基于海绵城市理念的城市排水系统设计

摘要：城市排水系统是城市水生态的命脉，对处理城市污水、应对城市内涝等起着非常关键的作用。本文通过海绵城市理念，提出改善旧城市排水系统、运用新型路面铺装材料、地下排水实现雨污分流等方法，解决城市排水系统现存的排水设计标准过时、排水效率低从而引发城市内涝的问题，得出基于海绵城市理念的城市排水系统设计可以缓解城市内涝、实现水资源的最大利用、最终实现经济与生态共同可持续发展的结论。

关键词：城市排水;海绵城市;雨污分流;可持续

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）21-00-02

0 引言

随着城市化进程的加快，道路上柏油路面越来越多，交通改观的同时减少了土壤与地表植被的地表覆盖率，交通便捷程度提高的同时却不利于地表水的渗透，遭遇雨季强降水时会发生城市内涝。在全球变暖的大背景下，降雨频发，降水不均且难以预测，旱涝急转事件概率提高，现城市大部分路段排水系统的基础排水设计不足以达到强降水的排水要求，对路面施工提出了新的要求，要修缮并加建排水管道系统，实现雨污分流，全面运用新科技，实现系统化、合理化、智能化、可控性高等特点，遵循可持续发展的原则，实现水资源的最大化利用。

1 内涝对城市排水系统提出新要求

1.1 城市内涝的产生

为了响应经济发展和提高道路使用率，绿化和天然土壤为城市道路建设作出了很大的让步。旧的城市排水标准导致雨水留在道路上，城市内涝主要是由城市排水系统不足造成的[1]。

1.2 内涝对城市基建及生活的影响

在许多城市的经济发展和城市化进程中，排水系统的建设往往被忽视，排水效率将直接影响居民的生活质量[2]。在全球变暖的趋势下，雨季和旱季带来的旱涝灾害程度急剧上升，在某些排水系统建设落后的地区，甚至会给城市带来严重的灾害，對居民及城市本身的建设都有很大的影响，如腐蚀路面、电线杆等路面基建材料，造成交通不便而影响城市运作，使得经济效益得不到提升。发生城市涝灾的主要原因是城市早期排水基础设施建设体系落后，地表混凝土等低渗材料覆盖率高，降低了地表水渗入地下的情况。大雨期间由于排水无法跟上降水量，形成地表积水，极大地影响路面的使用寿命，甚至对城市居民造成损害[3]。

1.3 旱涝急转的严重性

工业革命之后，机器取代了人力劳作，人控制机器运转，产生空前巨大的经济效益，正是如此带动了社会经济的发展，人们的思想得以进步。机器取代人产生的效益是惊人的，但带来的环境污染也是惊人的，工业废料、空气污染物被抛弃，即使经过遏制与处理，产生的二氧化碳、甲烷等温室气体无法被现有地表的植被吸收转化，滞留在大气中造成海平面上升、降水不均，使路面排水的原有设计达不到现有雨季降水的排水要求，产生严重的城市内涝。

根据《21世纪全球变暖背景下江淮流域夏季旱涝急转特征分析》一文，作者通过比较耦合模式，基于5个具有最强变暖背景的模型计算了数据，数据显示，21世纪下半叶，江淮盆地附近将发生两次严重的旱涝急转事件[4]。旱涝急转对城市的排水系统和储水、净水系统有很高的要求，长期干旱会造成城市水资源短缺、农作物产量低等危害，紧跟其后的旱转涝，长时间集中降水，会引起河水陡涨，地表水长时间滞留地面，损坏道路周围设施，甚至造成农作物死亡等现象。我们需要充分思考长时间干旱和集中降水对路面、居民、作物造成的影响，使其不影响居民日常生活、腐坏道路，充分利用降水资源，加以储存和运用，实现环境效益最大化。

2 海绵城市理念在城市排水系统设计中的具体应用

2.1 海绵城市理念

海绵城市本质上是一种管理城市天然水资源的新理念，有系统化和精度高等特点。其能够提高城市的抗灾和抗风险能力，目前已在许多城市投入使用。顾名思义，海绵城市与海绵的特性非常相似，可以自由吸收和释放水，在雨季可以储存大量的雨水，并且在渗入时可以通过土壤等天然过滤器进行净化[5]，在旱季或日常城市用水时可以调用地下水，实现水资源的自由迁移，以达到生态可持续的目的。海绵城市致力于通过将人与自然融为一体，存储、渗透并最大限度地处理城市雨水，以实现可持续发展。发展海绵城市，就必须构建完备的生态系统，对已遭到破坏的生态进行修复，维护保持原生态，运用新技术，实现人与自然的有机结合。

2.2 海绵城市理念介入城市排水系统设计

2.2.1 路面铺装

由于全球变暖，冰川持续融化，海平面逐渐提高，会使降水量增加，首先应对城市路面铺装材料提出新的要求，路面材料是实现海绵城市理念的“第一道防线”。道路施工时首选透水性强的材料进行铺装，如此一来有利于地表水的下渗，实现水循环，如果路面铺装材料达不到降水标准，在应对集中降水时，地表水会逐渐增加，产生城市内涝。考虑到地区的经济原因，当前的城市路面大多使用低渗透性的铺路材料，例如沥青、水泥等[6]，这种铺装材料在强降水时不利于雨水下渗，从而使雨水停留在路面。应提倡使用新的铺路材料，遵循海绵城市的概念，逐步实现各个城市地区铺路材料的转变，使其在海绵城市的概念中扮演地表植被的角色[7]，这也是抵御干旱和洪水的第一道防线，可以最大限度地减少甚至避免涝灾，促进生态水的循环利用，并符合可持续发展的原则[8]。

2.2.2 增设修缮排水管道

城市中的排水管道称得上是一个城市实现水循环的血脉，其有收集、处理、运输地面及生活雨污水的作用。必须对旧城区排水系统的规划和建设进行适当的调整，以应对未来的雨季和旱涝急转事件。应更换有问题的排水管，在提出新设计方案时，需要考虑旧方案，而不进行重大更改，充分利用原始资源条件，考虑人口和气候的影响以及其他条件，以实现收益最大化[9]。顺应时代的发展，将现有技术巧妙合理地应用到排水系统中，实现排水防洪的智能化、数字化、三维可视化[10]，根据降雨量及地区的排水标准进行数据计算，预测未来降水可能发生的状况，从而及时、有准备地开展排水、防汛工作，实现人机互动，达到系统化、可视化、智能化、合理化、高效化，面对突发状况，有条不紊、有针对性、有目的地进行干预调整。

2.2.3 优化城市排水泵站

城市的排水泵站有调节水源、输送水源、防洪排涝的作用，是城市最终实现水循环的心脏。排水泵站是水利工程的一部分，其作用非同寻常，工、农业的供水、排放工业废水和雨污水等生活中的方方面面都需要靠它完成，时刻影响着我们的日常生活。水泵作为城市的心脏，必须管理得当，合理准确是其必须拥有的特点，从而才能保证排水系统的正常运行。城市中的水泵站具有成本低、工程周期短、灵活性高、效益高等特点，但是在日常管理水泵站的工作不容懈怠，以防问题频发，必须针对水泵的特点制定相应的管理方针，采取有效的措施对水泵进行优化，从而达到节约水资源的目的，实现海绵城市的理念，体现可持续发展原则。在设备选材时，必须选用精度高、质量好的设备[11]。为了防止藻类和生活垃圾等城市水质废物的增加导致水泵站的运行受阻[12]，可以对水中杂质进行定期、及时的清理，以防水泵站停运影响经济发展[13]。与此同时，也可以将目前的科技运用到水泵站中，实现人机互动，高效、可视化的管理可以使水泵站的工作变得更加合理准确，进一步提升其工作效率，使水泵站更加经济适用。

2.2.4 扩充储水站

城市人口的增加导致对水资源的需求急剧增加，现有储水站难以应对突发的缺水情况[14]。城市人口的不断增长，会大量用水造成供水不足，对此，应当对现有的储水站进行相应的扩充调整，扩大储水站的容积，使雨季降水得到充分保留，充分利用地表流支，扩充河流，增加其储存容量，水资源短缺时可从河流抽水、净化使用。

2.2.5 雨污分流，实现可持续

雨污管道分流可以使城市排水更高效。这种模式可以减轻污水处理的压力，将雨水和污水分开流通，净化后的雨水可以直接排入附近的河流。首先处理雨水，然后处理污水，可以减轻汇合处理的压力[15]，如此可以实现效果最优、高效经济，将雨水、污水分离从而减少水资源环境污染，实现可持续发展的目的。

如今，城市排水管基本上存在标准老、时间长、规模大的問题[16]，很难达到如今城市内的雨污排放要求，应积极改变此现状，在不大幅变更原有设计的基础上提出新的设计方案，运用现有的未损坏老化的管道及滤网，降低总投入成本，实现效益最大化。在建立新的城市排水系统时，需要改进和优化旧的管道和过滤器，定期检查，并在出现新情况时进行有针对性的调整[17]，避免长时间使用导致管道堵塞等情况发生，造成排水不及时。可以遵循创新原则，运用科技，在雨污分流管道中实现人机交互，可视化、高效化、操控性强，便于管控整个排水系统，对突发状况的应对会更及时可控。总之，实现雨水和污水分流，可以最大限度地提高城市排水效率，防止水污染等问题。因此，在优化系统之前，需要做好充分的准备[18]，只有经过充分的技术研究，才能提高雨污分流带来的整体效益。

3 结语

海绵城市建设是一项注重长远、造福未来的工程。采用基于海绵城市的城市排水系统设计，可以有效规避因全球变暖我国城市面临的旱涝急转及城市内涝带来的问题。应在原有的城市排水系统设计的基础上，强调海绵城市的重要性，从改进路面铺装材料、增设并修缮排水管道、优化城市水泵站、扩充储水站、实现雨污分流等方面，逐步完善城市排水系统建设，遵循海绵城市的理念，最终才能有效解决城市内涝和旱涝急转给城市带来的负面影响。此外，建设海绵城市，需要改变原有的观念，遵循可持续发展观，顺应自然，不破坏生态体系，运用技术实现生态环境与人的有机结合，从而实现经济与生态环境的共同可持续发展。

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作者简介：梅沄澍（2000—），男，江苏东台人，本科在读，研究方向：环境设计。

指导老师：胡宏亮（1984—），男，江苏南京人，硕士，讲师，研究方向：景观生态学。