海绵城市理念在市政排水工程中的应用研究

引言

海绵城市理念作为一种新型的城市建设理念，强调城市像海绵一样，能够在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。将海绵城市理念应用于市政排水工程中，对于解决城市内涝、优化水资源利用、改善生态环境具有重要的现实意义。

1 海绵城市理念概述

1.1 海绵城市理念

海绵城市理念是指通过加强城市规划建设管理，充分发挥建筑、道路和绿地等生态系统对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，有效控制雨水径流，实现自然积存、自然渗透、自然净化的城市发展方式。它突破了传统以“快速排除”和“末端集中”为主要特征的排水理念，转而追求城市与自然的和谐共生，注重对雨水资源的全过程管理和利用。这种理念强调利用自然生态系统的功能，结合人工措施，构建一个能够灵活应对雨水变化的城市系统，使城市在面对不同降水条件时都能保持良好的运行状态，既避免内涝灾害，又实现水资源的合理利用。

1.2 海绵城市的特质

海绵城市具有多方面的独特特质。首先是良好的吸水能力，在降雨过程中，城市中的各种海绵体，如绿地、透水铺装路面、雨水花园等，能够像海绵一样快速吸收大量雨水，减少地表径流的产生。其次是强大的蓄水功能，通过设置蓄水池、雨水罐等设施，将吸收的雨水储存起来，以便在需要时使用。再者是高效的渗水性能，利用透水材料和结构，促使雨水迅速渗透到地下，补充地下水，改善城市地下水位下降的状况。此外，海绵城市还具备优秀的净水作用，雨水在渗透和流动过程中，经过土壤、植物和微生物的过滤、吸附和分解等作用，去除其中的污染物，提高水质。最后，海绵城市具有灵活的释水能力，根据实际需求，将储存的雨水有计划地释放出来，用于绿化灌溉、道路冲洗、景观用水等，实现雨水资源的循环利用。这些特质使得海绵城市能够在城市排水和水资源管理方面发挥重要作用，提升城市的生态环境质量和可持续发展能力。

1.3 海绵城市理念应用意义

海绵城市理念的应用具有深远的意义。在生态环境方面，它能够有效改善城市的水文循环，增加地下水补给，缓解地面沉降问题，同时净化雨水，减少面源污染，保护城市水体生态系统，为城市中的动植物提供更好的生存环境，提升城市的生态多样性。在社会经济方面，海绵城市理念的应用可以减少城市内涝带来的经济损失，降低市政排水工程的建设和维护成本，同时通过雨水资源的利用，节约城市用水开支，为城市经济发展提供支持。此外，海绵城市还能改善城市居民的生活环境，减少洪涝灾害对居民生活的影响，提供更多的休闲和生态空间，提升居民的生活质量和幸福感。从城市可持续发展的角度来看，海绵城市理念符合生态文明建设的要求，能够促进城市与自然的协调发展，为城市的长期稳定发展奠定坚实基础，是实现城市可持续发展的重要途径之一。

2 海绵城市理念在市政工程中的应用

2.1 海绵城市理念在市政给排水设

2.1.1 车行道设计中的应用

在市政给排水设计中，将海绵城市理念应用于车行道设计具有重要意义。传统的车行道大多采用不透水的混凝土或沥青铺装，雨水无法渗透，只能通过地表径流汇入排水管道，这不仅增加了排水管道的负荷，还容易导致路面积水。而基于海绵城市理念的车行道设计，采用透水铺装材料，如透水混凝土、透水沥青等，这些材料具有良好的透水性能，能够使雨水迅速渗透到路面以下，减少地表径流。同时，在车行道下方设置排水盲沟和蓄水池等设施，收集渗透下来的雨水，用于道路绿化灌溉或其他市政用水。此外，车行道的横坡设计也需要进行优化，合理的横坡能够引导雨水流向两侧的绿化带或排水设施，提高雨水的收集效率。通过这些设计措施，不仅能够有效缓解城市内涝问题，还能实现雨水资源的循环利用，同时改善车行道的使用环境，延长道路的使用寿命。

2.1.2 给排水管道参数设计

给排水管道参数的合理设计是海绵城市理念在市政给排水设计中应用的关键环节。传统的给排水管道设计往往只考虑最大排水量，以应对极端降雨天气，但这种设计方式不仅增加了工程成本，还可能导致管道在平时运行中效率低下。而基于海绵城市理念的给排水管道参数设计，需要综合考虑雨水的收集、储存、渗透和利用等多个环节。在管道管径的确定上，除了考虑传统的排水需求外，还需要结合海绵城市设施的调蓄能力，适当减小管道管径，降低工程成本。同时，管道的坡度设计也需要进行优化，以确保雨水在管道内的流动顺畅，避免积水和堵塞。此外，还需要在管道系统中设置雨水调蓄池和溢流井等设施，当降雨量超过海绵城市设施的调蓄能力时，多余的雨水通过溢流井排入市政排水管网，确保城市排水安全。

2.1.3 污水处理系统设计

海绵城市理念在污水处理系统设计中的应用，旨在实现污水的源头控制和资源化利用。传统的污水处理系统往往将污水集中收集后进行处理，这种方式不仅处理成本高，还可能导致污水在运输过程中产生二次污染。而基于海绵城市理念的污水处理系统设计，强调从源头减少污水的产生和排放。例如，在小区和公共建筑中设置雨水收集系统和中水处理系统，将雨水和生活污水进行分类收集和处理，处理后的水可用于绿化灌溉、道路冲洗等非饮用水用途，减少对市政供水的需求。同时，在污水处理厂的设计中，引入生态处理技术，如人工湿地、生物滤池等，利用自然生态系统的净化能力，提高污水处理效率，降低处理成本，同时减少对环境的影响。

2.2 海绵城市理念在市政道路设计中的应用

2.2.1 生物滞留带设计

在市政道路设计中，生物滞留带是海绵城市理念应用的重要形式之一。生物滞留带通常设置在道路两侧的绿化带中，由种植土层、砂层、砾石层和排水管道等组成。当雨水流经生物滞留带时，首先通过植物的截留和蒸腾作用减少雨水的径流量，然后雨水渗透到种植土层中，土壤中的微生物和植物根系对雨水中的污染物进行过滤、吸附和分解，起到净化雨水的作用。渗透下来的雨水经过砂层和砾石层的进一步过滤后，通过排水管道排入市政排水管网或储存起来用于后续利用。生物滞留带的设计需要考虑植物的选择、土壤的配比和结构的优化等因素。选择耐涝、耐旱、抗污染的植物品种，如鸢尾、芦苇等，以提高生物滞留带的生态功能和景观效果。合理配比土壤，确保土壤具有良好的透水性能和净化能力。

2.2.2 道路的横断面及纵向关系的设计

道路的横断面及纵向关系的合理设计对于海绵城市理念在市政道路中的应用至关重要。在横断面设计方面，传统的道路横断面通常采用“车行道 + 人行道 + 绿化带”的模式，而基于海绵城市理念的道路横断面设计需要进行优化调整。例如，增加绿化带的宽度，设置生物滞留带、下沉式绿地等海绵设施，提高道路对雨水的吸纳和处理能力。同时，合理安排车行道、人行道和绿化带的位置和高度关系，使雨水能够顺畅地流向海绵设施。在纵向关系设计方面，需要结合道路的地形和排水需求，合理设置道路的坡度和高程。通过合理的纵向设计，引导雨水流向生物滞留带、下沉式绿地等海绵设施，避免雨水在道路上积聚形成内涝。此外，还需要考虑道路与周边地块的排水衔接，确保整个区域的排水系统协调一致。

2.2.3 边坡支护保护方案设计

在市政道路建设中，边坡支护保护方案的设计不仅要考虑边坡的稳定性，还要融入海绵城市理念，实现边坡的生态防护和雨水管理功能。传统的边坡支护往往采用浆砌石、混凝土等硬质材料，这种方式虽然能够保证边坡的稳定性，但缺乏生态性和雨水处理能力。而基于海绵城市理念的边坡支护保护方案设计，采用生态护坡技术，如植被混凝土护坡、三维植被网护坡等。这些技术通过在边坡上种植植物，利用植物的根系固土和枝叶截留雨水，减少雨水对边坡的冲刷，提高边坡的稳定性。同时，在边坡上设置排水盲沟和雨水收集系统，收集边坡上的雨水，用于绿化灌溉或其他用途。此外，还可以在边坡上设置透水铺装和下沉式绿地，增加边坡的雨水渗透和蓄滞能力。通过这些设计措施，不仅能够保证边坡的稳定性，还能实现边坡的生态化和雨水资源化利用，改善道路周边的生态环境，减少水土流失和面源污染。

2.3 海绵城市理念在市政园林工程中的应用

2.3.1 设计雨水净化系统

在市政园林工程中，设计雨水净化系统是海绵城市理念应用的重要内容。雨水净化系统通常由雨水收集、预处理、净化和回用等环节组成。首先，通过设置雨水收集管网和集水设施，如雨水斗、雨水管渠等，将园林中的雨水收集起来。然后，对收集的雨水进行预处理，通过格栅、沉砂池等设施去除雨水中的较大杂质和泥沙。预处理后的雨水进入净化系统，采用人工湿地、生物滤池、膜过滤等技术对雨水进行深度净化，去除雨水中的有机物、氮、磷等污染物，使水质达到回用标准。净化后的雨水可用于园林灌溉、景观用水、厕所冲洗等，实现雨水资源的循环利用。在雨水净化系统的设计中，需要根据园林的规模、雨水水质和回用需求等因素，选择合适的净化工艺和设备。同时，还需要考虑系统的景观性和生态性，将净化设施与园林景观有机融合，如将人工湿地设计成景观水池，既具有净化功能，又具有观赏价值。通过设计雨水净化系统，能够有效提高园林工程的雨水利用效率，减少对市政供水的依赖，同时改善园林的水环境质量，提升园林的生态效益和景观效果。

2.3.2 建设雨水花园

雨水花园是市政园林工程中应用海绵城市理念的一种典型生态设施。它是一种具有景观效果的浅凹式绿地，主要由种植土层、砂层、砾石层和植物等组成。雨水花园的作用原理是当雨水流经雨水花园时，首先通过植物的截留和蒸腾作用减少雨水的径流量，然后雨水渗透到种植土层中，土壤中的微生物和植物根系对雨水中的污染物进行过滤、吸附和分解，起到净化雨水的作用。渗透下来的雨水经过砂层和砾石层的进一步过滤后，渗入地下或储存起来用于后续利用。雨水花园的设计需要考虑植物的选择、土壤的配比和结构的优化等因素。选择耐涝、耐旱、观赏价值高的植物品种，如美人蕉、紫花苜蓿等，以提高雨水花园的生态功能和景观效果。合理配比土壤，确保土壤具有良好的透水性能和净化能力。雨水花园通常设置在园林中的低洼地带或道路两侧，不仅能够有效收集和净化雨水，减少城市内涝和水体污染，还能增加园林的绿化面积，创造丰富的景观层次，为市民提供休闲和观赏的场所。通过建设雨水花园，能够实现园林工程的生态化和景观化，提升城市的生态环境质量和人居环境品质。

2.3.3 在水文景观中的应用

海绵城市理念在市政园林工程的水文景观中的应用，旨在将雨水管理与景观设计有机结合，创造出既具有生态功能又具有观赏价值的水文景观。传统的水文景观往往注重景观的视觉效果，而忽视了其对雨水的管理作用。而基于海绵城市理念的水文景观设计，将雨水的收集、储存、净化和利用融入到景观设计中，形成独特的生态水文景观。例如，设计生态驳岸的人工湖，利用驳岸上的植物和土壤对雨水进行过滤和净化，同时通过湖体的调蓄作用，缓解城市内涝问题。在溪流景观设计中，采用透水铺装和生态护岸，使雨水能够渗透到地下，补充地下水，同时溪流中的水生植物和微生物对雨水进行净化，提高水质。此外，还可以设计雨水景观小品，如雨水雕塑、雨水喷泉等，将雨水的流动和储存过程转化为具有观赏价值的景观元素。通过在水文景观中应用海绵城市理念，不仅能够提高园林工程的雨水管理能力，还能创造出更加生态、美观、富有特色的园林景观，提升城市的整体形象和品位。

3 结语

海绵城市理念为市政排水工程提供新路径，在多方面应用显著。但其推广有成本、技术等挑战。需政府、部门、公众协同，促技术创新与管理优化，以实现城市水系统可持续，让城市更生态宜居。

参考文献

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