土木工程给排水专业视角下的海绵城市建设路径与技术应用

一、海绵城市建设与给排水专业的关联性分析

海绵城市以“自然积存、自然渗透、自然净化”为核心理念，通过构建“源头减排—过程控制—系统治理”的雨水管理体系，实现城市水文生态的良性循环。这一目标的达成，离不开土木工程给排水专业在雨水管网设计、水质净化技术、系统协同调控等方面的技术支撑。

（一）功能目标的一致性

传统给排水工程以“快速排除”和“末端集中处理”为核心，而海绵城市强调“渗、滞、蓄、净、用、排”六字方针，二者均以解决城市水问题为目标。前者侧重“排”的效率，后者注重“用”的平衡，给排水专业的技术体系为海绵城市从“排”到“用”的转型提供了基础框架。

（二）技术体系的互补性

海绵城市的低影响开发（LID）设施（如植草沟、雨水花园、透水铺装等）需与传统给排水管网协同运行：源头减排设施减少雨水径流总量，降低管网负荷；过程控制设施缓解管网压力，减少溢流；末端治理设施提升水质，与污水处理系统衔接。这种协同性要求给排水专业在设计中实现“地上”与“地下”技术的融合。

二、给排水专业在海绵城市建设中的关键技术应用

（一）源头减排技术的优化设计

源头减排是海绵城市控制雨水径流的核心环节，给排水专业需结合地块特征优化设施选型与参数设计。

1. 透水铺装技术

透水铺装（透水砖、透水混凝土等）通过孔隙渗透雨水，减少地表径流。设计中需根据降雨量、土壤渗透系数计算铺装厚度（通常 10-20cm ），并设置排水基层（如级配碎石）避免积水。例如，在人行道设计中，采用透水砖 +15cm 级配碎石基层，可使雨水渗透率提升 60% 以上。

2. 雨水花园与植草沟设计

雨水花园需根据汇水面积确定规模，计算调蓄深度（一般 0.3-0.5m ），并选用耐涝植物（如菖蒲、鸢尾）增强净化效果。植草沟则需设计合理坡度（ 1%-3% ），确保雨水在流动中通过植被过滤和土壤吸附去除污染物，其去除率可达SS（悬浮物） 70% 、COD（化学需氧量） 50% 以上。

（二）雨水管网与调蓄设施的协同设计

传统雨水管网设计需与海绵设施联动，形成“快排 + 慢渗”的复合系统。

1. 管网负荷核算

采用SWMM（暴雨洪水管理模型）模拟海绵设施对管网的减负效果，调整管径和坡度。例如，某小区通过源头设施削减 30% 径流后，管网设计重现期可从1 年提升至3 年，降低内涝风险。

2. 调蓄池与泵站的优化布局

调蓄池需结合管网节点位置设计，容积按“设计降雨量 - 源头削减量”计算，通常采用地下式布置以节省空间。泵站则需匹配调蓄池排空时间，避免雨水滞留。如某商业区调蓄池容积 500m³ ，配套泵站设计流量 200m³/h ，可在 6 小时内完成排空。

（三）水质净化技术的集成应用

海绵城市需确保雨水利用与排放的水质达标，给排水专业的水处理技术在此发挥关键作用。

1. 初期雨水弃流技术

初期雨水污染物浓度高（如SS 可达 500mg/L ），需通过弃流装置（如雨量型、容积型）将前 10-15mm 降雨弃入污水管网，进入污水处理厂处理，后期较清洁雨水则进入调蓄设施回用。

2. 人工湿地深度净化

对于需回用的雨水（如绿化灌溉、道路清扫），可采用人工湿地

进一步净化。设计中需控制水力停留时间（通常2-3 天），通过基质（砾石、活性炭）、植物、微生物的协同作用，使出水 COD 降至 50mg/L 以下，满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T 18920）标准。

三、海绵城市建设中给排水工程的实践案例

（一）某新城核心区海绵化改造项目

该项目总面积 5km² ，以给排水专业为技术核心，构建“源头- 过程-末端”系统：

- 源头：居住区采用透水铺装（覆盖率 30% ）、雨水花园（总调蓄面积 8000m² ），削减径流总量 40% ；

- 过程：道路两侧设置植草沟（总长 5km ），与雨水管网串联，降低管网峰值流量 25% ；

- 末端：建设 1 万 m² 人工湿地，处理后雨水用于公园绿化，年节水约5 万 m³ 。

改造后，该区域内涝频次从年均 3 次降至 0 次，雨水资源利用率提升至 35% 。

（二）老旧小区海绵化更新工程

针对某建成于 2000 年的小区（面积 1.2km² ），给排水专业重点解决管网老化与内涝问题：

- 更换破损管网（总长 2km ），结合LID 设施优化管径，减少水头损失；

- 在小区空地增设下沉式绿地（面积 1200m² ），与原有化粪池协同，提升雨水渗透与净化能力；

- 建立智慧监测系统，实时监控管网水位与设施运行状态，实现精准调度。

工程后，小区雨水管网过流能力提升 50% ，居民对水环境满意度达 92% 。

四、海绵城市建设中给排水专业的挑战与对策

（一）主要挑战

1. 技术协同性不足：LID 设施与传统管网设计标准不统一，易出现“各自为政”现象。

2. 维护管理滞后：海绵设施（如透水铺装孔隙堵塞、湿地基质老化）缺乏长期维护技术规范。

3. 成本控制难度大：海绵化改造比传统工程成本高 10%-20% ，制约推广应用。

（二）优化对策

1. 完善技术标准体系：制定《海绵城市给排水工程设计导则》，明确LID 设施与管网的参数匹配要求（如渗透系数、调蓄容积）。

2. 建立智慧运维平台：利用物联网技术（如传感器监测雨量、水质），实现设施状态实时预警，结合BIM 模型进行全生命周期管理。

3. 创新成本分摊机制：通过“政府补贴 + 雨水回用收益 + 碳减排交易”降低建设成本，例如雨水回用可节省自来水费0.5-1 元 /m³ 。

五、结论

海绵城市建设为土木工程给排水专业提供了技术创新与应用拓展的平台。从源头减排的设施优化到末端治理的水质净化，给排水专业的技术支撑贯穿海绵城市建设全流程。面对技术协同、维护管理等挑战，需通过标准完善、智慧化升级、成本机制创新等路径，推动海绵城市建设向专业化、系统化方向发展。未来，随着绿色低碳理念的深化，给排水专业将在雨水资源循环利用、城市水文生态修复中发挥更核心的作用，为构建韧性城市提供关键技术保障。