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【摘要】論述了海綿城市理念及其重要性,基于此指出市政給排水設計中海綿城市理念的應用要點主要體現在綠化帶、人行道及附屬設施設計中。為提升海綿城市理念的應用效果,相關人員在設計時要做好各項參數控制與計算,確保市政給排水設計的整體效果。
【關鍵詞】海綿城市;市政工程;給排水設計
1海綿城市理念
海綿城市屬于新一代城市雨洪管理概念,是指城市在應對各類環境及雨水帶來的影響與災害時,具有彈性,如同海綿一樣具備能吸水、蓄水、滲水、凈水等功能[1]。海綿城市并非要取代傳統排水系統,而是對傳統排水系統進行優化與創新。引入海綿城市理念,讓城市市政建設期間能做好“水”的調節,使自然降水、地表水和地下水在海綿城市建設中能夠協調與統籌,所以在市政給排水設計中要考慮復雜性和長期性。而相比于傳統城市建設,海綿城市更順應自然,在城市開發建設中影響較小,不會改變地表徑流量。
2海綿城市理念的重要性
市政給排水設計中的海綿城市理念的應用具有重要意義,主要表現為:(1)優化城市給排水基礎設施。市政給排水設計中,海綿城市的應用能提升給排水的運行質量與效率,確保其能滿足城市發展需求,完善給排水系統。(2)減少對水資源的污染。城市發展期間水資源污染問題比較突出,很多城市給排水系統難以對水污染問題進行治理,對城市發展造成極大影響,但海綿城市理念的應用,能有效降低對水資源的污染,確保城市的生態平衡。(3)提升水資源利用率[2]。傳統市政給排水系統難以有效蓄水與排水,會造成城市內澇,水資源難以得到有效利用,但海綿城市理念的應用能有效收集水資源,提升水資源的利用率,實現城市的綠色發展。
3海綿城市理念的應用原則
3.1結合城市規劃
市政給排水是城市整體發展的重要組成部分,是一項專業性、復雜性較強的工作,與城市其他項目規劃密切相關,如城市防水防澇、環境保護等,在設計時會增加給排水設計難度。所以在給排水設計中海綿城市理念的應用,是要與城市規劃相結合,能從整體出發,確保給排水設計的科學性與系統性,滿足城市發展需求。
3.2確保專業水平
在城市基礎設施建設中給排水系統是重要組成部分,影響著城市的可持續發展。但目前我國市政給排水設計中,對海綿城市理念及相關技術的認識不足,導致應用水平相對較低,無法為給排水設計提供可靠支持。同時,在給排水設計中會存在諸多不確定性,只有設計人員能充分認識海綿城市,確保其專業性,才能提升城市排水系統設計的效果。
3.3生態優先原則
在我國各大城市貫徹落實“綠色發展”理念期間,給排水設計中海綿城市理念的應用要堅持生態優先原則,減少對城市的污染與破壞。海綿城市排水設計要提升對資源的利用率,采用綠色理念與材料,降低建設與運行期間的污染與能耗,提升給排水系統的應用效果。
4海綿城市理念在市政給排水設計中的應用要點
4.1綠化帶設計
市政給排水設計中綠化帶是重要組成部分,以海綿城市理念為指導,要求綠化帶設計能滿足基本的蓄水功能,提升水資源的利用率。下沉式綠化帶具有消減路面徑流、減輕道路揚塵、節約綠地灌溉用水等多種功能,所以成為當下海綿城市綠化帶設計的主要方向。下沉式綠化帶在設計過程中需分析綠化帶水量平衡,可以用式(1)對時段內水量平衡進行計算:Q1+U1=Z+U2+Q2(1)式中,Q1為雨水在計算時段內流入下沉式綠化帶的總徑流量;U1為計算起始時下沉式綠化帶的蓄水量;Z為計算時間內下沉式綠化帶的雨水下滲量;U2為計算時間內下沉式綠化帶的蓄水量;Q2為計算時間內下沉式綠化帶進入雨水管道的外排量。下沉式綠化帶設計的雨水控制容量可通過式(2)得出:E=Z+△U(2)式中,E為下沉式綠化帶設計的雨水控制容量;△U為計算時段內進入下沉式道路綠化帶的蓄水量。同時,也要對綠化帶雨水滲蓄能力R進行計算,可通過公式(3)得出:R=(ψεFn+εFg)/1000Z+△U×100%(3)式中,ψ為雨水滲蓄率;ε為綠化帶服務區徑流系數;Fn為道路面積;Fg為綠化帶面積。可以使用式(4)和式(5)計算降雨量:q=8.351(1+0.55lgT)(t+12.548)0.5452(4)H=t0∫q(5)式中,H為降雨深度;q為暴雨強度;T為設計重現期;t為降雨歷時。雨水下滲量S計算如式(6)所示:S=60KJFgt(6)式中,K為土壤的穩定入滲速率;J為水利坡度。橫斷面方向的綠化帶在下凹式綠化帶中,能在下凹式斷面中存積雨水,綠化帶使雨水過濾后,可以通過溢流的方式進入雨水利用系統,下凹式綠化帶內設置雨水口,要高于地面3~5cm,綠化帶內綠地地面的高程較兩側路面低5~10cm,每隔一段距離在綠化帶兩側的路緣石設置雨水的流入孔,可以在綠化帶內匯集雨水。將防水土工材料鋪設于綠化帶的底層及其兩側,能減輕雨水的下滲。
4.2人行道設計
以海綿城市理念為指導,市政給排水設計中“透水”是十分重要的要素,所以可以設計透水人行道,且透水人行道的材料選擇十分關鍵,具體見表1。在穩定水頭狀態下對透水磚等材料的透水性能進行計算,在確定透水系數時可以使用式(7):式中,KT水為水溫為T水℃時的試樣透水系數;Q為時間t內的滲出水量;I為試樣的厚度;A為試樣的上表面面積;h為水位Municipal·Traffic·WaterResourcesEngineeringDesign市政·交通·水利工程設計差。透水磚的各項指標控制見表2。透水水泥混凝土等材料的孔隙率計算時可以使用式(8):P=(1-m2-m1V0)×100%(8)式中,P、V0、m2、m1分別為試件孔隙率、試件體積、試件浸水飽和下在水中的質量、試件在干燥狀態下的質量。在對透水水泥混凝土的透水系數進行計算時,公式如式(9):ζ=h′τ0Q1A0X(9)式中,ζ、h′、A0、τ0、Q1、X分別為透水系數、試件高度、試件斷面、上下出水口之間的距離水位差、從透水儀出水口流出的水量、從透水儀出水口流出的時間。透水人行道的土基要有良好的透水性,一般情況下透水系數需控制在1.0×10-3mm/s以上,滲透面與地下水位之間的距離要求控制在1m以上。
4.3附屬設施設計
將綠色景觀樹種植在道路沿線兩側,在設計中要求生物滯留溝種植土壤層厚度宜為120cm。生態滯留溝中路沿石豁口生態滯留溝的設計過程中,要做好豁口長度、凈流量等參數計算,避免影響其凈化效果。在路緣石上預留豁口是比較普遍的方式。在對路緣石豁口進行計算時,可以使用公式(10):L=K0W0.42B0.3(ni)-0.6(10)式中,L、W、K0、B、n、i分別為豁口長度、設計凈流量、經驗常數、縱向坡度、曼寧系數、路面橫向坡度。路緣石豁口的開口長度要綜合雨水口進水量等參數,最終可以確定路緣石豁口的設置間隔為15m。為便于路面雨水的收集,將道路坡度設計為>1.5%。路緣石的材料為花崗巖,后背材料與規格分別為C15混凝土、15cm×80cm×130cm。路緣石開口需合理設計,規格要求為80cm×7.5cm,綠地邊緣設置鑄鐵格柵,避免有異物進入。溢流雨水口需合理設置,一般情況下需間隔20~30m設置1個,確保溢流雨水口生物滯留設施設置的合理性。溢流設施在雨水較大且超過海綿城市收納能力時會發揮其作用,雨水會排入市政管網。混凝土結構為溢流雨水口采用模塊,規格、溢流口最大過流流量分別為680mm×1300mm、30L/s。將PVC沉淀槽設置在沉泥槽路緣石后側,規格為8cm×20cm×12.5cm。鋼筋混凝土為沉泥槽的底座,規格為130cm×30cm×20cm。采用卵石堆砌擋水堰,頂寬、底寬、高度分別為20cm、40cm與20cm,基礎墊層為50cm細石混凝土。根據公式(11)做好雨水全部下滲時間計算。t0=Wp3600ασA1(11)式中,t0、Wp、A1、σ、α分別為綠地淹水時間、產流歷時內的蓄積水量、滲濾設施直接接收降水的面積、平均滲透系數、折減系數。生物滯留設施的維護也十分關鍵,要求能對植物進行及時修剪,將雜草清除。匯水面徑流雨水在進水口不能有效收集時,局部下凹需加大。將碎石設置在進水口、溢流口,避免沖刷造成水土流失。及時清理進水口、溢流口堵塞情況,確保其暢通性。
5結語
海綿城市理念在市政給排水設計中的應用是時代發展的必然,也是人與自然和諧相處,打造綠色城市、海綿城市的重要手段。以海綿城市理念為指導,能確保市政給排水設計的整體質量與效率,提升城市的蓄水與排水能力,避免城市內澇的發生,同時也能提升水資源的利用。未來隨著現代科學技術的快速發展,海綿城市將會與智慧城市相結合,不斷提升城市服務職能。
【參考文獻】
[1]李文強.污水處理廠建設中海綿城市設計案例與分析:以遂寧某污水廠為例[J].凈水技術,2021,40(S1):170-175.
[2]彭康.廣州國際金融城地下空間給排水設計及排水要點分析[J].給水排水,2020,56(7):91-95.
作者:張梁 單位:湖南省長沙市城市建設科學研究院