海綿城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵

代長(zhǎng)生

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100018）

海綿具有吸水功能，海綿城市指城市的給排水系統(tǒng)同海綿一樣具有很強(qiáng)的吸水能力，可以吸收多余的水分，支撐整個(gè)城市的日常生產(chǎn)生活。海綿城市建設(shè)時(shí)期，需要設(shè)計(jì)一些固定點(diǎn)地塊，架設(shè)吸水能力較強(qiáng)的海綿材料，放置在城市的休閑生活區(qū)。

本研究以廣州南站商務(wù)區(qū)東新高速以東保障房周邊市政道路工程及附屬設(shè)施項(xiàng)目為例，項(xiàng)目位于廣州南站核心區(qū)東邊，東新高速以東，漢溪大道以南，興業(yè)大道以北區(qū)域。項(xiàng)目包括6條新建市政道路，分別為規(guī)劃一路至規(guī)劃六路，場(chǎng)地沿線(xiàn)以魚(yú)塘、荒地為主，沿經(jīng)河涌3條，出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣情況時(shí)，易發(fā)生嚴(yán)重的積水或澇情，影響交通舒暢和行人安全。為貫徹新一代城市雨洪管理概念，避免建設(shè)道路發(fā)生積澇，擬建項(xiàng)目采取城市道路海綿化設(shè)計(jì)，提升道路適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水災(zāi)害等方面的能力，建設(shè)系統(tǒng)性的海綿城市道路工程，防治道路積澇現(xiàn)象，為濱海城市道路防澇技術(shù)提升提供參考。

1 海綿城市理念滲透城市排水系統(tǒng)的緊迫性

廣州市屬于典型的海濱城市，海洋和大陸氣候?qū)ζ溆忻黠@影響，城市平均年降水量大，降水高峰期易出現(xiàn)大暴雨。廣州市城市道路排水系統(tǒng)老舊，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，與龐大的降水量不匹配。因此，為了改善海濱城市內(nèi)澇現(xiàn)象，貫徹新一代城市雨洪管理概念，提高城市生態(tài)系統(tǒng)功能，改善城市熱島效應(yīng)，系統(tǒng)性地考慮城市防澇問(wèn)題。

擬建項(xiàng)目采取城市道路海綿化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)新建道路的海綿性功能，將道路建設(shè)、排水系統(tǒng)、附近流域系統(tǒng)性地結(jié)合，提升道路適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)雨水災(zāi)害等方面的彈性，改善城市內(nèi)澇，建設(shè)系統(tǒng)性的海綿城市道路工程。

2 海綿城市理念中排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

2.1 健康綠色

海綿城市的建設(shè)特點(diǎn)和重點(diǎn)為水資源的儲(chǔ)存、凈化、收集和運(yùn)用，雨水管理中，應(yīng)確定環(huán)節(jié)的權(quán)重，從雨水源頭的調(diào)查開(kāi)始，對(duì)如何收集雨水、凈化雨水、儲(chǔ)存雨水、應(yīng)用雨水進(jìn)行詳細(xì)的方案制定，充分利用雨水資源，減少其他水資源消耗，促進(jìn)城市生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2.2 保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境

城市給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作對(duì)海綿城市的建設(shè)具有重大意義。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)始終堅(jiān)持以保護(hù)城市環(huán)境為前提，盡最大努力實(shí)現(xiàn)人類(lèi)與自然環(huán)境的互利共處，在保證城市排水功能正常的條件下，對(duì)雨水資源進(jìn)行合理利用，確保城市用水安全。海綿城市建設(shè)不是一味地更改原有排水系統(tǒng)，是在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行合理的改造與完善，強(qiáng)化排水抗洪能力以及提高水資源儲(chǔ)存與利用能力，按需調(diào)配雨水資源，提升對(duì)水資源的利用率。

2.3 排水系統(tǒng)多元化

開(kāi)展海綿城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意多元化建設(shè)。湖泊、田地、山川等均會(huì)影響排水系統(tǒng)建設(shè)，是預(yù)防災(zāi)害發(fā)生的重要途徑和開(kāi)展雨水管理工作的重點(diǎn)內(nèi)容。有關(guān)人員必須對(duì)城市中的上述場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)查和研究，借助場(chǎng)景模擬等方式，評(píng)估地區(qū)發(fā)展情況，科學(xué)規(guī)劃水資源利用，重點(diǎn)關(guān)注河流、湖泊等地點(diǎn)，確保發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)可以靈活應(yīng)對(duì)，將災(zāi)害對(duì)城市發(fā)展與居民生活的影響降至最低[2]。

排水系統(tǒng)建設(shè)階段，應(yīng)精細(xì)地審核城市不透水面積總量，保證雨水正常循環(huán)，努力協(xié)調(diào)給排水系統(tǒng)和管道網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，盡可能地建設(shè)功能完善的城市排水網(wǎng)絡(luò)。

一般路段海綿系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 一般路段海綿系統(tǒng)

3 海綿城市排水設(shè)計(jì)的重要性

3.1 降低給排水成本

建設(shè)優(yōu)秀的海綿城市必須充分理解城市的自然條件，借助城市的自然條件開(kāi)展建設(shè)，結(jié)合城市水文特點(diǎn)抗擊洪澇或干旱災(zāi)害，實(shí)現(xiàn)降水期雨水的及時(shí)排放和合理儲(chǔ)存以及旱期的雨水利用。海綿城市的排水系統(tǒng)與一般的排水系統(tǒng)存在較大差異，最明顯的特征是海綿城市排水系統(tǒng)的排水形式更多。

為管理城市雨水、地表水及地下水，必須盡可能減少對(duì)傳統(tǒng)排水設(shè)施的使用，借助自然優(yōu)勢(shì)，在滿(mǎn)足人們生活生產(chǎn)用水需要的同時(shí)，降低城市建設(shè)資金需求，控制給排水設(shè)施更新與維修的費(fèi)用支出，促進(jìn)城市良性持續(xù)發(fā)展[3]。

3.2 提升水資源利用率

強(qiáng)蓄水能力是海綿城市的特征之一，海綿城市可以?xún)?chǔ)存多余的雨水，經(jīng)過(guò)凈化等一系列操作，將雨水供給城市居民使用，減少其他水資源的使用。降雨量非常大時(shí)，海綿城市的蓄水能力可以避免洪澇災(zāi)害的，將多余的雨水作為一種資源再利用，提升了城市生態(tài)水平，有助于城市發(fā)展和生態(tài)建設(shè)。建設(shè)海綿城市的主要目的為實(shí)現(xiàn)雨水資源和污水的高速循環(huán)利用，解決城市水資源消耗問(wèn)題。

3.3 增強(qiáng)城市抗災(zāi)能力

洪澇災(zāi)害是每個(gè)城市都有可能面對(duì)的自然災(zāi)害之一，城市排水對(duì)城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。海綿城市是現(xiàn)階段解決上述問(wèn)題最好的辦法，海綿城市可以吸收大量的水分并儲(chǔ)存，雨季時(shí)，極強(qiáng)的蓄水能力可以使城市免于洪澇侵襲；旱季時(shí)，可以使用雨季時(shí)儲(chǔ)存的雨水，解決城市用水難題，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)水、用水、排水一體化建設(shè)，降低洪澇和干旱災(zāi)害發(fā)生的概率[4]。

4 海綿城市排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 排水收集系統(tǒng)

（1）收集。

收集工作的重點(diǎn)是將雨水從室外地表收入蓄水系統(tǒng)。海綿城市建設(shè)過(guò)程中，排水系統(tǒng)和蓄水系統(tǒng)相互分離。與傳統(tǒng)雨水收集系統(tǒng)不同，海綿城市雨水收集系統(tǒng)與排水系統(tǒng)結(jié)合密切，路面積水太多不及時(shí)排放會(huì)對(duì)居民的生活以及出行造成很大困擾，海綿城市的排水系統(tǒng)可以收集雨水，將不能儲(chǔ)存的雨水排出。排水系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)市政道路時(shí)選擇透水性好的混凝土材料，在路面下埋置雨水收集箱；在收集箱口位置安裝過(guò)濾器，對(duì)雨水進(jìn)行過(guò)濾和凈化；在綠化帶區(qū)域，必須確保及時(shí)排水，否則植物根莖會(huì)因無(wú)氧呼吸過(guò)盛而腐爛。

（2）雨水的調(diào)蓄。

雨水調(diào)蓄指對(duì)雨水進(jìn)行暫時(shí)性?xún)?chǔ)存，待降水結(jié)束后排出，起到延時(shí)排水的效果，雨水調(diào)蓄的方法包括利用景觀水體調(diào)蓄降水、水池調(diào)蓄、管道調(diào)蓄。

①利用景觀水體調(diào)蓄降水。

這種方法一般用于廣場(chǎng)、公園中，不會(huì)影響城市面貌但占地面積較大。

②水池調(diào)蓄。

水池調(diào)蓄是現(xiàn)階段應(yīng)用最多的方法，調(diào)蓄池多數(shù)位于城市廣場(chǎng)、停車(chē)場(chǎng)、綠地、居民小區(qū)等地，不占用地上空間且蓄水能力較強(qiáng)[5]。

③管道調(diào)蓄。

通常設(shè)置在地下，除了不占用地表空間外，還具有節(jié)省地下空間與建設(shè)成本的優(yōu)點(diǎn)。

4.2 綠化帶的生態(tài)排水

綠化帶對(duì)海綿城市至關(guān)重要，綠化帶維護(hù)過(guò)程中，需要人工澆灌與照顧確保綠化帶中的植物茁壯成長(zhǎng)，海綿城市的綠化帶水平低于路面，地面的水資源可以直接流入綠化帶，省去人工照顧與澆灌的環(huán)節(jié)，可以節(jié)約人工成本，提升對(duì)水資源的利用效率。

對(duì)植被生長(zhǎng)的土質(zhì)以及附近水道開(kāi)展建設(shè)工程，利用海綿城市開(kāi)展適宜的土壤質(zhì)量改良工作，進(jìn)一步完善綠化帶的集水系統(tǒng)和蓄水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。過(guò)程中進(jìn)行處理和收集，可以按功能區(qū)分流經(jīng)的水道，將沉淀凈化后的質(zhì)量指標(biāo)作為規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一。

4.3 設(shè)置道路透水結(jié)構(gòu)

在海綿城市道路車(chē)道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用優(yōu)質(zhì)的透水瀝青，可以緩解設(shè)計(jì)中的熱島效應(yīng)、地表徑流二次污染和雨水內(nèi)澇等問(wèn)題。

透水瀝青路面主要由地基、路基、基層和透水瀝青面層4部分組成。設(shè)計(jì)人員編制設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)保證路面結(jié)構(gòu)的耐久性和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)蓄水功能，使雨水能夠有效地滲透至地面基礎(chǔ)。

根據(jù)道路結(jié)構(gòu)形狀，道路透水結(jié)構(gòu)可以分為全透水結(jié)構(gòu)、地透水結(jié)構(gòu)和地表透水結(jié)構(gòu)3種不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。城市次干道、停車(chē)場(chǎng)、校園道路和公園道路廣泛應(yīng)用全透水結(jié)構(gòu)，此類(lèi)道路對(duì)承載力要求不高，非常適合全透水人行道的設(shè)計(jì)。基層的透水結(jié)構(gòu)在機(jī)動(dòng)車(chē)道路運(yùn)行中具有非常重要的作用，機(jī)動(dòng)車(chē)行駛時(shí)，對(duì)路面的承載能力和穩(wěn)定性具有很高的要求。設(shè)計(jì)路基時(shí)，必須科學(xué)合理地確定基礎(chǔ)體積的剛性基礎(chǔ)，使其能夠滿(mǎn)足機(jī)動(dòng)車(chē)行駛的需要。在城市主要街道和高速公路的設(shè)計(jì)中，必須采用面層透水結(jié)構(gòu)。主要街道和高速公路的車(chē)流量較大，對(duì)路面的穩(wěn)定性和承載能力也有較高的要求，透水面層的調(diào)整可以滿(mǎn)足耐久性和承載能力的要求。此外，為了進(jìn)一步保證道路的施工質(zhì)量，工程師必須選用優(yōu)質(zhì)材料，確保材料具有環(huán)保性能。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)城市排水系統(tǒng)，推動(dòng)城市排水工作改革進(jìn)步，有助于減小城市排水難度和壓力，提升城市抗洪抗旱能力，在總體上提升城市的抗災(zāi)害能力。因此，設(shè)計(jì)城市排水系統(tǒng)時(shí)使用海綿城市的理念作為指導(dǎo)十分重要，切實(shí)做好排水系統(tǒng)建設(shè)工作，提升排水系統(tǒng)運(yùn)行效率，提升供水系統(tǒng)效能，對(duì)城市給排水系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)布局與建設(shè)，是促進(jìn)城市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。