海綿城市在城市給水排水建設(shè)中應(yīng)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(shè)過程當(dāng)中能夠發(fā)揮巨大作用，本文在海綿城市理念指導(dǎo)下，從城市建設(shè)中道路斷面設(shè)計(jì)、城市道路材料選擇、綠化帶設(shè)計(jì)、路沿石及道路設(shè)計(jì)以及雨水口設(shè)計(jì)5大方面分析在城市建設(shè)當(dāng)中海綿城市理念的融入。

【關(guān)鍵詞】海綿城市;給水排水;城市建設(shè);新型材料

海綿城市理念的提出能夠幫助城市建設(shè)者提高城市應(yīng)對城市內(nèi)澇的能力，降低城市發(fā)生洪災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，降低經(jīng)濟(jì)損失。

一、海面城市理念

海綿城市是一種應(yīng)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(yīng)環(huán)境變化以及雨水等自然災(zāi)害。海綿城市在應(yīng)對城市內(nèi)澇等問題時(shí)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(shù)語當(dāng)中，海綿城市被描述為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建”。2012年海綿城市概念首次被提出后國務(wù)院辦公廳也出臺(tái)了關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的相關(guān)指導(dǎo)意見，為海綿城市的進(jìn)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(jìn)而使城市能夠更好地應(yīng)對城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，最大程度將區(qū)域內(nèi)的雨水進(jìn)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(jìn)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(shè)過程當(dāng)中將雨水、地表水、地下水多個(gè)水循環(huán)環(huán)節(jié)綜合考慮起來，在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)城市建設(shè)方案，實(shí)現(xiàn)對于水資源最大程度的利用，以及對于自然災(zāi)害最大限度的防范［2］。當(dāng)前海綿城市建設(shè)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(shè)的相關(guān)投入與支持。

二、城市給水排水技術(shù)及建設(shè)現(xiàn)狀

(一)缺乏足夠的前瞻性。海綿城市理念實(shí)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(diào)動(dòng)。當(dāng)前在部分城市建設(shè)過程當(dāng)中，給水排水建設(shè)存在前瞻性不足的問題。前瞻性不足是指在給水排水技術(shù)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)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(shè)工程。城市變遷對于城市的整體給水排水結(jié)構(gòu)將會(huì)造成重大影響，也正如此在進(jìn)行給水排水建設(shè)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)要充分考慮未來城市格局的變動(dòng)以及城市可能出現(xiàn)的供水排水需求變動(dòng)。例如在城市化建設(shè)水平不斷推進(jìn)過程當(dāng)中，城市排水需求將會(huì)進(jìn)一步增大，因此在管網(wǎng)的建設(shè)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)要留有相應(yīng)的空間，保證城市內(nèi)洪水的及時(shí)排出。

(二)未重視區(qū)域水資源平衡與區(qū)域供水。城市建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，在城市建設(shè)的過程當(dāng)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(dāng)前部分城市在給水排水建設(shè)過程當(dāng)中，并沒有充分考慮到水資源時(shí)間和空間上的分布不均衡性。這就導(dǎo)致了城市管網(wǎng)建設(shè)過程當(dāng)中，其實(shí)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(fèi)。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(shè)的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)不同地區(qū)的發(fā)展情況進(jìn)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(kuò)張矛盾的出路。水資源的循環(huán)使用便是實(shí)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(shí)現(xiàn)對于水資源的高效利用便要將雨水轉(zhuǎn)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(dāng)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(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。因此在給水排水規(guī)劃設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)要充分考慮到自然降水的吸收與再利用，實(shí)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(shè)中的應(yīng)用

海綿城市建設(shè)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(jiǎng)”，成為該年度我國唯一獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的建筑。在燕尾洲公園的設(shè)計(jì)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?qū)崿F(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(shè)理念下城市給水排水建設(shè)過程當(dāng)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(jìn)行排出。同時(shí)還能夠很好地存儲(chǔ)雨水，為植物做灌溉水源。

(一)道路斷面的設(shè)計(jì)。城市道路由于在長時(shí)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(jìn)行排水，這種方法能夠使得在下雨時(shí)雨水對于車輛行駛的影響降到最低，雨水能夠快速進(jìn)入到道路兩側(cè)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(dǎo)下，城市給水排水建設(shè)過程當(dāng)中，對于材料的選擇也需要充分進(jìn)行考量，目前在城市建設(shè)當(dāng)中主要運(yùn)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(jià)較高，同時(shí)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(zhì)聚合物作為一種新型凝膠材料，具有較強(qiáng)的耐久性和快硬早強(qiáng)性。

(三)下沉式綠化帶設(shè)計(jì)。在現(xiàn)有道路特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，通過設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)在道路的兩側(cè)能夠美化城市，同時(shí)當(dāng)自然降水較多，地表徑流量迅速增加時(shí)，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(jìn)入到排出系統(tǒng)當(dāng)中。下沉式綠化帶能夠促進(jìn)城市的水流循環(huán)，將城市水資源動(dòng)態(tài)調(diào)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(shí)各種城市垃圾的存在，也會(huì)使得水資源受到污染，因此下沉式綠化帶的另外一個(gè)作用是，對于地表污染物進(jìn)行截流，同時(shí)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(shè)施。在路沿石的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)選用具備良好透水能力的材料。在一般的城市建設(shè)當(dāng)中，對于路沿石的設(shè)計(jì)往往是利用普通混凝土進(jìn)行預(yù)制，或者是對于石材進(jìn)行加工之后制成的這種不透水材料。當(dāng)降雨量較大時(shí)，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(yīng)當(dāng)要選用透水的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以采用多孔混凝土與普通混凝土混合澆筑［3］。當(dāng)前城市建設(shè)中主要采用瀝青路面，此種路面不易透水，當(dāng)遇到較大暴雨時(shí)很容易滯留雨水，因此在車行道設(shè)計(jì)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(jìn)行鋪設(shè)，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(zhuǎn)化為地下水，防止城市內(nèi)澇的出現(xiàn)。

(五)雨水口。雨水口設(shè)計(jì)也是在城市建設(shè)當(dāng)中，收集地表徑流的重要設(shè)施。為了更好的實(shí)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(shí)為了更好的清洗雨水口，在雨水口上，應(yīng)當(dāng)要加入濾網(wǎng)換防堵塞側(cè)壁進(jìn)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(dāng)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(shè)計(jì)過程當(dāng)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(gè)數(shù)將要控制在三個(gè)之內(nèi)，同時(shí)對于雨水口的深度應(yīng)當(dāng)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(shí)也需要對于雨水口附近的匯水能力進(jìn)行計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行合理的雨水口設(shè)計(jì)。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(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)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(qiáng)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(shè)計(jì)雨水口的過程中應(yīng)當(dāng)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(chǔ)上計(jì)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(jì)算公式為P=s(s+d)，其中s指進(jìn)水縫隙寬度，d指兩縫隙之間的距離)，L指進(jìn)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(jì)算得出不同尺寸的雨水口其泄水量，進(jìn)而為雨水口設(shè)計(jì)提供參考。

四、結(jié)語

海綿城市理念在城市給水排水設(shè)計(jì)當(dāng)中能夠提高城市應(yīng)對城市內(nèi)澇的能力，同時(shí)通過合理設(shè)計(jì)，能夠提升對于雨水的收集和排泄能力，為進(jìn)一步利用水資源提供更多可能與機(jī)會(huì)。

【參考文獻(xiàn)】

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

［2］鄒彭濤．分析海綿城市理念在市政給排水設(shè)計(jì)中的運(yùn)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(shè)計(jì)中的運(yùn)用［J］．中國高新區(qū)，2019，12:189

［4］李雯．《居住綠地設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中給排水設(shè)計(jì)要點(diǎn)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(shè)計(jì)有限公司