摘　要：将海绵城市理念引入到当前城市建设中，能有效解决城市水生态环境问题。有鉴于此，本文以海绵城市建设为着手点，阐述了海绵城市理念以及基于海绵城市理念的城市管道设计原则，分析了市政道路给排水管道建设的现状与不足，提出了一种在海绵城市理念中有关蓄水抗洪管道的设计方案，以达到及时清理输水管道中的沉积垃圾，有效避免输水管道堵塞，快速进行排水的目的。

关键词：海绵城市；给排水管道；蓄水抗洪管道设计

中图分类号：TU992  文献标识码：A  文章编号：1671-2064(2023)05-2024-03

0. 引言

  2013年底开幕的中央城镇化工作会议上，习总书记第一次提出了“海绵城市”的概念，即在城市内涝日趋严重、城市水资源日趋紧张的形势下，倡导城市与自然的和谐共生，多利用自然的力量，对城市雨水进行排放，收纳储存以及合理利用，将城市建设成为雨水自然积存渗透、自然净化、合理利用的“海绵城市”。从此，“海绵城市”正式进入了人们的视野^[1]。随后，住建部于2014发布了《关于推进海绵城市建设的指导意见》批文，并于2015年以及2016年相继开展了30多个城市的海绵城市试点工作，旨在全面地推进海绵城市的建设工作，增强城市防洪排涝能力，恢复城市水生态环境。

  在当前出现的众多城市地下排水难的背景下，“海绵城市”无疑提供了一剂良方，它也将是未来城市建设、城市更新的重要方向。而作为在海绵城市建设的一个组成部分，道路给排水管道构建了海绵城市的筋脉，道路给排水管道建设关乎着海绵城市建设的质量，显得尤为重要。

1.海绵城市概述

1.1海绵城市建设的紧迫性

  我国城市化进程的持续加快，各地面貌焕然一新，同时也带来了新的问题。一方面，如火如荼的城市建设中，城市下垫面硬化率不断增加，直接导致城市下垫面蓄渗性能减弱，随之而来的便是城市自然滞蓄雨水能力降低，原有的城市水生态系统被破坏；另一方面，人们追求经济利益固然无可厚非，却同时破坏了周围的生态环境，向有限的水资源任意排放污染物，直接导致我国水环境污染日益严重。与此同时，近些年来由于极端气候天气影响，国内许多城市洪涝灾害频发，我国传统的城市给排水系统在应对这些内涝洪灾时显然力有不逮，也无法有效缓解和改善城市水生态问题^[2]。

  城市水生态环境是一个综合问题，并已并呈日趋恶化之态，正严重制约着我国经济发展，威胁着人民的生命财产安全。只注重发展速度，不重视对自然的保护，这是造成城市水问题的根源。为此，政府提出了建设海绵城市的重大举措，统筹考虑雨水的留存与排出，统筹解决城市缺水与内涝问题。“海绵城市”建设已刻不容缓，实际上也是在为城市之前的激进式开发买单。

1.2海绵城市理念

  作为近年来兴起的城市发展建设新理念，海绵城市倡导城市应像“海绵”一样，对城市雨水进行吸纳收集，同时还可在适当时机释放。即在下雨的时候能够将雨水吸收、蓄存、净化、渗透，同时在适宜的时机将吸纳收集的雨水资源释放利用，特别是在适应诸如自然灾害等环境变化时具有良好的弹性，从而能达到“小雨时城市道路不积水、大雨时城市不发生内涝、城市水体不发生黑臭”的目标^[3]。

  世界发达国家有着许多先进的雨水管理经验，作为与国际接轨的中国理念，海绵城市的内涵大致包括如下：

  处理的焦点的还是城市雨水问题，包括但不限于诸如城市内涝问题、城市水资源利用问题、城市管道雨水径流污染问题以及城市合流制溢流污染问题等。

  源头减排优先，即优先从源头控制雨水径流，实现对雨水径流总量的削减和峰值流量的削减，尽可能减少城市开发建设对水文过程的影响。

  绿色设施优先，即利用天然的、修复的和人工建设的绿色基础设施，实现对雨水的自然积存、自然渗透、自然净化。

  “蓝绿灰”相结合，即在充分利用蓝绿空间的基础上，还要结合排水管网、泵站、调蓄池等必要的灰色措施，解决设防标准以内的暴雨内涝问题。

  系统治理，即综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等综合措施，统筹考虑雨水汇流到排放过程再到排入受纳水体的全过程，要做到“蓝绿灰”相结合。

  问题导向和目标导向相结合，海绵城市建设的主要目标是通过综合措施有效应对内涝设防重现期以内的强降雨，增强城市在应对气候变化和抵御暴雨灾害等方面的“韧性”，促进形成生态、安全、可持续的城市水循环系统。

1.3基于海绵城市理念的城市管道设计原则

1.3.1做好与自然衔接，新旧衔接

  “海绵城市”理念重点倡导的是城市与自然是一个生命共同体，因此与自然和谐共处乃是城市管道设计必须要遵循的重要原则，尽量保护好原有生态。而新的管道设计必然出现与旧有管道的衔接问题，如何在尽量保持旧有管道设计的基础上，将新管道无缝衔接，也是设计者要做的功课。

1.3.2良好的“渗、滞、蓄、净、用、排”设计

  “海绵城市”强调需要兼顾考虑从雨水的汇拢，到雨水的集中排放，再到雨水排入到环境水体中诸如河流、湖泊等，所以城市管道不但要设计好高效的水排放，还要考虑将来如何合理节约利用水资源，将水资源就近排入下沉绿地、池塘、湿地等“海绵体”中进行收纳。

2.市政道路给排水管道建设的现状与不足

  城市的排水系统是保证城市安全的重要组成部分，而其中的给排水管道建设更是重中之重。随着“海绵城市”建设的逐步推进，各大城市也开始了现有市政道路给排水管道建设的改造升级，对城市的防洪排涝也取得了一定的效果，但仍然存在不小的问题。

2.1管道缺乏管理维护

  首先，许多城市的一些给排水管道，存在使用年限过长，长期疏于管理维护的问题。积年累月之后，管道破损或已丧失功能，反而造成了雨水拥塞，路面大面积积水甚至漫上来大量脏臭废水，而且维修和更换的难度更大。其次，一些作业人员似乎更注重管道之上地面的维护工作和小修小补，孰不知地下管道才是给排水的重中之重。再次，缺乏专业的管道建设施工维护人员，毕竟市政道路给排水管道建设施工必须具备非常强的专业性。最后，由于垃圾和淤泥的沉积，造成管道堵塞，如果不及时维护处理，就会造成管道中排水不畅甚至堵塞，甚至很难及时定位垃圾堵塞的地点，造成了排查疏导的延误和难度。

2.2管道质量参差不齐

  管道是市政道路给排水的核心部件，它的质量关乎着整个给排水的效果。由于它埋在地下，承受地表和土壤的压力以及雨水垃圾土壤等的腐蚀，而且还与安装所在地的地形、地质、地表环境也有莫大关联，所以管道质量和规格要求高。如果在管材选择上不达标，或者管材检测不规范，甚至第三方检测造假，都会对整个给排水造成无法估量的损失。我们经常会看到城市中某些区域，一遇稍大的雨水，某些路段就会由于管道雨水泄露造成交通堵塞，甚至还由于管道质量问题，造成管道破裂以及路面下沉、塌方。

2.3管道设计不合理，缺乏对雨水资源的合理利用

  基于海绵城市理念的管道设计，不仅要注重雨水的排放，还要注重雨水的过滤和收集，达到缺水时能循环利用的水资源可持续发展。但许多城市的排水管道设计都是存在或多或少问题的，他们大都注重的是尽可能快速及时地将雨水排放掉这一传统模式，将排水管道设计得越大越好也是经常被应用于排水系统中，雨水排放得越多越快越好，尽量地保持各项越通畅越好，而到缺水期来临时，又得花大力气、高成本去找水，这其实是对水资源的极大浪费。由于在项目开始阶段没有进行深入的调研分析，而且在实际设计中，也没有从长远发展出发，进行统筹考虑和规划，由此给排水设计偏离了实际的设计标准以及设计要求，使得在实际运行中，城市水资源造成了严重的浪费，并且严重污染了城市周围的生态环境，根本无法体现对城市水资源进行合理的利用以及适当时机进行调节的作用^[4]。

3.一种基于海绵城市理念的新型蓄水抗洪管道设计

  蓄水抗洪管道，顾名思义，就是既能抗洪又能蓄水的管道。其设计的初衷是将城市过多的雨水资源进行排水并积蓄；而在缺水时又可将积蓄的水资源取出进行有效利用，对城市水资源实现了排洪蓄水的循环利用。但我们发现，在实际的实施过程中仍存在一些问题，比如蓄水抗洪管道在排水过程中，往往由于垃圾泥沙沉淀导致了堵塞，而且管道堵塞的地方难以定位并及时清理且清理难度大，导致堵塞越来越严重，久而久之使得蓄水抗洪管道丧失了原有功能，也间接影响了海绵城市建设的施工。

  基于此问题，本文提出了一种基于海绵城市建设施工的新型蓄水抗洪管道设计。

3.1新型蓄水抗洪管道设计方案

  新型蓄水抗洪管道整体设计如图1所示，由输水管道3和排水管2组成。其中，输水管道2掩埋于地下并与蓄水池导通连接，排水管3掩埋于地下，下端与输水管2垂直相连，上端出口与地面平齐。

 

图1 蓄水抗洪管道结构示意图

  输水管道2外围四周上设置有加固层1，同样位于地面之下；加固层中穿插设置有导管6，导管与输水管道2平行设置且导管位于输水管道的下方，导管的端部设置有加压喷水装置，上位机控制加压喷水装置运行。导管内设置有弹性防水密封线缆的信号线4，信号线的一端与监测模块信号连接，信号线的中部从加固层外部绕过并伸入排水管内，并延伸至上位机。

  输水管道的底部等间距设置有多组凹槽，凹槽上设置有多个与导管6相连通的排水孔；排水孔内设置有流量监测模块。

（1）导管6的端部设置有加压喷水装置，上位机控制加压喷水装置运行。上位机控制加压喷水装置喷水，加压后的水柱能够将排水孔疏通开，同时能够将沉积在输水管底部凹槽中的垃圾冲走，避免出现堵塞现象。

（2）输水管道的内部设置有检修平台5，检修平台的底部铺设有吸水砖，吸水砖对整个检修平台起到支撑作用，吸水砖能够吸收一部分水分，当输水管道内水位较低时能够保证检修平台上相对干燥，避免滋生青苔。

（3）本设计方案能够定时进行清理输水管道中的凹槽沉积垃圾，可避免输水管道的堵塞，方便地进行排水，使用更加方便。

3.2新型蓄水抗洪管道的具体实施方式

  如图2和图3所示，输水管道2的外周上设置有加固层1；加固层1中穿插设置有导管6，导管6与输水管道2平行设置且导管6位于输水管道2的下方；输水管道2与蓄水池导通连接。

  排水管3可以根据安装地点的路面情况设置多组且等间距设置，并与输水管道2相连通，排水管3的顶部设置有过滤盖板，初步过滤雨水污水中的垃圾，每个排水管的内部均设置有人梯31，方便作业人员及时进入输水管内检修。

  输水管道2的内部设置有检修平台5，共有两组，分别设置在输水管道2两侧，两组中间正好是用于排水的沟渠。在图2中我们可以看到，检修人员可从经排水管3进入作业，首先通过揭开顶部地面上的盖板，沿人梯31往下进入输水管道2内，径直到达两侧检修平台5后，沿检修平台一路查看检修输水管道2内不同位置出现的问题。从检修人员的安全出发，整个检修平台5的底部都设计铺设有吸水砖51，它除了对检修平台起到进一步的加固支撑作用外，还能吸收底部相当一部分的水分，尤其在输水管道水位较低时，能够保持整个检修平台的相对干燥，这样就相对不容易生长青苔，进一步保护了检修人员作业的安全。

  多组长方形凹槽7等间距均匀分布在输水管道2底部。长方形凹槽7中通过设置有多个圆形排水孔71与导管6相连通；在排水孔71内部放置流量监测模块，通过导管6内部的信号线4，一端与流量监测模块连接，另一端绕出加固层1外并伸入到排水管3内，一直延伸到地面与上位机相连。导管6端部设计了可由上位机控制的加压喷水的装置。一旦排水孔71内部的流量监测模块监测到堵塞，会及时将数据报告给上位机，上位机向加压喷水装置发出指令喷水，此时排水孔71被加压后的水柱疏通开，同时凹槽7中的沉积物被冲走，有效解除了输水管的堵塞现象。

 

    图2 蓄水抗洪管道结构剖面图       

图3 蓄水抗洪管道结构侧视图

  本方案的具体操作流程如下。

（1）城市道路上的雨水流经排水管3地面端的盖板，沿盖板导流口下渗入输水管道2，同时排水管3的地面端盖板还能够有效地过滤雨水中夹带的一些垃圾杂质，减少了向输水管道2排放的垃圾。

（2）在输水管道2的各处，沿途就近与人工沟渠、池塘、河流、湖泊导通连接，雨水被分流至这些蓄水地进行积蓄并留待之后有效利用。

（3）多组长方形凹槽7等间距均匀分布在输水管道2底部如图3所示，同时凹槽7底部均匀分布多个圆形排水孔71如图2所示，与加固层底部的导管6连通。在蓄水抗洪管道运行一段时间后，由于输水管道2承担着排水的任务，慢慢会有泥沙和各种垃圾在底部沉积下来，填满凹槽7。而排水孔71设置有流量监测电子模块，它会定时启动并监测凹槽7甚至输水管2中的水流量，如果凹槽7中的水流量低于某一个阈值，可以判断该段输水管2已出现堵塞，流量监测电子模块会及时将数据上传上位机并告警。

（4）图3所示的导管6端部设计了可由上位机控制的加压喷水的装置，当上位机收到堵塞告警信息后，可设置手动或自动开启加压喷水功能，加压喷水装置收到指令，立即加压喷水将相应的排水孔71疏通开，从而上部凹槽7中的淤泥和垃圾也在水压下被冲走，从而起到了疏导的作用，及时确保了输水管道2的畅通。

4. 结语

  将海绵城市理念应用于此新型蓄水抗洪管道的设计实施中，能及时清理输水管道中的沉积垃圾，有效避免输水管道的堵塞，方便进行排水。近年来，在政府的大力宣传和推进下，“海绵城市”的技术开发和建设都取得了可喜的成果。不仅在净化城市生活环境、美化城市形象品质方面，“海绵城市”发挥了重要作用，更是在提升城市居民幸福指数方面成效显著。如果将“海绵城市”建设看作是对以往不成熟发展模式的扭转，或许，这一伟大的事业将在更加宽松的环境下加快推进。但环境问题的形成并非一朝一夕，向这些问题宣战，要有打持久战的耐心，所以海绵城市建设是一项复杂的、多目标融合的系统性工程，既不能一蹴而就，也不能一劳永逸。它既是我们共同的目标，也需我们全体人民共同努力去建设和维护。

参考文献

[1] 郭宇.太原市“海绵城市”建设中存在的问题及合理化建议[J].四川水泥,2022,(10):101-105.

[2] 陈朋铭.下垫面蓄水性与海绵城市功能评价初步研究[D].桂林:桂林理工大学,2021.

[3] 郑珊,邹弘晖,唐郁婷,等.武汉海绵城市的公众认知调研[J].中国农村水利水电,2022,(11):118-123.

[4] 李明,焦露慧.市政给排水管道工程设计研究[J].工程技术研究, 2022,7(10):215-217.

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