海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的渗透思考

王涛

（中南建筑设计院股份有限公司，武汉430071）

1 引言

在当前社会经济繁荣发展的背景下，人口过于集中、水资源的短缺等情况的出现都在一定程度上限制了城市的后期发展。因此，在当前节约型城市的建设过程中，为进一步提升水资源的利用率，将海绵城市理念融入民用建筑给排水设计中成为一项极为必要的工作。

2 海绵城市的产生背景

2.1 水资源相对短缺

尽管在地球上有超过70%的水资源覆盖着地球表面，但其中仅有3%的水资源是淡水，并且这些淡水资源中难以利用的冰川淡水超过了78%，这种情况的出现使人们能够利用的淡水资源极为有限。同时，我国的水资源总量仅为2.8 ×108m3，位居世界第6，但人均淡水资源占有量为2 240m3，仅为世界人均淡水资源占有量的1/4。而且在我国，降水存在时空分布不均、降水季节过于集中，极易出现春旱夏涝的问题，使提升水资源的利用率成为当前环境保护工作的重要内容之一。海绵城市指的是通过合理设计、规划排水工程的方式，形成类似于海绵结构的可以对水资源进行吸收再利用的城市排水设施，在实际应用过程中，海绵城市能够在降雨、降雪过多的情况下，对水资源进行吸收与储存，并且在城市水资源短缺的情况下，将收集到的水资源应用于城市植被浇灌、道路净化等工作当中，切实解决城市水资源匮乏的问题。图1为海绵城市水资源综合利用情况示意图。

图1 海绵城市水资源综合利用示意图

2.2 水污染问题严重

对我国水资源实际利用情况进行调查分析后可以发现，一方面我国水资源相对短缺；另一方面受污染问题的影响，我国的淡水生态体系出现了严重的退化，水体自净能力下降，这种情况的出现不仅对人们的正常用水安全造成了威胁，还对农业、工业用水安全造成了极为不利的影响。具体来说，欧美国家农业灌溉用水指数为0.7 ，我国的农业灌溉用水利用平均系数仅为0.45 ；美国工业万元产量用水量为8m3，我国万元产值用水量为103m3，严重限制了我国工业的健康可持续发展。此外，在工业用水的重复利用率方面，我国的重复利用率为55%，远低于发达国家的75%～85%，这种情况的出现不仅加剧了水资源的浪费，还对我国用水安全造成了极为不利的影响。现阶段，为解决这一问题，相关工作人员可以在明确海绵城市理念的基础上，利用低影响开发（Low Impact Development，LID）技术，在实现雨水流径控制的同时，通过雨水在生态自然环境中的渗透、植被吸收等作用，减缓城市污染问题的影响[1]。

2.3 热岛效应极明显

在城市化建设过程中，城市内绿化面积较少，道路主要由比热较小的混凝土或沥青铺设，若在城市内风速小于6m/s的情况下，土壤中的热量无法有效散发到自然环境中，导致城市内出现较为明显的热岛效应。由于水的比热容相对较大，现阶段，为切实解决这一问题，利用海绵城市理念将存储的水资源在路面进行水的循环利用，不仅可以降低路面温度，还能缓解城市内的热岛效应，为人们营造更为舒适的生活环境。

3 海绵城市建设的原则

在当前的社会发展过程中，将海绵城市理念应用于城市建设中具备极高的经济意义与生态意义。现阶段，为保证海绵城市建设理念更好地满足民用建筑给排水设计的需求，相关工作人员需要在设计过程中遵循规划引领、生态优先、安全为重与因地制宜的基本原则。

4 海绵城市理念在民用建筑给排水设计中的应用

民用建筑的给排水设计是城市用地过程中不可忽视的关键部分之一。现阶段，为尽可能降低城市建筑建设对城市环境造成的不利影响，相关工作人员可以在进行民用建筑给排水设计的过程中融入海绵城市理念，合理应用渗透、输送、净化等技术，在保证人们用水安全的同时，进一步提升水资源的利用率。

4.1 渗透技术的应用

4.1.1 透水铺装

4.1.2 下沉式绿地

图2 透水路面铺设情况示意图

在应用渗透技术的过程中，透水铺装技术主要是借助石块、混凝土等材料存在的缝隙完成雨水到地下水的转移，而下沉式绿地主要是借助土壤与植物根系减少雨水径流的外排。在应用下沉式绿地技术的过程中，相关工作人员可以利用土壤的渗透性对水在土壤中的运动情况进行分析。如图3所示，一般情况下，水在土壤中的渗透情况可以分成3个阶段：第1阶段是水在分子力的作用下对土壤的浸润；第2阶段是在毛细管力作用下，水在土壤中的渗漏；第3阶段是在重力的作用下，水在土壤中的渗透。

图3 水在土壤中的渗透

一般情况下，若土壤中的水分未饱和，那么在不考虑气体压力的情况下，水的总势能是由重力势与基质势共同构成的，计算公式为φ=φm+z（其中，φ为下渗容量；φm为基质势；z为重力势）。经实验测定，存在草皮的土壤渗透率会比同样条件下不存在草皮的裸露土壤大约20%，并且若在草坪上栽种某些灌木，那么这种草坪的渗透系数会比单纯草坪的渗透系数大约15%，土壤的渗透速率更是可以达到10-5m/s。现阶段下沉式绿地主要可以分成狭义式绿地与广义式绿地2种。其中，狭义式绿地主要指的是低于道路周边或者地面约200 mm的绿地，一般被铺设在道路中央或者两侧；而广义式绿地主要指的是具备一定容积的可以滞留、净化径流雨水的绿地。在一定程度上，广义的下沉式绿地可以代替传统的排水管道，对径流雨水进行汇集、净化，同时，收集到的雨水还可以降低城市的尘噪、调节气候。现阶段，在将海绵城市理念融入民用建筑给排水设计过程中，广义下沉式绿地在给排水设计中较为常见，并且取得了较为良好的设计效果[2]。

4.1.3 屋面绿化

经调查研究发现，城市屋面面积约占城市硬质表面的30%，在民用建筑中，屋面是雨水汇集的主要场所之一，更是雨水径流的主要场所。现阶段，在进行民用建筑给排水设计过程中，相关工作人员可以通过对屋面进行硫化处理的方式，在保留总量超过60%的屋面雨水径流，降低夏日降雨径流对城市排水系统影响的同时，净化城市空气、调节屋顶温度、对城市热岛效应进行缓解。

4.2 输送技术的应用

4.2.1 植草沟

在民用建筑给排水设计中，植草沟的设置可以使绿化带内的雨水汇集到花园内进行积蓄，在补充花园地下水的同时，为后续植被的生长提供水资源。一般情况下，植草沟可以被设置在绿化带内，深度约为30 cm。

4.2.2 生态滤沟

生态滤沟一般被设置在小区主干道两侧，主要包括传输区与生物滞留区2部分，可以对雨水进行净化消纳。在布置生态滤沟的过程中，其结构从上到下主要为砾石层、填料层、种植土层与蓄水层，并且在一些径流系数较大的区域，为避免生态滤沟床底出现严重的侵蚀问题，相关工作人员可以在砾石层底部放置石块或者鹅卵石。同时，为保证布水均匀，还可以在生态滤沟的内部设置挡水土埂，在代替雨水排水管道的同时，对雨水中携带的杂物进行一定的拦截。

4.3 净化技术的应用

在民用建筑给排水系统设计过程中，净化技术的应用可以对城市内较大范围内的雨水径流加以调蓄、净化，实现土地资源多功能利用。一般情况下，净化技术的主要应用场所包括渗透塘或者湿地。其实现雨水净化的方式是利用生态系统中的基质、水中的生物与微生物对水体通过生物、物理与化学处理的方式，实现污染物的净化，在当前城市民用建筑给排水系统中，应用这一技术，不仅可以从源头上减少城市污染，还能进一步提升水资源的利用率[3]。

5 结语

现阶段，为使海绵城市理念的价值更好地得到体现，设计人员在进行民用建筑给排水设计的过程中，应在充分认识到海绵城市理念在当前社会发展中重要性的基础上，深入挖掘当前给排水设计中存在的问题，并利用海绵城市理念对其进行弥补，以便达到进一步提升水资源综合利用率的目的。