海绵城市理念在市政给排水设计中的应用探究.pdf

97现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 3 期2024 年 2 月Vol.3 No.3Feb.2024海绵城市理念在市政给排水设计中的应用探究常雨笛中国市政工程华北设计研究总院有限公司浙江分公司，浙江杭州 310000摘 要：为了探讨在市政给排水设计中有效运用海绵城市理念，通过查阅及整理相关资料，结合自身的工作经验，首先简要分析了海绵城市理念，然后分析了市政给排水设计面临的挑战，最后从六个方面说明了市政给排水设计中有效运用海绵城市理念的路径。海绵城市理念作为一种弹性设计理念，在市政给排水设计中的灵活运用，可以防范在强降雨期间城市排水系统排水不畅，造成大面积积水的情况，从而有效提高城市排水系统的运行效率。关键词：海绵城市；市政；给排水设计中图分类号：TU992;TU991 文献标识码：AExploration of the Application of Sponge City Concept in Municipal Water Supply and Drainage DesignChang YudiNorth China Municipal Engineering Design&Research Institute Co.,Ltd.Zhejiang Branch,Hangzhou,Zhejiang 310000Abstract:In order to explore the effective application of the sponge city concept in municipal water supply and drainage design,through consulting and organizing relevant materials,combined with my own work experience,the author first briefly analyzed the sponge city concept,then analyzed the challenges faced by municipal water supply and drainage design,and finally explained the path to effectively apply the sponge city concept in municipal water supply and drainage design from six aspects.The sponge city concept,as an elastic design concept,can be flexibly applied in municipal water supply and drainage design to prevent poor drainage of the urban drainage system during heavy rainfall,resulting in large-scale water accumulation,thereby effectively improving the operational efficiency of the urban drainage system.Keywords:sponge city;municipal administration;water supply and drainage design作者简介：常雨笛（1991），男，中国市政工程华北设计研究总院有限公司浙江分公司工程师，研究方向为市政给排水。当今社会城市化进程加速，同时也面临着诸多挑战，如洪涝灾害、水资源短缺和水污染等。在这样的背景下，海绵城市理念应运而生。海绵城市是一种以自然为模板的城市设计理念，旨在通过模拟自然水循环过程，将城市转变为具有高度透水性和可持续水资源管理能力的生态系统。在市政给排水设计中，海绵城市理念的应用帮助相关人员探索着全新的方式与方法，以期实现减小洪涝风险、改善水质和提高水资源利用效率等 目标。1 海绵城市理念概述1.1 海绵城市的定义和原理海绵城市是指通过模拟自然生态系统的原理和功能，将城市转变为具有高度透水性、雨水高效利用和自然水循环能力的可持续城市。其原理是让城市具备吸收、储存、净化和利用雨水的能力，以减少洪涝灾害和水污染，提高城市的抗洪和水资源利用效率。海绵城市的核心理念是“滞、蓄、渗、净”，即通过构建绿色屋顶、雨水花园、湿地公园、雨水收集池、雨水渗透系统等，实现雨水的滞留、蓄积、渗透和净化，使其能够更多地自然回归地下水系统，最大程度地利用和保护水资源。通过合理规划和设计城市的土地利用、道路排水和建筑物的雨水管理系统，海绵城市能够在全球范围内应对气候变化和城市化带来的挑战，并实现可持续发展的目标。1.2 海绵城市的目标和优势海绵城市的目标是通过在城市规划和设计中引入自然水循环，提高城市的适应性和韧性，实现可持续发展。其优势体现在以下几个方面：海绵城市能够有效降低洪涝风险。通过合理规划和设计城市的雨水管理系统，将城市变为一个具有高度透水性的系统，将雨水引导到绿地、湿地和雨水花园等景观中进行滞留、蓄积和渗透，从而减小雨水汇集到排水系统的压力，降低洪涝982024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技98风险；海绵城市能够改善水质状况，通过雨水的自然净化和湿地的净化作用，海绵城市能够减少雨水中的污染物排放，降低水环境污染的风险，改善水质；海绵城市能够提高水资源利用效率，通过合理规划和设计城市的雨水收集和利用系统，将雨水用于绿化、灌溉、冲厕等用途，能够实现雨水资源的最大化利用，降低城市对地下水和表水的依赖，提高水资源利用效率；海绵城市还能够改善城市的微气候环境，通过增加绿地、湿地和水体等自然要素，调节城市的温度、湿度和风速，形成了宜人的微气候环境，提高了城市居民的生活质量；海绵城市的建设还能促进生态保护和城市生物多样性，通过营造适宜的生物栖息地和绿色生态廊道，保护和增加城市生物多样性，并提供恢复和保护生态系统的机会。因此，强调海绵城市的目标和优势对于推动城市可持续发展、提高城市韧性和适应气候变化具有重要的意义和价值。2 市政给排水设计面临的挑战2.1 传统市政给排水设计所面临的问题传统市政给排水设计在日益变化的城市环境和气候条件下存在着一系列问题：传统设计在处理城市排水问题时往往采取分离式排水系统，即将雨水和污水分开收集和导流。然而，这种系统在面对极端降雨事件时容易出现过载，导致洪涝和污水溢出等问题；传统设计在城市发展过程中往往没有充分考虑地表覆盖率的变化，导致城市地表的大面积铺装让雨水无法渗透，进而增加了径流量和洪水风险；传统设计的排水系统往往专注于快速排水，忽视了雨水的收集和利用，浪费了宝贵的水资源；传统设计在处理涵洞和下沉式路面的排水问题时，常面临流量过大难以应对的挑战，导致道路积水和交通拥堵；传统设计的排水系统常常需要大量的维护和管理工作，给城市管理者带来较大的负担。2.2 气候变化和人口增长对给排水系统的影响气候变化和人口增长对给排水系统产生了深远的影响，这两个因素相互作用，加剧了城市面临的挑战。气候变化引发了极端气象事件的增加，包括强降雨、洪水、干旱和热浪等。这些事件对传统的给排水系统带来了巨大的考验，因为它们超出了这些系统的设计容量，导致了频繁的洪涝和水资源短缺；气候变化还导致了气温升高和降水模式的变化，影响了城市的水资源供应和需求。这些气候变化引发了更加不确定的水资源管理挑战，需要更灵活、适应性更强的解决方案。与此同时，人口增长也对给排水系统造成了巨大压力。随着城市化进程不断加速，城市人口规模不断扩大，导致了更多的排水和供水需求。这意味着传统系统需要更大的容量来满足日益增长的城市居民的需求，这可能需要昂贵的基础设施投资。此外，人口增长还导致大规模开发城市土地，减小了自然地表的透水性，增加了径流量，使城市更容易受到洪水的威胁1。3 海绵城市理念在市政给排水设计中的运用3.1 海绵城市理念在市政给排水设计中的应用海绵城市理念的核心理念是通过模拟自然生态系统的原理和功能，将城市变为具有高度透水性、雨水高效利用和自然水循环能力的可持续城市。这与市政给排水设计的目标息息相关。传统的市政给排水设计主要关注排水系统的建设，忽视了雨水的综合管理和地下水资源的保护。而海绵城市理念则强调将雨水视为资源而非废水，将其滞留、蓄积、渗透和净化，以最大程度地利用和保护水资源。这种综合性的管理方式有助于提高城市的水资源利用效率，并减小了对外部水源的依赖2。例如，德国柏林波茨坦广场不仅为人们提供了更多与水相关的娱乐活动，而且它以水作为广场开放空间的主要元素的设计主题也得到了全球的认可。通过设置5个地下水箱，每个水箱可容纳2600m3的水量，其中900m3被保留作为备用，以应对强降雨量。此外，在常水位与高水位之间，主体水面能够保持15cm的水位，从而提供了1300m3的缓冲蓄水能力。一个重要的特点是，经过沉淀后，主体水面的水质会自然地分层，这可以获取下部浑浊层之上的清水资源。固态物质首先在地下水箱中沉淀，然后通过南部和主体水面岸边的水管流出，并通过生态净化区进行生物性和化学性的净化。此外，海绵城市理念还鼓励城市规划和设计中引入绿地、湿地、雨水花园等自然要素，以增加城市的透水性和改善生态系统。这种自然要素不仅可以提高城市的生活质量，还可以增强城市的韧性，减小洪涝风险，改善城市的微气候环境。例如，波特兰雨水花园位于俄勒冈州会议中心的延伸地带，这个项目不仅巧妙地解决了雨水排放和过滤的问题，同时还打造了美丽的景观环境。花99常雨笛：海绵城市理念在市政给排水设计中的应用探究应用科技园与南面的大楼入口相连接，游客可以从室外观景台上欣赏园内景观和雨水处理设施的构造。一系列精心设计的水渠和池塘让游客和当地居民直观地了解雨水被收集和净化的过程。另外，由于附近有河流，雨水完全可以通过畅通无阻的雨水管道排入河中，因此，花园不会遇到雨水管道超负荷的问题。海绵城市理念与市政给排水设计密切相关，为城市的可持续发展和水资源管理提供了全新的思路和方法。海绵城市理念的应用能够解决多个城市面临的问题，具体如下：减小洪涝风险。传统排水系统在极端降雨事件下容易超负荷运行，导致洪水和水污染。海绵城市通过雨水的滞留、蓄积和渗透，降低了排水系统的负荷，减小了洪涝风险；改善水质。通过自然滞留和湿地净化，海绵城市能够减少雨水中的污染物排放，提高水质，降低水环境污染的风险；提高水资源利用效率。海绵城市鼓励收集和利用雨水，用于绿化、灌溉和其他用途，减少了对地下水和地表水的依赖，提高了水资源的可持续管理；改善城市微气候环境。引入自然要素如绿地和湿地，能够改善城市的温度、湿度和风速，提高居民的生活质量，减少城市的热岛效应；促进生态保护和城市生物多样性。海绵城市的构建可以创造适宜的生物栖息地，保护和增加城市的生物多样性，为生态系统的恢复和保护提供机会3。3.2 海绵城市理念在雨水管理中的应用海绵城市理念在雨水管理中的应用是一项关键性的措施，旨在有效收集、储存和利用雨水，以减少洪水风险和改善水质。海绵城市通过绿色屋顶、雨水花园、雨水收集池和路面渗透系统等技术，积极收集雨水。绿色屋顶是一种覆盖在建筑物屋顶上的植被，能够吸收和存储雨水，减少雨水径流。雨水花园则是设计成具备吸水能力的景观区域，有助于雨水的渗透和滞留。此外，雨水收集池和渗透系统可在地面水体中收集和储存雨水，并将其渗透到地下，供后续利用。收集的雨水通常会被储存在地下储水罐或地下水层中。这些储水设施有助于将雨水储存，以备不时之需，如供灌溉、冲厕、冷却系统等。通过合理规划和设计，城市能够充分利用这些储水设施，减少对传统水资源的依赖。收集和储存的雨水可用于多种用途，包括灌溉公共绿地和私人花园、供应冲洗卫生设备的水源、冷却城市设施和供应工业用水等。这种雨水的综合利用不仅有助于节约淡水资源，还降低了城市的用水成本。传统排水系统常常因为排水管道的限制和城市地表覆盖率的增加而在极端降雨事件下出现过载。海绵城市的雨水管理方法能够减缓雨水径流的速度，降低了排水系统的负荷，减小了洪水风险。通过雨水的滞留和渗透，城市能够更好地吸收雨水，减少了洪水对城市基础设施和财产的损害。雨水经过自然滞留和湿地净化后，其水质得以改善。相较于传统的雨水径流，海绵城市理念中的雨水管理方式减少了污染物的冲刷和排放，有助于保持水体的清洁和生态平衡。这有利于减少水环境污染，改善城市水质，保护水生生物和人类健康4。3.3 海绵城市理念在雨水渗透中的应用海绵城市理念的一个核心要素是雨水的渗透，这意味着将雨水引导到地下，充实地下水层，提高地下水的补给和保护水资源。雨水渗透是通过模拟自然水循环的原理来实现的。在自然生态系统中，降雨后的一部分水渗透到地下，补给地下水层。海绵城市的目标是模仿这一过程，使城市的地表具有透水性，以便雨水能够渗透到地下水层。关键的原理如下：透水材料。使用透水材料，如透水混凝土、透水砖、透水铺装等，以覆盖城市的道路、人行道和停车场等区域，使雨水能够透过这些材料渗透到地下；渗透系统。建立雨水渗透系统，包括雨水渗透池、渗透井、渗透管道等，以引导和储存雨水，并促使其渗透到地下；自然要素。增加城市中的自然要素，如湿地、绿地和雨水花园，以提供更多渗透表面的机会。雨水渗透技术的使用方法包括以下几个步骤：规划和设计。在城市规划和设计阶段，确定哪些区域适合雨水渗透，如何使用透水材料，以及如何布置渗透系统。这需要考虑地下水层的深度和类型，以确定最适合的渗透方法；建设。根据规划和设计，建设透水道路、渗透池、渗透井等设施，确保这些设施能够有效地引导雨水并促进渗透5；维护和监测。定期维护和清理渗透设施，以确保其正常运行。同时，监测地下水位和水质，以评估渗透系统的性能和效果。3.4 海绵城市理念在排水系统中的应用海绵城市理念在排水系统中的应用是一项关键的措施，旨在减轻城市排水压力，提高自然水循环能力。海绵城市理念在道路和建筑物排水中的运用是通过改变传统的排水方式和思维模式来实现的。它强调将雨水视1002024 年 2 月第 3 卷第 3 期现 代 工 程 科 技100为资源而非废水，将雨水管理移至设计的前沿。具体应用包括：传统的道路表面常采用不透水材料，导致雨水无法渗透，增加了排水系统的负荷。而海绵城市运用透水材料，如透水混凝土、透水砖或透水铺装来覆盖道路表面，使雨水能够渗透到土壤中，减轻了排水系统的压力。海绵城市鼓励在建筑物的屋顶和立面上增加绿化覆盖，如绿色屋顶和垂直绿化。这些绿化系统能够吸收和蓄积雨水，减少雨水径流，降低了建筑物排水负荷。海绵城市倡导收集和利用雨水。通过搭建雨水收集系统，将雨水用于灌溉公共绿地、冲洗卫生设备或其他非饮用用途，减少了对传统供水系统的需求。海绵城市理念在排水系统中的运用具有突出效果，通过采用透水材料和绿化措施，海绵城市能够减少城市的地表径流，降低排水系统负荷。这有助于减轻洪涝风险，并提高城市的韧性。海绵城市中的透水材料和绿化屋顶能够净化雨水，减少污染物的入侵，改善水质。这有助于保护水环境和提供更清洁的水资源。海绵城市的透水性道路和绿化系统有助于提高自然水循环能力。它们促进了雨水的渗透，增强了地下水的补给，并为自然生态系统提供了重要的水资源。通过引入绿化覆盖和透水设施，海绵城市为植物和生物提供了更多的栖息地。这有助于增加城市的生态系统多样性，并促进生物多样性的保护和恢复。3.5 蓄水池和滞洪设施的设置蓄水池是一种人工建造的水体，用于储存和调节雨水和洪水。它可以是地下蓄水池、人工湖或堤坝后的调蓄池等形式。常见的滞洪设施包括泄洪闸门、防洪墙、泄洪沟和泄洪排水道等。这些设施可以调节洪峰流量和洪水流速，控制洪水水位在安全范围内。滞洪设施的设置可以减少洪水的危害，并保护城市居民和城市基础设施的安全。在蓄水池和滞洪设施的设置中，技术方面的考虑至关重要：需要进行详细的地形调查和水文地质勘查，确定蓄水池和滞洪设施的选址，并合理设计其容量和结构；需要考虑蓄水池和滞洪设施与周围环境的协调和兼容性，确保其不会对当地生态和环境产生不良影响；蓄水池和滞洪设施的运营与管理也是关键，包括定期维护、监测和预警系统的建立等。3.6 绿色屋顶和垂直绿化绿色屋顶是指在建筑物顶部覆盖植被，形成一个生态系统的环境。它可以分为两种形式，一种是通过在屋顶铺设层层植被材料形成生态层，另一种是通过屋顶花园的建设。绿色屋顶具有很多优势：它可以提供额外的绿地空间，增加了城市的自然景观，提高了居民的生活品质；绿色屋顶可以降低建筑物的能耗，减少夏季的能量消耗和冬季的热损失。植被可以吸收太阳能并降低夏季建筑物的冷却负荷，同时也能够提供保温和隔热的功能；绿色屋顶还可以吸收雨水并减少雨水径流，起到了雨水管理的作用。绿色屋顶对于改善城市的环境质量、调节城市气温和促进城市生态系统的健康发展具有重要意义。垂直绿化是另一种广受欢迎的城市绿化形式，它利用建筑物立面种植植物，将建筑墙面转化为垂直绿化的花园。通过垂直绿化，可以将城市中的硬质建筑转变为绿色景观，提供更多的生态系统服务。垂直绿化不仅可以美化城市的外观，还可以改善空气质量、降低城市噪声、减少能源消耗和提高建筑物的绝热性能。此外，垂直绿化还可以吸收大量的二氧化碳和其他有害气体，减少空气污染。垂直绿化还可以提供一定的防护和隔热作用，减轻城市的热岛效应。4 结语海绵城市理念在市政给排水设计中的应用为推动城市可持续发展和水资源管理提供了一种创新性的解决方案。通过改变城市的规划、设计和思维模式，能够减轻洪水风险，改善水质，提高自然水循环能力，并减少对传统水资源的依赖。海绵城市理念不仅可以改善城市的水环境和生态系统，还可以提高居民的生活质量和城市的韧性。然而，实施海绵城市理念也面临着一系列挑战，包括政策支持、技术创新和市民教育。只有克服这些挑战并采用可持续的给排水系统，才能更好地适应气候变化和人口增长等挑战，建设更加可持续、宜居的城市。参考文献1 黄兴勇.海绵城市理念在市政工程中的应用J.江西建材,2023(1):351-352.2 陈小军,龙辉.海绵城市理念在市政给排水设计中的应用探讨J.低碳世界,2023,13(5):97-99.3 陈栋.基于海绵城市理念的城市园林设计探析J.建筑与文化,2023(4):244-246.4 庄晓明.海绵城市理念下的城市规划分析J.公关世界,2022(13):99-100.5 石晗婧.市政给排水设计的优化探讨J.砖瓦世界,2023(10):202-204.