一、总论

随着城镇化高速发展的步伐，我国现阶段在城市排水系统的建设中已取得了很大成效。然而，过度开发和城市建设发展带来的硬质铺装多等问题，导致城市土地下垫面过度硬化，不仅改变和破坏了城市的自然生态的原有状态，同时还带来了洪涝灾害等问题，导致传统城市排水系统的排水能力受到极大的挑战。因此，改进完善的城市排水系统至关重要。在城市化建设空间的控规下，可以通过把“海绵城市”的理念融入城市排水系统的方式，来提升现状单一的城市排水系统：在排水系统中建设低影响开发设施，促进水资源循环利用，有效地应对环境变化和不同类型的雨洪事件，同时实现雨水在城市中的自由迁徙。

“海绵城市”建设工程是在施工建设中，充分发挥建筑、道路和绿地、水系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，让地块像海绵一样适应下垫面和环境变化。同时，利用不同排水设施及其组合进行科学合理的平面与竖向设计，建成有效地吸水、蓄水、渗水、净水、排水的基础设施，以应对短时暴雨造成的洪涝破坏，让地块具有良好的“弹性”，雨停时又可将蓄存的雨水“释放”并加以利用。城市海绵化改造可最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响。建设海绵型建筑、海绵型校区、海绵型道路、海绵型绿地以及排水和调蓄等相关基础设施，将进一步统筹实施水系保护与生态修复，极大地增强城市防涝能力。进一步牢固树立绿色发展的理念，改善城市生态环境,增强城市防涝能力，扩大公共产品的有效投资，提高新型城镇化质量。

二、基本原则

(一)坚持生态为本、自然循环。

在设计建设“海绵城市”时应充分发挥山水林田湖等原始地形地貌对降雨的积存作用,充分发挥植被、土壤等自然下垫面对雨水的渗透作用,充分发挥湿地、水体等对水质的自然净化作用。在确保城市现有排水防涝安全的前提下,最大限度地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化,促进雨水资源的利用和生态环境保护。

(二)坚持规划引领、因地制宜。

各级政府机关在建设“海绵城市”时应科学设计海绵城市建设大纲及应严格实施相关规划,完善技术标准规范,全面落实海绵城市建设理念,突出城市规划的引导调控作用。同时，应综合考虑城市的自然条件、水资源状况以及社会经济发展条件等因素,因地制宜、科学合理确定海绵城市建设目标和相关控制指标。

(三)坚持统筹建设、分类实施。

应根据各城市降雨量的不同,来对海绵城市建设进行分类指导,统筹低影响开发雨水管渠设施和超标雨水控制设施建设。

（四）规划建设应具有前瞻性和全面性

海绵城市建设作为城市水系统的重要治理模式，是城市生态文明建设的重要组成部分。因此，海绵城市应当体现对城市洪涝、水资源、水环境、水生态问题的系统考虑和综合治理，在适应环境变化方面具有良好的弹性和抗压性。作为城市发展战略，海绵城市要引领未来水系统治理乃至城市建设，要有前瞻性和全面性。

三、设计指标

（1）针对本次海绵化排水系统的改造来说，地表净流量控制率是主要的成果衡量指标之一。因此，为了评估海绵化改造给单一的现状排水系统是否可以起到提高径流量控制率的作用，需要建立径流总量控制率模型。同时，根据现状管网探测成果（CCTV），在模型中设置雨水管网。其中，设置的数据包括重要节点井位、埋深、管径、管道敷设深度、坡度等。各汇水分区内的子汇水分区节点定为各地块接入市政道路旁的雨水管网的雨水井。

（2）年径流总量控制率：是指通过自然和人工强化的渗透、集蓄、利用、蒸发、蒸腾等方式，场地内累计全年得到控制的雨量占全年总降雨量的比例。

（3）根据《海绵城市建设技术指南-低影响开发雨水系统构建（试行）》对年径流总量控制率提出的统一要求，分别得到各城市年径流总量控制率及其对应的设计降雨量值关系。基于数据分析，将我国大陆地区大致分为五个区，并给出了各区年径流总量控制率α的最低和最高限值，即：

I区(85%≤α≤90%)II区(80%≤α≤85%)

III区(75%≤α≤85%)IV区(70%≤α≤85%)

V区(60%≤α≤85%)

各地应参照此限值，因地制宜的确定设计地区径流总量控制目标。

（4）雨洪地下排蓄通道应兼具雨洪调控和水质净化功能，实现水量水质双控制。地下雨洪调蓄设施不仅是重要的径流调蓄设施，而且可以具有水环境改善功能。

四、“海绵城市”总体设计方案

“海绵城市”建设的核心是城市水安全，即通过海绵体的建设，提高城市防洪能力、改善水环境、提升水资源的保障能力。因此，在进行“海绵城市”总体设计方案过程中要高度重视气候变化、快速城镇化背景下的城市极端降雨、产汇流规律、洪水演进、水生态以及水环境等因素的演变情势分析和研究，为海绵城市建设提供坚实的科技支撑。

1、海绵城市建设目标

图一海绵化城市的概念

海绵化城市建成项目效果能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，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。从“快排”到“慢排”“少排”到“利用”的可持续生态城市原理。

“海绵城市”实际上是一种城市建设模式的转变。传统的城市建设模式主要依靠管渠、泵站等“灰色基础设施”来组织排放径流雨水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要的设计原则，而海绵城市则强调优先利用植草沟、雨水花园、生物滞留池、下沉式绿地等生态基础设施来组织排放径流雨水，以“慢排缓释”和“源头分散”控制为主要设计理念，强调采用低影响开发技术，合理利用雨洪资源、有效控制雨水径流，从而建立水资源与城市协调发展的模式。“海绵城市”是一个生命的系统，用来综合地、系统地、可持续地来解决水问题，提供人类生活所需求的生态系统服务，是城市发展的刚性骨架。从水安全格局到水生态基础设施，不仅维护城市雨涝调蓄、地下水回补、雨污净化、土壤净化，还能使地表径流量保持不变。

2、海绵城市总体设计

本项目的综合雨量径流系数φ参照《室外排水设计规范》和《雨水控制与利用工程设计规范》进行加权平均计算，各不同下垫面的雨水径流系数如下表所示：

表一径流系数

3、海绵城市的构成

海绵城市利用低影响开发雨水系统，使得场地开发前后的水文特性保持不变，达到有效削减雨水径流流量、暴雨洪峰流量，减少雨水径流污染的目的。

1、绿色屋顶

绿色屋顶，也叫种植屋面、屋顶绿化等。它是指在不同类型的建筑物、立交桥、构筑物等的屋面、天台或者露台上种植花草树木，保护生态，营造绿色空间的屋顶。

1.1绿色屋顶的构造

绿色屋顶由建筑屋顶的结构层、防水层、保护层、排水层、隔离滤水垫层、蓄水层和种植基质、植被层组成，如下图所示。

图二绿色屋顶结构图

（1）根阻层

根阻层位于屋面结构层的上部，通常位于混凝土屋面或沥青屋面之上。植物的根系随着逐步的生长，向土壤深处汲取水分、养料等，若无根阻层的保护，植物的根系容易穿透防水层，对屋顶结构造成破坏。因此，根阻层是建设绿色屋顶的基础。若屋顶发生渗漏，则结构层上的所有层均需清除，逐一排查，直到找到渗漏点。根阻层通常有两种：物理层和化学根阻层。

（2）排水层

排水层的作用，可以防止植物根系淹水，同时迅速排出多余的水分，可与雨水排水管道相结合，将收集到的瞬时雨水排出，减轻其他层的压力。绿色屋顶类型的选择、气候条件和屋顶材料等是决定排水层类型的关键因素，建议选用轻而薄材料。

（3）隔离滤水垫层

隔离滤水垫层的目的是防止绿色屋顶土壤中的中、小型颗粒随着雨水流走，同时防止雨水排水管道堵塞。

（4）蓄水层

蓄水层，可以控制雨水的径流总量，蓄存适量雨水，维持屋顶植被的生长。由于屋顶结构荷载的限制，蓄水层的厚度与土壤的饱和度、种植植被的类型和屋顶材质等相关联。蓄水层安装在过滤层上部，主要由聚合纤维或矿棉组成。

（5）种植基质层

基质层主要为植被供应营养物质、水分等，提供屋顶植物生活所必须的条件。同时，基质层应当具有一定的渗透性和空间稳定性，使得雨水可以及时的排出，避免水淹，也为植被的生长提供比较有利的空间。基质层对屋面的影响最为突出，故需考虑定期的维护或更换屋面植被。种植基层通常选取浮石、炉渣、膨胀页岩等密度小、耐冲刷、孔隙度较高的天然或人工石材，通过与土壤有机的混合，来达到土质的优化。

（6）植被层

植被层要选取抗风能力较强、抗寒抗旱能力强，无需过多修剪的植物。具体可参考《种植屋面工程技术规程》。

2、透水铺装

透水铺装是指将孔隙率较高、透水性较好的材料应用于道路路面。它可以使雨水进入透水铺装的内部，贮存适量的雨水或随内部的排水管道排出，减少洪峰流量，削减径流系数。

（1）透水混凝土

透水混凝土又称多孔混凝土，透水地坪。其是由碎石、水泥、胶结剂、颜料和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，具有透气、透水和重量轻的特点，也可称无砂混凝土。

（2）透水悬浮地板

悬浮式拼装地板也称组合式运动地板，采用成熟的高强度聚丙烯环保材料，有效解决地板热胀冷缩问题的同时还具有稳定的表面摩擦。防滑的表面可有效防止运动损伤，良好的球回弹性能和球速保证了地板卓越的运动性能。（3）透水铺装构成

①土基

作为整个透水铺装结构的最底层，土基对透水性的好坏及整个结构都具有重要的影响。下雨后，雨水会透过面层至土基部分，在土基处长期滞留，其在水和路面荷载的作用下，容易失去稳定性和结构的整体强度。因此，土基受水和荷载的影响很大，应根据土壤的类型、渗透特性及施工工艺等多方面因素进行铺装。

②垫层

垫层是位于基层和土基中间的结构层。它的主要作用是防止雨水等渗透入基层，减少对土基结构的破坏。垫层的材料通常选取粗砂、中砂或具有小粒径的碎石等。有时，垫层也可以采用透水土工布来代替。

③基层

基层是透水铺装最重要的环节，是贮存雨水的关键部分。基层作为汇集雨水或短时贮存，必须具有较大的孔隙率，因此细骨料的用量较少。对于车行道、停车场等需要承受车辆荷载的地段，基层还有一个重要的作用，即承受上部面层传递的荷载。因此，设计时，应注意基层的承载力。

④过滤层

在基层的顶面上部需要设置过滤层（或称找平层）。过滤层主要起到两个作用，一是可以使基层上部平整，使得面层的结构承受荷载均匀，二是可以过滤到面层的较大颗粒物及污染物质，防止基层孔隙被堵塞，影响雨水的下渗。

⑤面层

透水铺装的面层是与雨水、大气等直接接触的结构层，并直接承受道路荷载。面层必须具有坚实和平整的特点，同时要具有一定的透水特性。这就需要面层既要选取厚度合适，具有一定强度的材料，又要注重材料的孔隙率等，从而保证面层达到较好的施工要求。

3、植草沟

植草沟又称为植被浅沟，是一种种植有植被的具有景观欣赏性的地表沟渠，它可以通过重力流收集、转输和排放雨水。植被浅沟既是一种径流传导的设施，同时，也可以与低影响开发的其他设施一起，输送径流雨水并且收集、净化雨水。因此，植被浅沟根据构造的不同，共分为干式植被浅沟、湿式植被浅沟和转输型植被浅沟三种。

①转输型植草沟是最简单的一种植草沟，它是开阔的、耐冲刷的浅植物型沟渠。转输型植草沟将集水区的径流雨水进行疏导并进行预处理，是一种成本低、维护简单的收集雨水的方式。转输型植草沟主要应用于高速公路周边。

②干式植草沟，沟底采用了透水性较好的土壤过滤层，同时在沟渠底部铺设了雨水转输的管道，将提高了雨水的渗透、传输、滞留和净化能力，减小了水淹对植被的损害，提高了雨水的利用效果。

③湿式植草沟与转输型植草沟类似，但其增加了堰板等，水力停留时间有所提高，故该类型植草沟可以长时间的保持湿润或水淹状态。湿式植草沟可用于高速公路排水系统或小型的停车场等地。

综上所述，海绵城市建设应始终坚持低影响开发为先的理念，而低影响开发措施具有重要的社会效益。在进行海绵城市建设中低影响开发措施应力求开发前后的水文特征保持一致，这将有力的减少了城市内涝的发生频率，为人们的出行和生活提供了便利，减少了因城市内涝所发生的人员伤亡等，提高了人们出行的安全性。同时，海绵城市建设中低影响开发措施减少了路面的积水，保证了道路的安全性，也延长了道路的寿命。同时，将大大增强了人们对于环境与雨水利用的认识，具有重要的社会意义。