土比例也完全一致，底部的滲水孔大小也一致。

圖2 導(dǎo)滲管實(shí)驗(yàn)原理圖

我們首先向A、B區(qū)勻速加入等量的水，可以明顯看到設(shè)置了導(dǎo)滲管的B區(qū)水位上升得較慢，而A區(qū)水位上升很快，說明導(dǎo)滲管將一部分的水導(dǎo)向了C區(qū)，從而延緩了B區(qū)水位的上升。

向A、B區(qū)里加等量的水，測定A、B兩區(qū)里水下滲完畢的時(shí)間。由于有導(dǎo)滲管將水引導(dǎo)到C區(qū)一起下滲，B區(qū)下滲速度明顯較快，水滲完的時(shí)間為6 min11 s，而A區(qū)下滲的速度則較慢，水滲完的時(shí)間為11 min25 s，接近B區(qū)的2倍，而A區(qū)滲透面積為B區(qū)的1/2，實(shí)驗(yàn)證明水下滲時(shí)間與滲透面積成反比，也就證明了導(dǎo)滲管在發(fā)揮著它的導(dǎo)滲作用，將水從一個(gè)區(qū)域引道至其它區(qū)域來實(shí)現(xiàn)共同滲透是可行的。

4 綜合運(yùn)用導(dǎo)滲管的海綿城市建設(shè)

根據(jù)之前的調(diào)查，該學(xué)校受淹最嚴(yán)重的區(qū)域是學(xué)校南部的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，尤其是田徑場中央的大草坪，我們根據(jù)導(dǎo)滲原理設(shè)計(jì)了新的海綿城市排水方式(見圖3)。

由圖3可以看出，除了大草坪區(qū)域雨水可以直接下滲外，不透水地表的雨水不能直接下滲，地表雨水被雨水口收集后，被導(dǎo)滲管引導(dǎo)至不透水地表下方， 再通過管道空隙滲出， 將原先不能滲透的籃球場、塑膠跑道等不透水地表也可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)垂直下滲，將可“滲透”面積擴(kuò)大了數(shù)倍，相當(dāng)于增大數(shù)倍的“海綿”的面積，使雨水下滲實(shí)現(xiàn)了最大化。

圖3 導(dǎo)滲管工作圖

根據(jù)這個(gè)思路， 我們可以把導(dǎo)滲管運(yùn)用到籃球場、羽毛球場等各類運(yùn)動(dòng)場、低等級道路、室外地坪等區(qū)域，相當(dāng)于這些面積變成了可滲透地表，綜合徑流系數(shù)可以大幅下降，效果明顯。

雖然水的下滲對環(huán)境友好，但是對承載結(jié)構(gòu)層卻有著一定的負(fù)面影響，在導(dǎo)滲管的實(shí)際運(yùn)用過程中，需要對以下問題引起重視，采取必要的工程措施，以防止引發(fā)新的問題：

(1)盡量選擇中型、輕型荷載的地表來導(dǎo)滲，如次要道路、籃球場、田徑場及休閑廣場等區(qū)域，不建議重交通道路下設(shè)置導(dǎo)滲管。

(2)設(shè)置溢流設(shè)施。排入導(dǎo)滲管路的雨水水頭應(yīng)得到控制，防止因管道內(nèi)水頭過高，雨水反向上滲，造成相關(guān)地表結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)水損壞。當(dāng)?shù)匦蔚钠鸱^大時(shí)，應(yīng)在導(dǎo)滲區(qū)域的低處設(shè)置溢流井。

(3)導(dǎo)滲管的埋置深度。導(dǎo)滲管的埋置深度應(yīng)埋設(shè)在地表鋪裝結(jié)構(gòu)層以下，離開地面荷載的影響深度，并增加安全深度，同時(shí)為安全起見，可在結(jié)構(gòu)層與導(dǎo)滲土體之間鋪設(shè)防滲土工布或粘土層，防止雨水反向上滲，從而保證地表鋪裝有足夠的強(qiáng)度來滿足使用。

(4)為增加導(dǎo)滲效果，有條件時(shí)被導(dǎo)滲土體表層宜采用20～50 cm碎石或粗砂土。

(5)為防止導(dǎo)滲管堵塞，從而影響滲透效果，透水管周圍應(yīng)設(shè)置反濾層。管周反濾層可采用滲水土工布等材料包裹，管周采用粗砂包封。

5 結(jié) 論

海綿城市建設(shè)關(guān)系到我國生態(tài)文明建設(shè)的根本[3]，其范疇和內(nèi)涵越來越廣泛，包括了降低徑流、控制污染、雨水利用等諸多方面，實(shí)際運(yùn)用過程中存在的相關(guān)問題也在逐步得到解決，導(dǎo)滲所關(guān)注和提升的是其最為核心內(nèi)容——“滲”，運(yùn)用導(dǎo)滲，可以讓雨水在地下的單一“豎向”滲透，變成“橫向+豎向”的綜合滲透，可以繞開不可滲的地表鋪裝，直達(dá)下層不影響使用功能的可滲透區(qū)域，從而建成更多的“海綿”。只要控制好導(dǎo)滲深度，設(shè)置合理的溢流，就能保證上層結(jié)構(gòu)安全。

導(dǎo)滲的設(shè)置方式靈活，價(jià)格低廉，能夠把海綿城市建設(shè)拓展到原先不宜建設(shè)或很難建設(shè)的區(qū)域，應(yīng)用前景廣泛，為海綿城市建設(shè)“六字方針”提供了新的拓展思路。