海綿城市在城市給水排水建設中應用

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【內(nèi)容摘要】海綿城市理念在城市給水排水建設過程當中能夠發(fā)揮巨大作用，本文在海綿城市理念指導下，從城市建設中道路斷面設計、城市道路材料選擇、綠化帶設計、路沿石及道路設計以及雨水口設計5大方面分析在城市建設當中海綿城市理念的融入。

【關鍵詞】海綿城市;給水排水;城市建設;新型材料

海綿城市理念的提出能夠幫助城市建設者提高城市應對城市內(nèi)澇的能力，降低城市發(fā)生洪災的風險，降低經(jīng)濟損失。

一、海面城市理念

海綿城市是一種應對城市雨洪而產(chǎn)生的管理概念，其目的在于使城市能夠更好地適應環(huán)境變化以及雨水等自然災害。海綿城市在應對城市內(nèi)澇等問題時能夠展現(xiàn)出巨大的作用，海綿城市也被稱為水彈性城市，在國際通用術語當中，海綿城市被描述為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建”。2012年海綿城市概念首次被提出后國務院辦公廳也出臺了關于推進海綿城市建設的相關指導意見，為海綿城市的進一步推廣和發(fā)展指明了方向［1］。海綿城市所遵循的是生態(tài)優(yōu)先原則，通過人工措施進而使城市能夠更好地應對城市內(nèi)澇風險，最大程度將區(qū)域內(nèi)的雨水進行滲透凈化，最終循環(huán)利用。海綿城市是一種對傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的改進與發(fā)展，最大程度發(fā)揮了城市本身的作用，在海綿城市的建設過程當中將雨水、地表水、地下水多個水循環(huán)環(huán)節(jié)綜合考慮起來，在此基礎上提出相應城市建設方案，實現(xiàn)對于水資源最大程度的利用，以及對于自然災害最大限度的防范［2］。當前海綿城市建設在德國、瑞士、新加坡、美國等諸多國家均有顯著成效。在我國，近年來也逐步加快對于海綿城市建設的相關投入與支持。

二、城市給水排水技術及建設現(xiàn)狀

(一)缺乏足夠的前瞻性。海綿城市理念實現(xiàn)的是對于水資源的高效利用，以及對于區(qū)域水資源的合理調動。當前在部分城市建設過程當中，給水排水建設存在前瞻性不足的問題。前瞻性不足是指在給水排水技術設計的過程當中，并沒有考慮到城市長久發(fā)展的變化因素，僅僅單純地完成給水排水建設工程。城市變遷對于城市的整體給水排水結構將會造成重大影響，也正如此在進行給水排水建設過程當中應當要充分考慮未來城市格局的變動以及城市可能出現(xiàn)的供水排水需求變動。例如在城市化建設水平不斷推進過程當中，城市排水需求將會進一步增大，因此在管網(wǎng)的建設過程當中應當要留有相應的空間，保證城市內(nèi)洪水的及時排出。

(二)未重視區(qū)域水資源平衡與區(qū)域供水。城市建設是一個系統(tǒng)性的工程，在城市建設的過程當中也需要充分考慮到區(qū)域水資源的平衡性以及區(qū)域供水問題。當前部分城市在給水排水建設過程當中，并沒有充分考慮到水資源時間和空間上的分布不均衡性。這就導致了城市管網(wǎng)建設過程當中，其實際承載量與需求量不相匹配，一定程度上造成了資源的浪費。例如對于生活用水、綠化灌溉、工業(yè)用水等等均有不同的用水需求，在開展給水排水規(guī)劃建設的過程當中，應當要根據(jù)不同地區(qū)的發(fā)展情況進行選擇。

(三)水資源循環(huán)使用率低。水作為人類賴以生存的自然資源，雖然其總量較大，但是可供人類直接使用的淡水資源總量很少，人類發(fā)展離不開水資源，最大限度的利用水資源是解決水資源有限性與需求不斷擴張矛盾的出路。水資源的循環(huán)使用便是實現(xiàn)水資源的一水多用，既要收集可利用的水資源，又要最大限度的利用好水資源。就城市發(fā)展來說，最大限度的實現(xiàn)對于水資源的高效利用便要將雨水轉化成城市用水，水資源的循環(huán)利用并不是對于生活廢水的處理和再利用，還包括對于自然降水的收集。在許多城市當中并沒有重視對于自然降水的收集處理，這不僅加大了城市內(nèi)澇的風險，同時也一定程度上造成了資源的浪費。因此在給水排水規(guī)劃設計過程當中，應當要充分考慮到自然降水的吸收與再利用，實現(xiàn)水資源的高效利用，一定程度上降低城市的管理成本。

三、海綿城市理念在城市給水排水建設中的應用

海綿城市建設在我國也有很好的范例，這里以浙江省金華市燕尾洲公園為例，2015年11月，燕尾洲公園獲世界建筑節(jié)“最佳景觀建筑獎”，成為該年度我國唯一獲得該獎項的建筑。在燕尾洲公園的設計中，大量的是用來透水混凝土、下凹綠地、人工濕地。這使得燕尾洲公園能夠實現(xiàn)很好的蓄水排水功能，現(xiàn)在每日超過4萬人使用燕尾洲公園。在海綿城市建設理念下城市給水排水建設過程當中綠化帶所發(fā)揮的作用很大，綠化帶下面可以通過修剪水果的方式將雨水匯集之后進行排出。同時還能夠很好地存儲雨水，為植物做灌溉水源。

(一)道路斷面的設計。城市道路由于在長時間的使用下很容易出現(xiàn)一定損傷，正因如此，對于道路的橫斷面，經(jīng)常采用的是雙面坡形式來進行排水，這種方法能夠使得在下雨時雨水對于車輛行駛的影響降到最低，雨水能夠快速進入到道路兩側的排水系統(tǒng)，減少路面積水的可能性。

(二)城市道路材料。在海綿城市理念指導下，城市給水排水建設過程當中，對于材料的選擇也需要充分進行考量，目前在城市建設當中主要運用的材料有透水瀝青混凝土、透水磚等等，雖然這些材料能夠很好地解決問題，但是由于這些材料的單位造價較高，同時在一定程度上取材很不方便，因此需要考慮新型路面材料。地質聚合物作為一種新型凝膠材料，具有較強的耐久性和快硬早強性。

(三)下沉式綠化帶設計。在現(xiàn)有道路特點的基礎之上，通過設計下沉式綠化帶，能夠更好地利用植物的吸水特性，來提高水資源的利用效率。下沉式綠化帶設計在道路的兩側能夠美化城市，同時當自然降水較多，地表徑流量迅速增加時，下沉式綠化帶還能夠像海綿一樣吸收多余的雨水，或者讓雨水能夠進入到排出系統(tǒng)當中。下沉式綠化帶能夠促進城市的水流循環(huán)，將城市水資源動態(tài)調節(jié)起來，在道路中，由于地表徑流量較大，水流速度較快對于管網(wǎng)的排水壓力較大，同時各種城市垃圾的存在，也會使得水資源受到污染，因此下沉式綠化帶的另外一個作用是，對于地表污染物進行截流，同時減緩地表徑流速度。圖1為下沉式綠化帶。

(四)路沿石及道路。路沿石是城市道路邊緣排水的主要設施。在路沿石的設計過程當中，應當選用具備良好透水能力的材料。在一般的城市建設當中，對于路沿石的設計往往是利用普通混凝土進行預制，或者是對于石材進行加工之后制成的這種不透水材料。當降雨量較大時，路面積水不能夠較快排出，極大影響人們的出行安全。因此就路沿石而言，應當要選用透水的材料進行設計，可以采用多孔混凝土與普通混凝土混合澆筑［3］。當前城市建設中主要采用瀝青路面，此種路面不易透水，當遇到較大暴雨時很容易滯留雨水，因此在車行道設計上采用透水瀝青;人行道上可以采用聚合物纖維混凝土透水磚來進行鋪設，此種透水磚摻雜有聚丙烯纖維，主要骨料選用花崗巖，此種透水磚能夠很快將地表徑流轉化為地下水，防止城市內(nèi)澇的出現(xiàn)。

(五)雨水口。雨水口設計也是在城市建設當中，收集地表徑流的重要設施。為了更好的實現(xiàn)對于水資源的利用，在傳統(tǒng)雨水口上可以加裝截污裝置，同時為了更好的清洗雨水口，在雨水口上，應當要加入濾網(wǎng)換防堵塞側壁進水排水帽，截污鐵蓖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨水篦子，鐵篦帽檐能夠阻止雜物流入到雨水口當中，減少管道內(nèi)發(fā)生堵塞的情況［4］。一般來說在雨水口設計過程當中，對于連接管管徑的選擇，一般選擇20～50米之間。雨水口長度需要在25米以下，連接管的個數(shù)將要控制在三個之內(nèi)，同時對于雨水口的深度應當要保證其深度在一米之內(nèi)。對于人口密度較大的地區(qū)，還需要在雨水口內(nèi)安裝沉泥槽。同時也需要對于雨水口附近的匯水能力進行計算，在此基礎上，進一步進行合理的雨水口設計。雨水口匯水能力:Q1=φqA/1000其中φ為綜合徑流系數(shù)，q代表設計暴雨強度，單位為L/(s·hm2)，A是匯水面積，單位是m2。對于此公式分析可以發(fā)現(xiàn)在城市中雨水口匯水能力受到暴雨強度、匯水面積以及綜合徑流系數(shù)影響，而其中綜合徑流系數(shù)很大程度上受到地面類型以及地面植被覆蓋率的影響，為此在設計雨水口的過程中應當要充分分析該城市中地面類型、氣候條件以及地面覆蓋情況，綜合多種因素綜合考量。在此基礎上計算雨水口的泄水能力。雨水口泄水能力:Q2=23μPbL槡2gh在此公式中，μ為流量系數(shù)，其取值0.60～0.62，P指的是鐵蓋孔隙比，(其計算公式為P=s(s+d)，其中s指進水縫隙寬度，d指兩縫隙之間的距離)，L指進水有效長度，h指的是雨水篦上的水深，一般此值取0.04～0.06m。通過此公式能夠計算得出不同尺寸的雨水口其泄水量，進而為雨水口設計提供參考。

四、結語

海綿城市理念在城市給水排水設計當中能夠提高城市應對城市內(nèi)澇的能力，同時通過合理設計，能夠提升對于雨水的收集和排泄能力，為進一步利用水資源提供更多可能與機會。

【參考文獻】

［1］翟慧敏，程啟先，李書覃等．海綿城市理念演變的知識圖譜可視化分析［J］．水資源保護，2020，36(2):34～40

［2］鄒彭濤．分析海綿城市理念在市政給排水設計中的運用［J］．中國房地產(chǎn)業(yè)，2020，5:224

［3］黃萬松，鄒劍．海綿城市理念在市政給排水設計中的運用［J］．中國高新區(qū)，2019，12:189

［4］李雯．《居住綠地設計標準》中給排水設計要點解讀［J］．城市道橋與防洪，2019，8:137～140，19

作者:路樹生 單位:河南中核五院研究設計有限公司