張梁

（湖南省長沙市城市建設科學研究院，長沙 410000)

1 海綿城市理念

海綿城市屬于新一代城市雨洪管理概念，是指城市在應對各類環(huán)境及雨水帶來的影響與災害時，具有彈性，如同海綿一樣具備能吸水、蓄水、滲水、凈水等功能[1]。海綿城市并非要取代傳統(tǒng)排水系統(tǒng)，而是對傳統(tǒng)排水系統(tǒng)進行優(yōu)化與創(chuàng)新。引入海綿城市理念，讓城市市政建設期間能做好“水”的調(diào)節(jié)，使自然降水、地表水和地下水在海綿城市建設中能夠協(xié)調(diào)與統(tǒng)籌，所以在市政給排水設計中要考慮復雜性和長期性。而相比于傳統(tǒng)城市建設，海綿城市更順應自然，在城市開發(fā)建設中影響較小，不會改變地表徑流量。

2 海綿城市理念的重要性

市政給排水設計中的海綿城市理念的應用具有重要意義，主要表現(xiàn)為：（1）優(yōu)化城市給排水基礎設施。市政給排水設計中，海綿城市的應用能提升給排水的運行質(zhì)量與效率，確保其能滿足城市發(fā)展需求，完善給排水系統(tǒng)。（2）減少對水資源的污染。城市發(fā)展期間水資源污染問題比較突出，很多城市給排水系統(tǒng)難以對水污染問題進行治理，對城市發(fā)展造成極大影響，但海綿城市理念的應用，能有效降低對水資源的污染，確保城市的生態(tài)平衡。（3）提升水資源利用率[2]。傳統(tǒng)市政給排水系統(tǒng)難以有效蓄水與排水，會造成城市內(nèi)澇，水資源難以得到有效利用，但海綿城市理念的應用能有效收集水資源，提升水資源的利用率，實現(xiàn)城市的綠色發(fā)展。

3 海綿城市理念的應用原則

3.1 結合城市規(guī)劃

市政給排水是城市整體發(fā)展的重要組成部分，是一項專業(yè)性、復雜性較強的工作，與城市其他項目規(guī)劃密切相關，如城市防水防澇、環(huán)境保護等，在設計時會增加給排水設計難度。所以在給排水設計中海綿城市理念的應用，是要與城市規(guī)劃相結合，能從整體出發(fā)，確保給排水設計的科學性與系統(tǒng)性，滿足城市發(fā)展需求。

3.2 確保專業(yè)水平

在城市基礎設施建設中給排水系統(tǒng)是重要組成部分，影響著城市的可持續(xù)發(fā)展。但目前我國市政給排水設計中，對海綿城市理念及相關技術的認識不足，導致應用水平相對較低，無法為給排水設計提供可靠支持。同時，在給排水設計中會存在諸多不確定性，只有設計人員能充分認識海綿城市，確保其專業(yè)性，才能提升城市排水系統(tǒng)設計的效果。

3.3 生態(tài)優(yōu)先原則

在我國各大城市貫徹落實“綠色發(fā)展”理念期間，給排水設計中海綿城市理念的應用要堅持生態(tài)優(yōu)先原則，減少對城市的污染與破壞。海綿城市排水設計要提升對資源的利用率，采用綠色理念與材料，降低建設與運行期間的污染與能耗，提升給排水系統(tǒng)的應用效果。

4 海綿城市理念在市政給排水設計中的應用要點

4.1 綠化帶設計

市政給排水設計中綠化帶是重要組成部分，以海綿城市理念為指導，要求綠化帶設計能滿足基本的蓄水功能，提升水資源的利用率。下沉式綠化帶具有消減路面徑流、減輕道路揚塵、節(jié)約綠地灌溉用水等多種功能，所以成為當下海綿城市綠化帶設計的主要方向。

下沉式綠化帶在設計過程中需分析綠化帶水量平衡，可以用式（1）對時段內(nèi)水量平衡進行計算：

式中，Q1為雨水在計算時段內(nèi)流入下沉式綠化帶的總徑流量；U1為計算起始時下沉式綠化帶的蓄水量；Z為計算時間內(nèi)下沉式綠化帶的雨水下滲量；U2為計算時間內(nèi)下沉式綠化帶的蓄水量；Q2為計算時間內(nèi)下沉式綠化帶進入雨水管道的外排量。

下沉式綠化帶設計的雨水控制容量可通過式（2）得出：

式中，E為下沉式綠化帶設計的雨水控制容量；ΔU為計算時段內(nèi)進入下沉式道路綠化帶的蓄水量。

同時，也要對綠化帶雨水滲蓄能力R進行計算，可通過公式（3）得出：

式中，ψ為雨水滲蓄率；∈為綠化帶服務區(qū)徑流系數(shù)；Fn為道路面積；Fg為綠化帶面積。

可以使用式（4）和式（5）計算降雨量：

式中，H為降雨深度；q為暴雨強度；T為設計重現(xiàn)期；t為降雨歷時。

雨水下滲量S計算如式（6）所示：

式中，K為土壤的穩(wěn)定入滲速率；J為水利坡度。

橫斷面方向的綠化帶在下凹式綠化帶中，能在下凹式斷面中存積雨水，綠化帶使雨水過濾后，可以通過溢流的方式進入雨水利用系統(tǒng)，下凹式綠化帶內(nèi)設置雨水口，要高于地面3～5 cm，綠化帶內(nèi)綠地地面的高程較兩側路面低5～10 cm，每隔一段距離在綠化帶兩側的路緣石設置雨水的流入孔，可以在綠化帶內(nèi)匯集雨水。將防水土工材料鋪設于綠化帶的底層及其兩側，能減輕雨水的下滲。

4.2 人行道設計

以海綿城市理念為指導，市政給排水設計中“透水”是十分重要的要素，所以可以設計透水人行道，且透水人行道的材料選擇十分關鍵，具體見表1。

表1 透水人行道的材料選擇

在穩(wěn)定水頭狀態(tài)下對透水磚等材料的透水性能進行計算，在確定透水系數(shù)時可以使用式（7）：

式中，KT水為水溫為T水℃時的試樣透水系數(shù)；Q為時間t內(nèi)的滲出水量；I為試樣的厚度；A為試樣的上表面面積；h為水位差。透水磚的各項指標控制見表2。

表2 透水磚的控制指標

透水水泥混凝土等材料的孔隙率計算時可以使用式（8）：

式中，P、V0、m2、m1分別為試件孔隙率、試件體積、試件浸水飽和下在水中的質(zhì)量、試件在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量。

在對透水水泥混凝土的透水系數(shù)進行計算時，公式如式（9）：

式中，ζ、h′、A0、τ0、Q1、X分別為透水系數(shù)、試件高度、試件斷面、上下出水口之間的距離水位差、從透水儀出水口流出的水量、從透水儀出水口流出的時間。

透水人行道的土基要有良好的透水性，一般情況下透水系數(shù)需控制在1.0×10-3mm/s以上，滲透面與地下水位之間的距離要求控制在1 m以上。

4.3 附屬設施設計

將綠色景觀樹種植在道路沿線兩側，在設計中要求生物滯留溝種植土壤層厚度宜為120 cm。生態(tài)滯留溝中路沿石豁口生態(tài)滯留溝的設計過程中，要做好豁口長度、凈流量等參數(shù)計算，避免影響其凈化效果。在路緣石上預留豁口是比較普遍的方式。在對路緣石豁口進行計算時，可以使用公式（10）：

式中，L、W、K0、B、n、i分別為豁口長度、設計凈流量、經(jīng)驗常數(shù)、縱向坡度、曼寧系數(shù)、路面橫向坡度。

路緣石豁口的開口長度要綜合雨水口進水量等參數(shù)，最終可以確定路緣石豁口的設置間隔為15 m。為便于路面雨水的收集，將道路坡度設計為＞1.5%。路緣石的材料為花崗巖，后背材料與規(guī)格分別為C15混凝土、15 cm×80 cm×130 cm。路緣石開口需合理設計，規(guī)格要求為80 cm×7.5 cm，綠地邊緣設置鑄鐵格柵，避免有異物進入。

溢流雨水口需合理設置，一般情況下需間隔20～30 m設置1個，確保溢流雨水口生物滯留設施設置的合理性。溢流設施在雨水較大且超過海綿城市收納能力時會發(fā)揮其作用，雨水會排入市政管網(wǎng)?；炷两Y構為溢流雨水口采用模塊，規(guī)格、溢流口最大過流流量分別為680 mm×1 300 mm、30 L/s。

將PVC沉淀槽設置在沉泥槽路緣石后側，規(guī)格為8 cm×20 cm×12.5 cm。鋼筋混凝土為沉泥槽的底座，規(guī)格為130 cm×30 cm×20 cm。采用卵石堆砌擋水堰，頂寬、底寬、高度分別為20 cm、40 cm與20 cm，基礎墊層為50 cm細石混凝土。根據(jù)公式（11）做好雨水全部下滲時間計算。

式中，t0、Wp、A1、σ、α分別為綠地淹水時間、產(chǎn)流歷時內(nèi)的蓄積水量、滲濾設施直接接收降水的面積、平均滲透系數(shù)、折減系數(shù)。

生物滯留設施的維護也十分關鍵，要求能對植物進行及時修剪，將雜草清除。匯水面徑流雨水在進水口不能有效收集時，局部下凹需加大。將碎石設置在進水口、溢流口，避免沖刷造成水土流失。及時清理進水口、溢流口堵塞情況，確保其暢通性。

5 結語

海綿城市理念在市政給排水設計中的應用是時代發(fā)展的必然，也是人與自然和諧相處，打造綠色城市、海綿城市的重要手段。以海綿城市理念為指導，能確保市政給排水設計的整體質(zhì)量與效率，提升城市的蓄水與排水能力，避免城市內(nèi)澇的發(fā)生，同時也能提升水資源的利用。未來隨著現(xiàn)代科學技術的快速發(fā)展，海綿城市將會與智慧城市相結合，不斷提升城市服務職能。