胡勝

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限深圳分公司，廣東深圳 518048）

1 引言

城市的洪澇災(zāi)害來(lái)源是多種多樣的，一些城市臨江濱?；蛘咭郎桨?，常年自然降雨量較大，一些城市地處低洼盆地，容易遭受洪澇威脅。與農(nóng)村地區(qū)相比，城市由于資產(chǎn)與人口都相對(duì)比較集中，所以遭受洪澇災(zāi)害受到的損失自然也要大得多。因此，為了給城市居民創(chuàng)造更加安全舒適的生活工作場(chǎng)所，深入探究海綿城市理念下的市政給排水建設(shè)問(wèn)題是非常必要的。

2 海綿城市理念的定義與功能

海綿城市是新一代的城市雨洪管理概念，它是一種以城市水資源管理的策略方法為研究對(duì)象的城市建設(shè)理論。與傳統(tǒng)雨洪防治措施中單一的“疏、堵、排”方法不同，海綿城市意在通過(guò)改善城市滲水蓄水能力，使城市能夠成為像“海綿”那樣實(shí)現(xiàn)水資源的彈性調(diào)度。當(dāng)城市面臨大水量降雨時(shí)，由低影響的雨洪開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)將這些雨水凈化處理并集中積蓄起來(lái)。等到城市旱季需水時(shí)，再將雨水收集裝置中的水進(jìn)行充分釋放利用，例如，用于城市街道清掃、工業(yè)生產(chǎn)、城市綠地灌溉以及其他用途等。這種城市水資源管理策略本質(zhì)上就是對(duì)城市水資源進(jìn)行“移峰填谷”，一方面它可以減輕城市地下給排水管網(wǎng)與周邊江河水體的流量壓力，減少城市內(nèi)洪內(nèi)澇受災(zāi)程度；另一方面還可以一定程度上緩解我國(guó)部分水資源匱乏城市的生活需水問(wèn)題。

然而這種水資源管理策略并不是單純地依靠地下管線溝渠這一種給排水設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它需要市政給排水系統(tǒng)建設(shè)真正從城市生態(tài)服務(wù)功能方面考量，結(jié)合當(dāng)前階段的建筑工程技術(shù)、道路工程技術(shù)、管網(wǎng)工程技術(shù)以及環(huán)保植被技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)方向，共同構(gòu)建一個(gè)跨尺度的水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)。而海綿城市理念下市政給排水設(shè)施材料的應(yīng)用，除了增加城市的滲透能力抵御城市內(nèi)洪內(nèi)澇災(zāi)害以外，還兼具吸音降噪功能，并有效緩解城市的“熱島”效應(yīng)，這便是海綿城市建設(shè)的主要核心內(nèi)容。

3 海綿城市理論下市政給排水設(shè)施建設(shè)策略

某市于2016年被正式列為海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市，為了進(jìn)一步響應(yīng)“中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議”要求指示，規(guī)劃通過(guò)海綿城市建設(shè)達(dá)到如下目標(biāo)要求：一是最大限度控制城市建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；二是針對(duì)市政給排水設(shè)施建設(shè)方面，結(jié)合棚戶(hù)區(qū)、老舊小區(qū)的內(nèi)澇、黑臭水體的治理工作，應(yīng)用“雨污分流”的水資源管理策略，至少要實(shí)現(xiàn)70%降雨流量的就地消納利用；三是推廣應(yīng)用滲透性道路鋪裝以及海綿型公園綠地，城市建成面積20%以上需要達(dá)到修復(fù)城市水資源生態(tài)以及涵養(yǎng)水源的要求；四是加大力度治理城市坑塘、周邊自然水體、人工河湖以及濕地的生態(tài)破壞問(wèn)題，恢復(fù)城市水體的微水循環(huán)調(diào)節(jié)能力。在上述目標(biāo)要求下，市政給排水設(shè)施的建設(shè)要點(diǎn)共分為如下幾個(gè)方面。

3.1 城市給排水地下管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)要點(diǎn)

城市給排水管網(wǎng)系統(tǒng)是指用于市政城市服務(wù)的地下管線，這些管線通常是以埋入地下或溝槽的方式來(lái)組成完整的給排水系統(tǒng)的，其中排水管線多是依靠重力流程系統(tǒng)組成。海綿城市理論下，城市給排水地下管網(wǎng)系統(tǒng)功能應(yīng)當(dāng)細(xì)分為如下幾類(lèi)。

3.1.1 給水系統(tǒng)及飲用水系統(tǒng)

主要是指城市生活飲用水以及工業(yè)用水的輸水管線，為了避免給水管線遭受破壞影響城市供水，需要使用HDPE、球磨鋼管等帶有保護(hù)性外覆層的材料掩埋系統(tǒng)。同時(shí)，管線埋入點(diǎn)上方1 200 mm處回填壓實(shí)土體至少達(dá)到95%的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，使管網(wǎng)結(jié)構(gòu)免受地面負(fù)荷的壓力破壞[1]。

3.1.2 消防水系統(tǒng)

為了滿(mǎn)足城市消防監(jiān)控分區(qū)的管理要求，地下消防水系需要建設(shè)為一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，由分布在城市各處的消防栓作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)防火保護(hù)功能。消防水系統(tǒng)的管線與地下蓄水箱連接，并使用泵組來(lái)維持其工作壓力水平不低于預(yù)定條件。

3.1.3 封閉式生活排污下水道

表1為該市某老舊城區(qū)污水管道改造的工程量清單。在海綿城市建設(shè)策略下，排污系統(tǒng)采用PID設(shè)計(jì)，以獨(dú)立子系統(tǒng)運(yùn)行的方式與其他給排水子系統(tǒng)分隔獨(dú)立，通過(guò)地上的排污點(diǎn)以及廢水收集設(shè)施直接將城市污水送入與地下排污管網(wǎng)相連的密閉漏斗結(jié)構(gòu)中，最終通向廢水地下井。海綿城市理念下的污水處理單元，將不再處理地面匯聚的雨水徑流，而是單獨(dú)設(shè)置受污染雨水系統(tǒng)來(lái)凈化地表降水[2]。

表1 污水管道改造工程量清單（局部）

具體參數(shù)設(shè)計(jì)需要用式（1）來(lái)進(jìn)行計(jì)算：

式中，Q1為污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量，m3/h；N1為城市管網(wǎng)排水節(jié)點(diǎn)數(shù)量；K為污水量的變化系數(shù)；M1表示為污水定額，L/（人·h）；t為污水排水時(shí)間，h。

3.1.4 污水處理單元

在該海綿城市項(xiàng)目建設(shè)方案中，規(guī)劃對(duì)原有城市污水處理廠進(jìn)行改擴(kuò)建，從而提高城市污水凈化處理能力，其中某一處污水處理廠改擴(kuò)建工程明細(xì)如表2所示。

表2 某一處污水處理廠改擴(kuò)建工程明細(xì)

以城市污水處理廠為單元核心，從城市工廠以及非工廠建筑物中收集城市污水，經(jīng)過(guò)除酸、除苛性堿、除碳?xì)浠衔?、除COD等降害化處理，使污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行排放[3]。污水處理單元的設(shè)計(jì)流量可以用式（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中，Q2為污水處理單元的設(shè)計(jì)流量，m3/h；M2為污水定額，參照地區(qū)用水定額進(jìn)行計(jì)算；N2為服務(wù)總量，采用人口密度×服務(wù)面積來(lái)計(jì)算。

3.1.5 受污染雨水管道系統(tǒng)

海綿城市建設(shè)中，該市于某地段對(duì)原有的地下管線設(shè)施進(jìn)行了改造建設(shè)，獨(dú)立設(shè)置了受污染雨水管道系統(tǒng)，具體施工內(nèi)容如表3所示。

表3 某市“雨污分流”地下排水管道改造工程明細(xì)（局部）

通過(guò)地表的雨水井以及排水溝渠來(lái)收集地表徑流，在其排入未污染的自然水體系統(tǒng)前，對(duì)其進(jìn)行凈化處理后通入地下蓄水箱儲(chǔ)存，當(dāng)城市雨水積存量達(dá)到上限時(shí)，再將溢出部分的水量排向城市周邊的自然水體中，以增加城市給排水系統(tǒng)的蓄水調(diào)節(jié)能力。

3.2 透水鋪裝地塊改造

除了地下管網(wǎng)的雨污分流治理改造工程以外，另一方面還要做好城市透水鋪裝的地塊改造。傳統(tǒng)市政道路設(shè)計(jì)方案中，由于路面層滲水透水能力不強(qiáng)，在城市雨季來(lái)臨時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)洪內(nèi)澇問(wèn)題。所以在海綿城市建設(shè)理論下，需要在該地將已到達(dá)或接近使用年限的道路進(jìn)行透水改造，使用的透水鋪裝材料改造的路面結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)路基荷載性能以及周邊環(huán)境，在路面中層或下層使用高密實(shí)度的混凝土墊層來(lái)隔離地表水，避免影響路基強(qiáng)度，同時(shí)在路面上層使用透水鋪裝的瀝青混凝土板，并適當(dāng)調(diào)整路面坡度使其與道路排水結(jié)構(gòu)連接為一個(gè)完整的滲透系統(tǒng)。這樣當(dāng)城市降雨時(shí)，地表徑流就會(huì)由路面向路面中層滲透，經(jīng)過(guò)路面層排水溝渠流入地下，即使降雨量較大，超過(guò)了地下蓄水容積，也可以通過(guò)盲溝排入路邊綠化帶。除此以外，對(duì)市政道路兩旁的花崗巖汀步道、停車(chē)場(chǎng)以及運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等周邊設(shè)施，也要采用透水鋪裝材料來(lái)改造路面，以增強(qiáng)城市路面滲透蓄水能力。

圖1 透水鋪裝路面結(jié)構(gòu)示意圖

透水鋪裝的地塊改造是以城市地表徑流總量以及徑流污染為控制目標(biāo)的，所以為了貫徹落實(shí)城市“低影響開(kāi)發(fā)”的方案理念，需要在使用透水鋪裝材料前，采用式（3）對(duì)路面的調(diào)蓄容積進(jìn)行計(jì)算，這樣才能進(jìn)一步確定路面的設(shè)計(jì)參數(shù)。

式中，V為道路鋪裝的設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；h為地區(qū)降雨量，mm；F為鋪裝的匯水面積，hm2；ψ為鋪裝材料的雨量徑流系數(shù)，與下墊層的材料材質(zhì)特性以及幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，海綿城市理念在市政給排水設(shè)施系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，可提高城市滲透能力，可以增強(qiáng)城市“地表-地下”水體的循環(huán)調(diào)蓄能力，避免城市內(nèi)洪內(nèi)澇災(zāi)害的同時(shí)，還通過(guò)雨水回收再利用緩解了城市用水危機(jī)問(wèn)題。因此，需要在城市給排水設(shè)施建設(shè)過(guò)程中，結(jié)合城市給排水系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，應(yīng)用現(xiàn)代化的技術(shù)理念，在綠色環(huán)保理念、科技、社會(huì)、環(huán)境、人文等多個(gè)智慧城市要素條件下，不斷完善城市水資源管理策略，提高城市給排水系統(tǒng)的建設(shè)水平。