海綿城市理念在城市給排水設計中的應用

劉曉璠 劉思思

（沈陽市市政工程設計研究院有限公司 遼寧沈陽 110000）

我國城市化建設規(guī)模擴大和不斷發(fā)展導致許多城市人口激增，為城市化發(fā)展建設注入了“新鮮血液”，但隨之而來的是，城市人口激增也帶來了交通堵塞、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等嚴重后果。當下，習近平總書記提出了關于“海綿城市建設”的號召，得到了全國人民的熱烈響應，同時，為早日實現(xiàn)城市生態(tài)文明建設和建設美麗中國的美好愿景，各級政府相繼出臺了許多切合城市發(fā)展的舉措和措施［1］。

“海綿城市”對于現(xiàn)代有些人來說既新鮮又陌生，實際上它是一種城市對自然界水資源的搜集、轉化、利用和開發(fā)的新型建設體系，而這個城市給排水系統(tǒng)的建設在一定程度上直接影響著城市化建設的發(fā)展大局，所以，“海綿城市建設”為改善人民的生活環(huán)境、提高城市的水資源利用率、減少城市內澇嚴重等問題、營造城市和諧安寧的生態(tài)氛圍、實施“海綿城市建設”的舉措具有非常重要的現(xiàn)實意義［2］。

1 “海綿城市”建設的具體概念

近些年來，城市化建設的新興革新理念相繼得到驗證實施。2012年，在《2012低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇》中，“海綿城市”概念第一次被提出。這個城市化建設理念主要以我國古代的?；~塘和坡唐等系統(tǒng)建設為基礎，將自然界的一切水資源就地儲蓄、就地消化，指城市能夠像海綿一樣，在適應環(huán)境變化和雨水帶來的自然災害等方面具有良好的彈性，也可稱之為“水彈性城市”。

眾所周知，我國是水資源大國，但同時，我國也是世界上水資源極其缺乏的國家之一。特別是現(xiàn)代城市化建設發(fā)展過快，從而導致鋼筋水泥的城市建筑群不斷地增加，帶來了城市綠化率不斷降低，留給花草樹木的空間正逐步壓縮，使能夠蓄水的植被生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴重的破壞，導致城市地表的儲水功能下降，最終導致城市內澇和旱澇等問題的發(fā)生。因此，如何把自然界中的水資源合理開發(fā)利用，變廢為“寶”，是我國城市化建設中需要認真研究和思考的問題。那么，海綿城市建設的構想正是從合理解決雨水收集、處理、轉化、利用等問題出發(fā)，不斷促進城市蓄水功能的提升，形成城市內部的良性水循環(huán)體系，完善對水資源的有效管理，最大限度地維護好城市自然生態(tài)環(huán)境。

2 海綿城市建設在城市給排水市政建設中的重要意義

2.1 更好地保護城市生態(tài)環(huán)境

海綿城市建設理念對于恢復城市自然綠化和植被起到了不可或缺的作用，這一點已經在世界的城市建設中被廣泛認可。海綿城市建設是對城市給排水設施的有效利用，并可以在城市的多個地帶建立蓄水區(qū)，以增加綠化花園、園林公園和建筑生活小區(qū)、公路兩側綠化帶等場所和設施的儲水開發(fā)功能，進一步促進城市水資源系統(tǒng)的完善和發(fā)揮自身主要功能，同時，城市水資源的充足可以保證城市綠化植被長期處于一種繁茂的狀態(tài)，達到有效保護城市綠化生態(tài)環(huán)境的目的［3］。

2.2 有效地降低城市內澇風險

現(xiàn)如今，許多城市的雨水蓄水功能不完善，特別是遇到較大型的降水時，城市內澇的現(xiàn)象極其嚴重。例如，2021年的河南鄭州暴雨災害，造成了人民生命和財產的重大損失。在海綿城市建設設計中，將城市地表部分地區(qū)變成一種“海綿體”的形式，具備豐富的儲水功能，這主要是利用城市內的河湖等地表及城市特有的配套設施的特性，讓自然界的雨水從城市的“海綿體”內下滲到地表，這樣就可以利用城市特有的水資源的配套設施來進行儲蓄、回收、利用，此外，還可以將剩余的水資源利用城市地下的排水管道進行外排，促進城市水循環(huán)系統(tǒng)的健康運行，降低城市內澇的風險。

2.3 避免城市水污染現(xiàn)象

海綿城市建設理念還有一個對城市建設重要的作用，那就是能夠有效地避免城市水污染現(xiàn)象的發(fā)生。這是因為海綿城市建設設計中，城市水循環(huán)系統(tǒng)作用功能發(fā)揮良好，將落在地面的雨水主要以兩種形式進行了環(huán)保處理，一種處理形式是將讓雨水進入到城市水循環(huán)系統(tǒng)之中，加以有效地開發(fā)利用；另一種形式是將雨水儲存在城市“海綿體”的蓄水設施之中，可以將雨水中的污染物進行沉淀處理，然后進行降解和凈化，使儲存水的水質發(fā)生了質的改變，達到自然生態(tài)水的標準［4］。

2.4 提升對極端天氣的防范能力

近些年來，我國部分地區(qū)的洪澇災害、暴雨災害等極端天氣頻繁發(fā)生，給城市建設帶來生命和財產的巨大損失，所以，我國許多城市在汛期都設立了防汛、防洪指揮部等職能部門，采取各種有力量措施，積極做好防汛和抗洪準備。而海綿城市建設理念的實施極大地提升了城市的防汛抗洪能力，是城市給排水系統(tǒng)的有益補充和完善。將自然界的降水用蓄、用、排、防等方式進行轉化，從而有效地解決了遭遇特大暴雨時雨水積水過大過快造成的城市內澇等問題，降低了特大洪澇等災害對城市建設的影響和傷害。

2.5 提高城市給排水系統(tǒng)設施利用率

海綿城市建設進一步促進了城市水循環(huán)，提升了城市給排水系統(tǒng)設施的利用頻率。這主要是因為海綿城市建設理念構建于整個城市的排水系統(tǒng)發(fā)揮作用的基礎之上，是對原有的城市給排水系統(tǒng)的補充與完善，對城市地下水再利用、再開發(fā)的一個循環(huán)體系過程。因此，海綿城市建設對城市的排水系統(tǒng)進行必要的改造，使城市給排水系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用和功能，從而大大提升了城市給排水系統(tǒng)的利用效率，使城市地下水時刻保持在一種充足、平衡的狀態(tài)［5］。

3 城市給排水系統(tǒng)建設現(xiàn)存的主要問題

3.1 缺乏完善的城市配套排水設施設備

在我國，有些城市建設的年代比較久遠，城市給排水系統(tǒng)普遍老化的問題還不同程度地存在，這種情況不僅給城市給排水系統(tǒng)設施設備維護、保養(yǎng)帶來一定的難度，還給城市排水系統(tǒng)改造制造了難題。例如，老舊城區(qū)的管網布置走向和排水出口、管道材料的耐腐蝕度和抗壓強度都與現(xiàn)代化的城市發(fā)展要求標準不符，由于管道的老化及老舊管材材料的缺點，使得城市內部分老舊地區(qū)的積水情況日益嚴重，而改造難度也逐步加大，這些困難也嚴重影響著市政建設的改造與發(fā)展。

3.2 極端天氣給城市給排水系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)

近年來，由于全球氣候變暖所引起的極端天氣現(xiàn)象時有發(fā)生，這種異常氣候的出現(xiàn)，里面有許多的人為因素，主要是人類對自然界生態(tài)的過度破壞所造成的溫室效應，而這種極端天氣狀態(tài)給城市建設也帶來了許多的負面的影響。例如，遇到連續(xù)暴雨天氣時，如果城市沒有一個良好的排水系統(tǒng)為支撐的話，會給人們的生命和財產安全帶來不可估量的損失［6］。

3.3 城市水資源利用效率較低

我國是個缺水的國家，水資源利用率不良的狀態(tài)時有發(fā)生，水資源不足以給我國的各領域的發(fā)展建設帶來一定的負面影響，并且，各地水資源分配不均的現(xiàn)象也有所存在，在一定程度上影響到了農業(yè)建設的發(fā)展，制約了人民生活水平的提升。水資源利用效率低下的原因有許多，主要還是由于城市給排水系統(tǒng)效率低下所引起的，而水資源利用率的下降往往導致水資源的極大浪費，進一步導致城市缺水現(xiàn)象沒有得到任何緩解。

4 海綿城市建設的應用原則及設計標準

4.1 海綿城市建設應用原則

海綿城市建設理念應用于城市給排水系統(tǒng)中，既能優(yōu)化排水管路結構，又能提升排水系統(tǒng)的效益和功用。然而，在設計和應用過程中，應注重落實以下原則。

一是注重符合現(xiàn)代化城市建設發(fā)展規(guī)律。海綿城市理念的應用主要為了使城市給排水系統(tǒng)得到優(yōu)化，防止自然災害的發(fā)生。因此，在建設中，應注重城市發(fā)展給自然生態(tài)所帶來的影響，遵循現(xiàn)代化城市建設發(fā)展規(guī)律，使城市建設發(fā)展規(guī)律與自然生態(tài)平衡相結合，注重環(huán)保和節(jié)約化設計理念，杜絕水資源浪費現(xiàn)象的發(fā)生，以滿足城市人民生產生活用水的日常需要。

二是注重城市建設的自然環(huán)境特點?？v觀我國的地勢、地貌及自然環(huán)境，各個城市的自然環(huán)境特點都有所不同。例如，南方比北方河流湖泊較多，氣候相對潮濕，全年降雨量大，城市內部積水現(xiàn)象嚴重，因此，南方城市極易發(fā)生洪澇等自然災害。在城市給排水管線的設計上，不但要加強防洪、防汛設施建設，還要特別注意利用好多余的水資源，防止造成水資源的浪費現(xiàn)象發(fā)生，從而為城市居民的生產生活創(chuàng)造優(yōu)質的環(huán)境。

三是注重節(jié)約成本，減少耗損。海綿城市建設理念是建立在開流節(jié)流的基礎之上的，應遵循節(jié)約資源的發(fā)展觀念，特別是在地下水和自然水資源的再生和利用方面，要遵循“優(yōu)化設計、節(jié)約成本、減輕壓力、提升效率”的應用原則，合理進行排水系統(tǒng)設計，在充分利用現(xiàn)有的排水系統(tǒng)相關設施設備的基礎上，結合城市給排水系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃組織實施［7］。

四是注重城市給排水體系建設發(fā)展需要。由于我國地緣廣闊，城市繁多，許多城市的排水系統(tǒng)建設的發(fā)展規(guī)劃不盡相同，具有較大的差異性。因此，在海綿城市建設上，更應該充分考慮每個城市給排水系統(tǒng)建設需要，要與當?shù)氐某鞘薪ㄔO發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、氣候條件、經濟發(fā)展和人民生產生活水平緊密相連，科學合理地制定出符合城市給排水系統(tǒng)建設實際的設計方案，以滿足于城市給排水體系發(fā)展需要。

4.2 海綿城市建設設計標準

海綿城市建設理念對城市給排水系統(tǒng)進行必要的改造，提升了城市給排水系統(tǒng)作用的發(fā)揮。特別是在城市建設的相關環(huán)節(jié)上，還應該有相應的配套標準，以促進海綿城市建設理念的順利實施。

一是城市道路設計標準。城市道路交通主要由行車公路和人行道所構成，而每個城市道路交通的長短和寬窄并不完全統(tǒng)一，還有些道路使用的材料多為瀝青、水泥和石料等，容易出現(xiàn)道路積水和濕滑等問題，不僅可能造成對行人和車輛通行上的阻滯，還容易發(fā)生城市交通方面的風險隱患。如果這些積水無法在短時間內滲入地下，那么也可能出現(xiàn)熱島效應，給城市環(huán)境造成一定的污染。因此，利用海綿城市建設理念，增強這些道路的滲透性、排水性，使用瀝青混凝土作為建造道路的表層材料，中下層使用封閉性較好的隔水材料，保證積水不侵蝕地基的情況下，減少城市道路積水現(xiàn)象，提升交通道路的使用時間和壽命。

二是道路沿線兩側設計標準。按照以往的公路建設標準，道路兩側應采用平沿或立沿的修筑方式，平沿石板與道路水平，可以較好地引導雨水進入道路兩側的綠化帶，不容易造成道路積水的現(xiàn)象；立沿石板設計要高于道路，容易造成道路積水現(xiàn)象，但根據(jù)海綿城市建設理念，完全可以用立沿石板打孔、間隔鋪設等方式，有效解決道路積水問題，實現(xiàn)雨水向道路兩側綠化帶引導的設計目標。

三是城市綠地設計標準。在老城區(qū)改造中，城市綠地建設設計對城市給排水系統(tǒng)的功能發(fā)揮起到了重要的作用，同時，更是海綿城市建設理念不可缺少的部分。這主要是因為城市綠地在城市給排水系統(tǒng)中發(fā)揮了收集雨水、有效蓄水、自然過濾及二次利用等多項功能，因此，應科學完善地進行設計、構建和規(guī)劃［8］。

5 海綿城市概念在城市給排水設計中的應用方法

5.1 海綿城市建設中的滲水設計應用

在傳統(tǒng)的城市道路建設中，僅在邊石旁設置雨水口，邊石一般采用防滲土工布包裹，為了防止雨水滲入到道路結構層中，此時若出現(xiàn)大面積降雨，雨水口調蓄能力無法承載過量雨水，則多余的雨水會溢流到道路上形成積水。而采用海綿城市理念中道路施工的新型滲水材料，極大地增強了道路表層的強滲透性，使雨水輕松滲透到地下，解決了道路積水的“頑疾”問題。另外，這種雨水能及時滲透的做法也減少了道路路面徑流的問題發(fā)生，避免了水資源的污染，從而提高了城市水資源的開發(fā)利用率。

5.2 海綿城市建設中的蓄水設計應用

在海綿城市建設中，地下蓄水層的開發(fā)利用對收集、凈化水資源起到了非常關鍵的作用，地下蓄水層的深度設計一般應在地表以下10cm 處，鋪設蓄水材料、防水布等，用以實現(xiàn)對水的儲存。另外，還可以在道路兩側設置明溝，以加強雨水的沉淀效果。在大量降水季節(jié)，還可以把雨水出口設置在綠化帶旁邊，使雨水得到及時排放。城市蓄水庫的功用非常多，凈化的水資源可以作為道路清潔用水、消防用水、循環(huán)冷卻用水等。

5.3 海綿城市建設中的滯水設計應用

海綿城市建設的滯水設計理念與城市地形地貌有直接的關系，只有合理導流設計，才能讓降水快速滲入地下。而用雨水園區(qū)設計能很好地實現(xiàn)這個目標，就是在道路兩側設置綠化草地區(qū)域，利用雨水的徑流功能，將雨水快速地導入，可以在雨水緩沖區(qū)放置一些細石塊以減少雨水的徑流速度，起到及時過濾的效果。同時，還可以利用城市內的溝渠和池塘對雨水進行截污和凈化，避免大量雨水沖刷植被，使植被產生過多的流失。

5.4 海綿城市建設中的凈水設計應用

在傳統(tǒng)的城市建設中，綠化區(qū)的建設往往起不到對雨水儲蓄和凈化的作用，所以，為了有效地提升綠化區(qū)蓄水凈水功能，應該合理規(guī)劃綠化區(qū)設計，以下沉式的建設標準，使綠化區(qū)低于路面，以便雨水徑流很好地導入進綠化區(qū)，實現(xiàn)城市給排水系統(tǒng)的凈水功能目標。