【摘要】城市內(nèi)澇災害頻發(fā)已成為城市可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。傳統(tǒng)的“以排為主”的市政排水工程設(shè)計，難以適應新形勢下防洪排澇的需求。海綿城市理念關(guān)注系統(tǒng)性的雨洪管理，注重源頭減排、過程削峰、末端調(diào)控的全過程控制。文章基于某市的實踐案例，剖析傳統(tǒng)排水工程設(shè)計方案在應對超標準降雨時的不足，提出基于“滲、滯、蓄、凈、用、排”的多級調(diào)蓄排水系統(tǒng)構(gòu)建策略，并分析其相對于傳統(tǒng)方案的優(yōu)化改進和實施難點，為相關(guān)工程實踐提供參考。

【關(guān)鍵詞】海綿城市；排水工程；內(nèi)澇防治；調(diào)蓄排水系統(tǒng)

【中圖分類號】TU992 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0051-03

0 引言

在當今社會，經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展加快了城市化進程，路面硬底化程度逐漸提高，增大了暴雨期間徑流量，給城市排水系統(tǒng)帶來巨大壓力。傳統(tǒng)的市政排水工程設(shè)計過于依賴管網(wǎng)的排水能力，忽視了雨水的滲透、滯留與調(diào)蓄。在遭遇超標準降雨時，管網(wǎng)的排水能力無法滿足需求，極易引發(fā)內(nèi)澇。海綿城市理念關(guān)注系統(tǒng)性的雨洪管理，注重源頭減排、過程削峰、末端調(diào)控的全過程控制，為傳統(tǒng)排水防澇工程體系的優(yōu)化重構(gòu)提供了新思路。

1 工程案例分析

1.1 項目概況

項目位于市中心城區(qū)西部，占地面積為8.6 km2，下轄5個街道，其地勢西北高、東南低，屬山前沖積扇地貌，城市化水平較高，不透水面積比例超過75%。排水管網(wǎng)設(shè)計標準為重現(xiàn)期1年，受地形等條件限制，部分區(qū)域排水不暢，內(nèi)澇風險突出。2016年7月，該區(qū)遭遇百年一遇特大暴雨襲擊，降水量高達285 mm，區(qū)內(nèi)多處嚴重積水，積水時間超過12 h。為提升區(qū)域排水防澇能力，該區(qū)開展了排水防澇設(shè)施提升改造工程，但受傳統(tǒng)排水工程設(shè)計思路影響，該工程方案重“排”輕“蓄”，在2017年7月的強降雨中暴露出諸多不足。

1.2 傳統(tǒng)排水工程設(shè)計方案分析

1.2.1 源頭減排措施缺乏，快速排水加劇管網(wǎng)壓力

傳統(tǒng)排水工程設(shè)計方案以快速排水為核心，過于依賴管網(wǎng)設(shè)施，對源頭減排措施不夠重視。區(qū)內(nèi)大量采用不透水硬化鋪裝，綠地空間較少，雨水下滲能力差，雖然在小區(qū)、廣場等節(jié)點布設(shè)了小型雨水花園，但規(guī)模小、數(shù)量少，對徑流的滯蓄、消納作用有限?，F(xiàn)狀排水管網(wǎng)存在錯接漏接問題，不同水質(zhì)的雨污混流現(xiàn)象嚴重，雨水攜帶大量污染物快速排入管網(wǎng)，加大了管網(wǎng)排水壓力。在2017年7月的強降雨過程中，地表徑流無法就地消納，快速匯流于道路、管網(wǎng)，造成局部路段嚴重積水[1]。

1.2.2 調(diào)蓄空間不足，難以應對超標準降雨

針對設(shè)計標準降雨，方案通過新建雨水管線、提標改造泵站等措施，提高管網(wǎng)過水能力，并在低洼地段新建調(diào)蓄池，但調(diào)蓄規(guī)模偏小，僅能應對常規(guī)降雨。因?qū)ΜF(xiàn)狀水體調(diào)蓄能力挖掘不足，未能將河道、湖泊納入系統(tǒng)性調(diào)蓄，在2017年7月的降雨中，現(xiàn)狀調(diào)蓄設(shè)施很快滿負荷運行，部分低洼路段積水嚴重。

1.2.3 末端排放把關(guān)不嚴，污染治理存在短板

方案對排水管網(wǎng)末端的溢流雨水控制不力，未設(shè)置專門的溢流污染削減設(shè)施，導致管網(wǎng)溢流進入河道，造成周邊水體污染。雨水回用設(shè)施考慮不足，僅在個別建筑小區(qū)布設(shè)雨水集蓄池，收集利用屋面雨水，區(qū)域?qū)用娴南到y(tǒng)性雨水回用尚未形成，大量雨水資源未得到有效利用，在此次降雨中，部分路段積水出現(xiàn)污染物超標現(xiàn)象，給水環(huán)境安全帶來隱患。

2 “海綿城市”理念下的排水工程優(yōu)化設(shè)計策略

針對傳統(tǒng)排水工程設(shè)計的不足，項目提出基于“滲、滯、蓄、凈、用、排”的多級調(diào)蓄排水系統(tǒng)構(gòu)建策略，從源頭、過程到末端進行系統(tǒng)優(yōu)化，以期從容應對超標準降雨。

2.1 源頭減排，滲透雨水削減徑流

海綿城市建設(shè)應秉承“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多種技術(shù)措施，形成全過程、系統(tǒng)性的雨洪管理。其中，“滲”是源頭減排的關(guān)鍵，通過布設(shè)滲透設(shè)施，優(yōu)化地表下墊面條件，最大限度地減少不透水面積，增強雨水下滲入滲能力，可在源頭顯著削減地表徑流，降低管網(wǎng)排水壓力。在小區(qū)、學校等區(qū)域，應大力推廣屋頂綠化、透水鋪裝、可滲水磚等海綿設(shè)施，通過在建筑屋面鋪設(shè)植被基質(zhì)層，不僅可以美化環(huán)境、調(diào)節(jié)小氣候，還能充分吸納屋面雨水，延緩徑流。合理采用透水性鋪裝材料，如透水磚、植草磚等，可以引導路面雨水快速下滲匯入土壤，涵養(yǎng)地下水。在室外景觀綠地中適當布設(shè)下凹式綠地，利用地形高差匯集雨水，增加滲透面積，延長水力停留時間[2]。

1）在城市道路、廣場等市政公共空間，應增設(shè)滲水井、滲水池、滲透管等設(shè)施，引導周邊路面雨水、屋面雨水快速匯入滲透設(shè)施進而滲入地下。

2）針對交通流量大、地面污染嚴重的城市主干道，可采用生態(tài)樹池等截污型滲透設(shè)施，利用植被、土壤的攔截凈化作用，去除徑流中的污染物后再滲透入地。

3）在人行道、非機動車道等路段，可鋪設(shè)透水性鋪裝，引導路面雨水入滲補給地下水。

4）針對工業(yè)區(qū)、老舊小區(qū)等用地，應以海綿化改造為切入點，采取“見縫插針”的策略，利用空地、庭院等增設(shè)滲透型綠地，通過草坪、下凹式綠地、雨水花園等形式，匯集屋面、道路的雨水徑流并滯留滲透。

5）對硬化地面進行海綿化改造，采用透水性鋪裝替換原有的不透水硬化地面，增加滲透面積。

6）結(jié)合小區(qū)景觀環(huán)境提升，布設(shè)雨水花園、樹池等海綿設(shè)施，提升景觀效果的同時，發(fā)揮滲透雨水的作用。

通過在源頭實施“滲”的措施，可最大程度減少地表徑流的產(chǎn)生，延緩匯流速度，平衡自然水文循環(huán)。采取透水鋪裝、屋頂綠化等滲透措施后，可使得75%以上的降雨徑流通過下滲、蒸發(fā)等自然過程消納，地表徑流峰值流量削減40%以上，可見源頭滲透在減輕管網(wǎng)排水壓力、緩解內(nèi)澇方面具有關(guān)鍵作用。

2.2 過程調(diào)蓄，削峰錯峰減少積水

面對超標準降雨，單純依靠源頭滲透措施難以充分消納雨水，應進一步利用現(xiàn)狀綠地、水系、洼地等要素，構(gòu)建多級調(diào)蓄體系，發(fā)揮削峰錯峰作用，減少積水風險。

1）在各類公共綠地空間如學校、公園等，應布設(shè)多種形式的調(diào)蓄設(shè)施，包括雨水塘、下沉式綠地、低影響開發(fā)雨水控制與處理設(shè)施（LID設(shè)施）等，通過地形高差匯集周邊道路、廣場、屋面等不透水性的雨水徑流。經(jīng)過綠地土壤滲濾、植被吸收等自然過程，一方面可凈化徑流水質(zhì)，去除重金屬、氮磷等污染物質(zhì)，另一方面經(jīng)調(diào)蓄后可補充地下水，維系水文平衡。

2）對于城區(qū)內(nèi)的低洼地帶，尤其是易發(fā)生內(nèi)澇積水的區(qū)域，應充分利用現(xiàn)狀地形地貌，通過開挖調(diào)蓄塘、調(diào)節(jié)池等，增加雨水行洪通道，削減峰值流量，緩解排水管網(wǎng)壓力，發(fā)揮事發(fā)地風險隔離與安全防護作用。應科學評估調(diào)蓄空間的選址，盡量選用荒地、廢棄地、坑塘沼澤等非傳統(tǒng)建設(shè)用地，避免大規(guī)模占用耕地、林地等生態(tài)用地。在調(diào)蓄量設(shè)計上，應充分考慮匯水面積、降雨特征、排水能力等因素，優(yōu)化調(diào)蓄容積，保證雨洪高峰時段的調(diào)節(jié)削峰能力。

3）對于城市河道、湖泊等自然水系，應進一步強化其行洪排澇功能，通過打通河湖連通、疏浚河道、增大過流斷面，提高整體行洪排澇能力。在蓄滯洪區(qū)布設(shè)開口式堤防，建設(shè)生態(tài)駁岸，利用植被緩沖、生物塘等近自然設(shè)施，延緩峰值流量，凈化徑流水質(zhì)[3]。針對地表徑流中污染物含量較高的初期雨水，應在進入調(diào)蓄空間前設(shè)置初期雨水棄流裝置，將含污染物的雨水引入污水處理系統(tǒng)，避免混入調(diào)蓄空間影響水質(zhì)。注意調(diào)蓄空間的日常管養(yǎng)，及時清淤疏浚，保持良好的調(diào)蓄功能。根據(jù)測算，分散式就地調(diào)蓄可使匯流時間延長1～2 h，洪峰流量削減20%～30%，大大減輕排水管網(wǎng)的壓力，降低內(nèi)澇風險。

2.3 末端強化，分質(zhì)處置減少直排

針對超出調(diào)蓄能力、排入城市管網(wǎng)及受納水體的溢流雨水，應借助生態(tài)凈化與回用措施，進一步強化末端控制，削減對水環(huán)境的影響。在易發(fā)生管網(wǎng)溢流的排水口，布設(shè)溢流雨水凈化設(shè)施，利用自然力削減溢流雨水中懸浮物（SS）、化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）等污染負荷，提高排入自然水體的水質(zhì)，改善水環(huán)境。在公園綠地、居住小區(qū)等用地，應充分挖掘低洼地帶的調(diào)蓄潛力，建設(shè)雨水濕地，通過合理構(gòu)建“基質(zhì)－植物－微生物”的人工復合生態(tài)系統(tǒng)，利用沉淀、過濾、吸附、離子交換、微生物降解等多種凈化機制，去除調(diào)蓄后雨水中殘留的污染物，控制面源污染。凈化后的尾水可進一步回用于綠化、景觀用水等，實現(xiàn)水資源的梯級利用。雨水濕地的建設(shè)應因地制宜，選擇水位穩(wěn)定、周邊污染負荷較輕的區(qū)域布設(shè)，并結(jié)合周邊景觀環(huán)境進行系統(tǒng)化設(shè)計，體現(xiàn)生態(tài)、景觀、休閑等多重效益。

在源頭和過程中充分利用雨水調(diào)蓄、凈化的基礎(chǔ)上，應進一步加強對屋面、道路、廣場等不同標準雨水的收集回用，經(jīng)凈化處理后可用于綠化灌溉、道路沖洗、景觀環(huán)境用水、市政雜用等，替代自來水，緩解城市供水壓力[4]。雨水回用工藝應科學選擇，對水質(zhì)要求較高的市政車輛沖洗用水，可采用混凝沉淀、過濾、消毒等常規(guī)凈化工藝。對水質(zhì)要求相對較低的綠化、道路沖洗用水，可僅采取初期雨水棄流、沉淀等簡易工藝。在末端實施分質(zhì)處置、串聯(lián)凈化、梯級利用等措施，對溢流、收集的雨水進行協(xié)同控制，將內(nèi)源污染物攔截在管網(wǎng)外，促進水體水質(zhì)改善，進而提升再生水利用率，實現(xiàn)全過程控制。建設(shè)雨水濕地，可削減60%以上的化學需氧量、氨氮、總氮等污染物，溢流污染控制成效顯著。雨水回用可使水資源利用效率提高30%以上，大幅減輕供水壓力。由此可見，末端凈化與回用在打通“從源頭到末端”的全過程控制鏈條中，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

3 創(chuàng)新方案的優(yōu)勢分析與實施難點

本文基于海綿城市理念的創(chuàng)新設(shè)計策略具備多方面的優(yōu)勢，其系統(tǒng)性更強。不同于傳統(tǒng)“重灰設(shè)施、輕綠設(shè)施”的排水防澇思路，該方案從源頭、過程到末端進行全過程控制，涵蓋滲、滯、蓄、凈、用、排等環(huán)節(jié)，各項措施之間相互協(xié)同、耦合增效，形成系統(tǒng)完整的“海綿體”。這種多措并舉、全鏈條控制的理念，有利于實現(xiàn)內(nèi)澇防治、水資源利用、水環(huán)境改善、水生態(tài)保護等多重目標，彰顯了海綿城市建設(shè)的綜合效益。利用城區(qū)內(nèi)低洼地帶、公園綠地、廢棄地等非傳統(tǒng)建設(shè)空間布設(shè)調(diào)蓄設(shè)施，可顯著減少大規(guī)模管線鋪設(shè)工程，減少對城市有限土地的占用，節(jié)省工程用地，降低綜合成本。海綿設(shè)施本身如雨水花園、下沉式綠地等，兼具景觀游憩功能，既能凈化調(diào)蓄雨水，又可提升城市景觀內(nèi)涵，一舉多得。與常規(guī)灰色排水基礎(chǔ)設(shè)施相比，此方案生態(tài)性更佳，通過采用生態(tài)樹池、人工濕地、生態(tài)駁岸等仿生、近自然的生態(tài)設(shè)施，利用“植物－土壤－微生物”復合生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，削減徑流污染負荷，涵養(yǎng)水源，營造自然水景觀，有利于城市水環(huán)境質(zhì)量改善，生物多樣性提升[5]。

然而，方案實施仍面臨諸多挑戰(zhàn)。①跨部門協(xié)同有待提高。新型城市排水防澇工程建設(shè)不同于常規(guī)市政設(shè)施建設(shè)，涉及規(guī)劃、住建、水務、園林、環(huán)保等多個部門，各部門間職責邊界模糊，缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機制，業(yè)務協(xié)同與信息共享不暢，制約了工程的系統(tǒng)性實施；②建設(shè)模式有待創(chuàng)新。相較于傳統(tǒng)排水管網(wǎng)等灰色設(shè)施，生態(tài)型海綿設(shè)施在建設(shè)、運維等方面的投資回報率相對較低，單純依靠主管部門投資難以為繼。須建立部門主導、社會參與、市場運作的多元化投融資機制，吸引社會資本參與，拓寬建設(shè)資金來源渠道，同時鼓勵主管部門和社會資本合作（PPP）等創(chuàng)新建設(shè)運營模式，建立風險分擔和利益共享機制，調(diào)動社會力量參與的積極性；③管理機制有待健全。傳統(tǒng)排水設(shè)施管理重“建”輕“管”，設(shè)施養(yǎng)護資金投入不足，精細化管理水平不高，而海綿設(shè)施全生命周期管理對跨部門協(xié)同、多專業(yè)融合提出了更高要求，需構(gòu)建系統(tǒng)完善的設(shè)施運行維護技術(shù)標準體系，明晰管理權(quán)責，創(chuàng)新管理方式方法，提升設(shè)施精細化管控水平，確保其功能的長效發(fā)揮。

4 結(jié)語

海綿城市建設(shè)是適應氣候變化、提升城市排水防澇能力的重要舉措，面對新形勢下內(nèi)澇防治的嚴峻挑戰(zhàn)，必須樹立系統(tǒng)思維，創(chuàng)新工程設(shè)計理念。基于海綿城市理念的多級調(diào)蓄排水系統(tǒng)構(gòu)建策略，可為破解城市內(nèi)澇之困提供新思路、新方法。但其落地實施仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需要各方通力協(xié)作、共同推進，最終實現(xiàn)城市良性“海綿化”運行。

參考文獻

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[2] 胡亞萍，許晨陽.基于海綿城市理念的市政道路排水設(shè)計研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2023（7）：103-105.

[3] 牛春玲.基于海綿城市理念的市政道路給排水設(shè)計的探討[J].智能城市應用，2023，6（2）：1-3.

[4] 劉志.基于海綿城市理念的市政給排水設(shè)計研究[J].建材發(fā)展導向，2023，21（11）：98-100.

[5] 姚法寶，周帥，劉吉廣.海綿城市理念在市政給排水設(shè)計中的應用研究[J].地產(chǎn)，2023（7）：43-46.

[作者簡介]麻芳（1984—），女，遼寧鐵嶺人，碩士研究生，工程師，研究方向：市政排水。