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摘　要：將海綿城市理念引入到當(dāng)前城市建設(shè)中，能有效解決城市水生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。有鑒于此，本文以海綿城市建設(shè)為著手點(diǎn)，闡述了海綿城市理念以及基于海綿城市理念的城市管道設(shè)計(jì)原則，分析了市政道路給排水管道建設(shè)的現(xiàn)狀與不足，提出了一種在海綿城市理念中有關(guān)蓄水抗洪管道的設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到及時(shí)清理輸水管道中的沉積垃圾，有效避免輸水管道堵塞，快速進(jìn)行排水的目的。

關(guān)鍵詞：海綿城市；給排水管道；蓄水抗洪管道設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU992  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A  文章編號(hào)：1671-2064(2023)05-0028-03

0. 引言

  2013年底開(kāi)幕的中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議上，習(xí)總書(shū)記第一次提出了“海綿城市”的概念，即在城市內(nèi)澇日趨嚴(yán)重、城市水資源日趨緊張的形勢(shì)下，倡導(dǎo)城市與自然的和諧共生，多利用自然的力量，對(duì)城市雨水進(jìn)行排放，收納儲(chǔ)存以及合理利用，將城市建設(shè)成為雨水自然積存滲透、自然凈化、合理利用的“海綿城市”。從此，“海綿城市”正式進(jìn)入了人們的視野^[1]。隨后，住建部于2014發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》批文，并于2015年以及2016年相繼開(kāi)展了30多個(gè)城市的海綿城市試點(diǎn)工作，旨在全面地推進(jìn)海綿城市的建設(shè)工作，增強(qiáng)城市防洪排澇能力，恢復(fù)城市水生態(tài)環(huán)境。

  在當(dāng)前出現(xiàn)的眾多城市地下排水難的背景下，“海綿城市”無(wú)疑提供了一劑良方，它也將是未來(lái)城市建設(shè)、城市更新的重要方向。而作為在海綿城市建設(shè)的一個(gè)組成部分，道路給排水管道構(gòu)建了海綿城市的筋脈，道路給排水管道建設(shè)關(guān)乎著海綿城市建設(shè)的質(zhì)量，顯得尤為重要。

1.海綿城市概述

1.1海綿城市建設(shè)的緊迫性

  我國(guó)城市化進(jìn)程的持續(xù)加快，各地面貌煥然一新，同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題。一方面，如火如荼的城市建設(shè)中，城市下墊面硬化率不斷增加，直接導(dǎo)致城市下墊面蓄滲性能減弱，隨之而來(lái)的便是城市自然滯蓄雨水能力降低，原有的城市水生態(tài)系統(tǒng)被破壞；另一方面，人們追求經(jīng)濟(jì)利益固然無(wú)可厚非，卻同時(shí)破壞了周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，向有限的水資源任意排放污染物，直接導(dǎo)致我國(guó)水環(huán)境污染日益嚴(yán)重。與此同時(shí)，近些年來(lái)由于極端氣候天氣影響，國(guó)內(nèi)許多城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，我國(guó)傳統(tǒng)的城市給排水系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)這些內(nèi)澇洪災(zāi)時(shí)顯然力有不逮，也無(wú)法有效緩解和改善城市水生態(tài)問(wèn)題^[2]。

  城市水生態(tài)環(huán)境是一個(gè)綜合問(wèn)題，并已并呈日趨惡化之態(tài)，正嚴(yán)重制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。只注重發(fā)展速度，不重視對(duì)自然的保護(hù)，這是造成城市水問(wèn)題的根源。為此，政府提出了建設(shè)海綿城市的重大舉措，統(tǒng)籌考慮雨水的留存與排出，統(tǒng)籌解決城市缺水與內(nèi)澇問(wèn)題。“海綿城市”建設(shè)已刻不容緩，實(shí)際上也是在為城市之前的激進(jìn)式開(kāi)發(fā)買(mǎi)單。

1.2海綿城市理念

  作為近年來(lái)興起的城市發(fā)展建設(shè)新理念，海綿城市倡導(dǎo)城市應(yīng)像“海綿”一樣，對(duì)城市雨水進(jìn)行吸納收集，同時(shí)還可在適當(dāng)時(shí)機(jī)釋放。即在下雨的時(shí)候能夠?qū)⒂晁?span>收、蓄存、凈化、滲透，同時(shí)在適宜的時(shí)機(jī)將吸納收集的雨水資源釋放利用，特別是在適應(yīng)諸如自然災(zāi)害等環(huán)境變化時(shí)具有良好的彈性，從而能達(dá)到“小雨時(shí)城市道路不積水、大雨時(shí)城市不發(fā)生內(nèi)澇、城市水體不發(fā)生黑臭”的目標(biāo)^[3]。

  世界發(fā)達(dá)國(guó)家有著許多先進(jìn)的雨水管理經(jīng)驗(yàn)，作為與國(guó)際接軌的中國(guó)理念，海綿城市的內(nèi)涵大致包括如下：

  處理的焦點(diǎn)的還是城市雨水問(wèn)題，包括但不限于諸如城市內(nèi)澇問(wèn)題、城市水資源利用問(wèn)題、城市管道雨水徑流污染問(wèn)題以及城市合流制溢流污染問(wèn)題等。

  源頭減排優(yōu)先，即優(yōu)先從源頭控制雨水徑流，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水徑流總量的削減和峰值流量的削減，盡可能減少城市開(kāi)發(fā)建設(shè)對(duì)水文過(guò)程的影響。

  綠色設(shè)施優(yōu)先，即利用天然的、修復(fù)的和人工建設(shè)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水的自然積存、自然滲透、自然凈化。

  “藍(lán)綠灰”相結(jié)合，即在充分利用藍(lán)綠空間的基礎(chǔ)上，還要結(jié)合排水管網(wǎng)、泵站、調(diào)蓄池等必要的灰色措施，解決設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的暴雨內(nèi)澇問(wèn)題。

  系統(tǒng)治理，即綜合采取“滲、滯、蓄、凈、用、排”等綜合措施，統(tǒng)籌考慮雨水匯流到排放過(guò)程再到排入受納水體的全過(guò)程，要做到“藍(lán)綠灰”相結(jié)合。

  問(wèn)題導(dǎo)向和目標(biāo)導(dǎo)向相結(jié)合，海綿城市建設(shè)的主要目標(biāo)是通過(guò)綜合措施有效應(yīng)對(duì)內(nèi)澇設(shè)防重現(xiàn)期以內(nèi)的強(qiáng)降雨，增強(qiáng)城市在應(yīng)對(duì)氣候變化和抵御暴雨災(zāi)害等方面的“韌性”，促進(jìn)形成生態(tài)、安全、可持續(xù)的城市水循環(huán)系統(tǒng)。

1.3基于海綿城市理念的城市管道設(shè)計(jì)原則

1.3.1做好與自然銜接，新舊銜接

  “海綿城市”理念重點(diǎn)倡導(dǎo)的是城市與自然是一個(gè)生命共同體，因此與自然和諧共處乃是城市管道設(shè)計(jì)必須要遵循的重要原則，盡量保護(hù)好原有生態(tài)。而新的管道設(shè)計(jì)必然出現(xiàn)與舊有管道的銜接問(wèn)題，如何在盡量保持舊有管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將新管道無(wú)縫銜接，也是設(shè)計(jì)者要做的功課。

1.3.2良好的“滲、滯、蓄、凈、用、排”設(shè)計(jì)

  “海綿城市”強(qiáng)調(diào)需要兼顧考慮從雨水的匯攏，到雨水的集中排放，再到雨水排入到環(huán)境水體中諸如河流、湖泊等，所以城市管道不但要設(shè)計(jì)好高效的水排放，還要考慮將來(lái)如何合理節(jié)約利用水資源，將水資源就近排入下沉綠地、池塘、濕地等“海綿體”中進(jìn)行收納。

2.市政道路給排水管道建設(shè)的現(xiàn)狀與不足

  城市的排水系統(tǒng)是保證城市安全的重要組成部分，而其中的給排水管道建設(shè)更是重中之重。隨著“海綿城市”建設(shè)的逐步推進(jìn)，各大城市也開(kāi)始了現(xiàn)有市政道路給排水管道建設(shè)的改造升級(jí)，對(duì)城市的防洪排澇也取得了一定的效果，但仍然存在不小的問(wèn)題。

2.1管道缺乏管理維護(hù)

  首先，許多城市的一些給排水管道，存在使用年限過(guò)長(zhǎng)，長(zhǎng)期疏于管理維護(hù)的問(wèn)題。積年累月之后，管道破損或已喪失功能，反而造成了雨水擁塞，路面大面積積水甚至漫上來(lái)大量臟臭廢水，而且維修和更換的難度更大。其次，一些作業(yè)人員似乎更注重管道之上地面的維護(hù)工作和小修小補(bǔ)，孰不知地下管道才是給排水的重中之重。再次，缺乏專(zhuān)業(yè)的管道建設(shè)施工維護(hù)人員，畢竟市政道路給排水管道建設(shè)施工必須具備非常強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)性。最后，由于垃圾和淤泥的沉積，造成管道堵塞，如果不及時(shí)維護(hù)處理，就會(huì)造成管道中排水不暢甚至堵塞，甚至很難及時(shí)定位垃圾堵塞的地點(diǎn)，造成了排查疏導(dǎo)的延誤和難度。

2.2管道質(zhì)量參差不齊

  管道是市政道路給排水的核心部件，它的質(zhì)量關(guān)乎著整個(gè)給排水的效果。由于它埋在地下，承受地表和土壤的壓力以及雨水垃圾土壤等的腐蝕，而且還與安裝所在地的地形、地質(zhì)、地表環(huán)境也有莫大關(guān)聯(lián)，所以管道質(zhì)量和規(guī)格要求高。如果在管材選擇上不達(dá)標(biāo)，或者管材檢測(cè)不規(guī)范，甚至第三方檢測(cè)造假，都會(huì)對(duì)整個(gè)給排水造成無(wú)法估量的損失。我們經(jīng)常會(huì)看到城市中某些區(qū)域，一遇稍大的雨水，某些路段就會(huì)由于管道雨水泄露造成交通堵塞，甚至還由于管道質(zhì)量問(wèn)題，造成管道破裂以及路面下沉、塌方。

2.3管道設(shè)計(jì)不合理，缺乏對(duì)雨水資源的合理利用

  基于海綿城市理念的管道設(shè)計(jì)，不僅要注重雨水的排放，還要注重雨水的過(guò)濾和收集，達(dá)到缺水時(shí)能循環(huán)利用的水資源可持續(xù)發(fā)展。但許多城市的排水管道設(shè)計(jì)都是存在或多或少問(wèn)題的，他們大都注重的是盡可能快速及時(shí)地將雨水排放掉這一傳統(tǒng)模式，將排水管道設(shè)計(jì)得越大越好也是經(jīng)常被應(yīng)用于排水系統(tǒng)中，雨水排放得越多越快越好，盡量地保持各項(xiàng)越通暢越好，而到缺水期來(lái)臨時(shí)，又得花大力氣、高成本去找水，這其實(shí)是對(duì)水資源的極大浪費(fèi)。由于在項(xiàng)目開(kāi)始階段沒(méi)有進(jìn)行深入的調(diào)研分析，而且在實(shí)際設(shè)計(jì)中，也沒(méi)有從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展出發(fā)，進(jìn)行統(tǒng)籌考慮和規(guī)劃，由此給排水設(shè)計(jì)偏離了實(shí)際的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)要求，使得在實(shí)際運(yùn)行中，城市水資源造成了嚴(yán)重的浪費(fèi)，并且嚴(yán)重污染了城市周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境，根本無(wú)法體現(xiàn)對(duì)城市水資源進(jìn)行合理的利用以及適當(dāng)時(shí)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)的作用^[4]。

3.一種基于海綿城市理念的新型蓄水抗洪管道設(shè)計(jì)

  蓄水抗洪管道，顧名思義，就是既能抗洪又能蓄水的管道。其設(shè)計(jì)的初衷是將城市過(guò)多的雨水資源進(jìn)行排水并積蓄；而在缺水時(shí)又可將積蓄的水資源取出進(jìn)行有效利用，對(duì)城市水資源實(shí)現(xiàn)了排洪蓄水的循環(huán)利用。但我們發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中仍存在一些問(wèn)題，比如蓄水抗洪管道在排水過(guò)程中，往往由于垃圾泥沙沉淀導(dǎo)致了堵塞，而且管道堵塞的地方難以定位并及時(shí)清理且清理難度大，導(dǎo)致堵塞越來(lái)越嚴(yán)重，久而久之使得蓄水抗洪管道喪失了原有功能，也間接影響了海綿城市建設(shè)的施工。

  基于此問(wèn)題，本文提出了一種基于海綿城市建設(shè)施工的新型蓄水抗洪管道設(shè)計(jì)。

3.1新型蓄水抗洪管道設(shè)計(jì)方案

  新型蓄水抗洪管道整體設(shè)計(jì)如圖1所示，由輸水管道3和排水管2組成。其中，輸水管道2掩埋于地下并與蓄水池導(dǎo)通連接，排水管3掩埋于地下，下端與輸水管2垂直相連，上端出口與地面平齊。

 

圖1 蓄水抗洪管道結(jié)構(gòu)示意圖

  輸水管道2外圍四周上設(shè)置有加固層1，同樣位于地面之下；加固層中穿插設(shè)置有導(dǎo)管6，導(dǎo)管與輸水管道2平行設(shè)置且導(dǎo)管位于輸水管道的下方，導(dǎo)管的端部設(shè)置有加壓噴水裝置，上位機(jī)控制加壓噴水裝置運(yùn)行。導(dǎo)管內(nèi)設(shè)置有彈性防水密封線纜的信號(hào)線4，信號(hào)線的一端與監(jiān)測(cè)模塊信號(hào)連接，信號(hào)線的中部從加固層外部繞過(guò)并伸入排水管內(nèi)，并延伸至上位機(jī)。

  輸水管道的底部等間距設(shè)置有多組凹槽，凹槽上設(shè)置有多個(gè)與導(dǎo)管6相連通的排水孔；排水孔內(nèi)設(shè)置有流量監(jiān)測(cè)模塊。

（1）導(dǎo)管6的端部設(shè)置有加壓噴水裝置，上位機(jī)控制加壓噴水裝置運(yùn)行。上位機(jī)控制加壓噴水裝置噴水，加壓后的水柱能夠?qū)⑴潘资柰ㄩ_(kāi)，同時(shí)能夠?qū)⒊练e在輸水管底部凹槽中的垃圾沖走，避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

（2）輸水管道的內(nèi)部設(shè)置有檢修平臺(tái)5，檢修平臺(tái)的底部鋪設(shè)有吸水磚，吸水磚對(duì)整個(gè)檢修平臺(tái)起到支撐作用，吸水磚能夠吸收一部分水分，當(dāng)輸水管道內(nèi)水位較低時(shí)能夠保證檢修平臺(tái)上相對(duì)干燥，避免滋生青苔。

（3）本設(shè)計(jì)方案能夠定時(shí)進(jìn)行清理輸水管道中的凹槽沉積垃圾，可避免輸水管道的堵塞，方便地進(jìn)行排水，使用更加方便。

3.2新型蓄水抗洪管道的具體實(shí)施方式

  如圖2和圖3所示，輸水管道2的外周上設(shè)置有加固層1；加固層1中穿插設(shè)置有導(dǎo)管6，導(dǎo)管6與輸水管道2平行設(shè)置且導(dǎo)管6位于輸水管道2的下方；輸水管道2與蓄水池導(dǎo)通連接。

  排水管3可以根據(jù)安裝地點(diǎn)的路面情況設(shè)置多組且等間距設(shè)置，并與輸水管道2相連通，排水管3的頂部設(shè)置有過(guò)濾蓋板，初步過(guò)濾雨水污水中的垃圾，每個(gè)排水管的內(nèi)部均設(shè)置有人梯31，方便作業(yè)人員及時(shí)進(jìn)入輸水管內(nèi)檢修。

  輸水管道2的內(nèi)部設(shè)置有檢修平臺(tái)5，共有兩組，分別設(shè)置在輸水管道2兩側(cè)，兩組中間正好是用于排水的溝渠。在圖2中我們可以看到，檢修人員可從經(jīng)排水管3進(jìn)入作業(yè)，首先通過(guò)揭開(kāi)頂部地面上的蓋板，沿人梯31往下進(jìn)入輸水管道2內(nèi)，徑直到達(dá)兩側(cè)檢修平臺(tái)5后，沿檢修平臺(tái)一路查看檢修輸水管道2內(nèi)不同位置出現(xiàn)的問(wèn)題。從檢修人員的安全出發(fā)，整個(gè)檢修平臺(tái)5的底部都設(shè)計(jì)鋪設(shè)有吸水磚51，它除了對(duì)檢修平臺(tái)起到進(jìn)一步的加固支撐作用外，還能吸收底部相當(dāng)一部分的水分，尤其在輸水管道水位較低時(shí)，能夠保持整個(gè)檢修平臺(tái)的相對(duì)干燥，這樣就相對(duì)不容易生長(zhǎng)青苔，進(jìn)一步保護(hù)了檢修人員作業(yè)的安全。

  多組長(zhǎng)方形凹槽7等間距均勻分布在輸水管道2底部。長(zhǎng)方形凹槽7中通過(guò)設(shè)置有多個(gè)圓形排水孔71與導(dǎo)管6相連通；在排水孔71內(nèi)部放置流量監(jiān)測(cè)模塊，通過(guò)導(dǎo)管6內(nèi)部的信號(hào)線4，一端與流量監(jiān)測(cè)模塊連接，另一端繞出加固層1外并伸入到排水管3內(nèi)，一直延伸到地面與上位機(jī)相連。導(dǎo)管6端部設(shè)計(jì)了可由上位機(jī)控制的加壓噴水的裝置。一旦排水孔71內(nèi)部的流量監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到堵塞，會(huì)及時(shí)將數(shù)據(jù)報(bào)告給上位機(jī)，上位機(jī)向加壓噴水裝置發(fā)出指令噴水，此時(shí)排水孔71被加壓后的水柱疏通開(kāi)，同時(shí)凹槽7中的沉積物被沖走，有效解除了輸水管的堵塞現(xiàn)象。

 

    圖2 蓄水抗洪管道結(jié)構(gòu)剖面圖       

圖3 蓄水抗洪管道結(jié)構(gòu)側(cè)視圖

  本方案的具體操作流程如下。

（1）城市道路上的雨水流經(jīng)排水管3地面端的蓋板，沿蓋板導(dǎo)流口下滲入輸水管道2，同時(shí)排水管3的地面端蓋板還能夠有效地過(guò)濾雨水中夾帶的一些垃圾雜質(zhì)，減少了向輸水管道2排放的垃圾。

（2）在輸水管道2的各處，沿途就近與人工溝渠、池塘、河流、湖泊導(dǎo)通連接，雨水被分流至這些蓄水地進(jìn)行積蓄并留待之后有效利用。

（3）多組長(zhǎng)方形凹槽7等間距均勻分布在輸水管道2底部如圖3所示，同時(shí)凹槽7底部均勻分布多個(gè)圓形排水孔71如圖2所示，與加固層底部的導(dǎo)管6連通。在蓄水抗洪管道運(yùn)行一段時(shí)間后，由于輸水管道2承擔(dān)著排水的任務(wù)，慢慢會(huì)有泥沙和各種垃圾在底部沉積下來(lái)，填滿凹槽7。而排水孔71設(shè)置有流量監(jiān)測(cè)電子模塊，它會(huì)定時(shí)啟動(dòng)并監(jiān)測(cè)凹槽7甚至輸水管2中的水流量，如果凹槽7中的水流量低于某一個(gè)閾值，可以判斷該段輸水管2已出現(xiàn)堵塞，流量監(jiān)測(cè)電子模塊會(huì)及時(shí)將數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)并告警。

（4）圖3所示的導(dǎo)管6端部設(shè)計(jì)了可由上位機(jī)控制的加壓噴水的裝置，當(dāng)上位機(jī)收到堵塞告警信息后，可設(shè)置手動(dòng)或自動(dòng)開(kāi)啟加壓噴水功能，加壓噴水裝置收到指令，立即加壓噴水將相應(yīng)的排水孔71疏通開(kāi)，從而上部凹槽7中的淤泥和垃圾也在水壓下被沖走，從而起到了疏導(dǎo)的作用，及時(shí)確保了輸水管道2的暢通。

4. 結(jié)語(yǔ)

  將海綿城市理念應(yīng)用于此新型蓄水抗洪管道的設(shè)計(jì)實(shí)施中，能及時(shí)清理輸水管道中的沉積垃圾，有效避免輸水管道的堵塞，方便進(jìn)行排水。近年來(lái)，在政府的大力宣傳和推進(jìn)下，“海綿城市”的技術(shù)開(kāi)發(fā)和建設(shè)都取得了可喜的成果。不僅在凈化城市生活環(huán)境、美化城市形象品質(zhì)方面，“海綿城市”發(fā)揮了重要作用，更是在提升城市居民幸福指數(shù)方面成效顯著。如果將“海綿城市”建設(shè)看作是對(duì)以往不成熟發(fā)展模式的扭轉(zhuǎn)，或許，這一偉大的事業(yè)將在更加寬松的環(huán)境下加快推進(jìn)。但環(huán)境問(wèn)題的形成并非一朝一夕，向這些問(wèn)題宣戰(zhàn)，要有打持久戰(zhàn)的耐心，所以海綿城市建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的、多目標(biāo)融合的系統(tǒng)性工程，既不能一蹴而就，也不能一勞永逸。它既是我們共同的目標(biāo)，也需我們?nèi)w人民共同努力去建設(shè)和維護(hù)。

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Research on the Design of Water Storage and Flood Fighting Pipeline Based on the Concept of Sponge City

CHEN Lu¹,ZHANG Jun² 

(1.Wuhan City Polytechnic, Wuhan  Hubei  430064;

2. Wuhan Civil Architecture Design and Research Institute Co., Ltd., Wuhan  Hubei  430014)

Abstract:The concept of sponge city is introduced into urban construction to effectively solve urban water ecological environment problems. In view of this, this paper takes the construction of sponge city as the starting point, expounds the concept of sponge city and the urban pipeline design principle based on the concept of sponge city, analyzes the current situation and shortcomings of municipal road water supply and drainage pipeline construction, and proposes a new water storage and flood fighting pipeline design scheme based on the concept of sponge city, so as to timely clean up the deposited garbage in the water transmission pipeline and effectively avoid the blockage of the water transmission pipeline, purpose of facilitating drainage

Key words:sponge city;water supply and drainage pipeline;design of water storage and flood fighting pipeline