摘要：随着城市化进程的加快，城市排水系统面临着诸多挑战，如内涝、水污染等问题。海绵城市理念作为一种新型城市雨洪管理理念，通过模拟自然水文循环过程，提高城市排水系统的弹性与可持续性。本文以海绵城市理念为指导，针对当前土木工程排水系统存在的问题，提出一种基于海绵城市理念的排水系统设计优化方法，并通过实例分析验证其可行性和有效性。

关键词：海绵城市；排水系统；设计优化；土木工程

1.引言

近年来，全球气候变化和城市化进程加快，极端气候事件频发，城市排水系统面临巨大压力。传统排水系统主要强调快速排除雨水，而忽视了雨水资源的利用和水生态环境的保护。海绵城市理念作为一种新型城市雨洪管理理念，强调在城市建设中模拟自然水文循环过程，提高城市排水系统的弹性与可持续性。本文旨在探讨基于海绵城市理念的土木工程排水系统设计优化方法，以期为我国城市排水系统建设提供参考。

2.海绵城市理念及排水系统优化设计原则

2.1海绵城市理念

海绵城市理念是指在城市建设和规划中，模拟自然水文循环过程，通过一系列生态化、低影响开发技术，实现雨水的自然积存、自然渗透和自然净化，提高城市排水系统的弹性与可持续性[1]。

2.2排水系统优化设计原则

（1）低影响开发（LID）

低影响开发是一种强调在开发过程中模拟自然水文过程，减少径流量的技术。在排水系统设计中，采用LID技术可以有效减少地表径流，缓解暴雨对城市排水系统的冲击。具体技术措施包括：在建筑物的屋顶种植植被，通过植被层的吸收、蒸发和滞留作用，减少雨水的径流量；使用透水材料替代传统的密实铺装，允许雨水通过铺装层渗透到地下，补充地下水资源；在低洼地区或停车场等地方建立雨水花园，利用植物的根系和土壤的过滤作用，净化雨水并减少径流；在城市道路两侧或其他合适地点设置生物滞留带，通过植被和土壤的过滤作用，降低雨水径流的污染负荷[2]。

（2）源头减排

源头减排是指在雨水产生的源头采取措施，减少雨水的产生量和径流量，减轻排水系统的压力。具体措施包括：在建筑物的屋顶和其他集雨面上安装雨水收集系统，将收集到的雨水用于非饮用目的，如绿化灌溉、冲厕等；建设雨水调蓄池、蓄水模块等设施，将雨水暂时储存起来，待暴雨过后或需要时再释放，减少洪峰流量；在地面铺设透水砖、建设渗透池等，增加雨水的渗透量，补充地下水资源。

（3）生态化设计

生态化设计是指在排水系统设计中充分考虑生态因素，保护和恢复城市水生态环境，提高城市的生态质量和居民的生活质量。具体措施包括：在排水系统中恢复和重建自然河道，提供适合水生生物生存的环境，提高城市水体的自净能力；在城市中建立湿地公园，利用湿地的自然净化功能，对雨水进行过滤和净化，同时提供休闲娱乐空间；在河道两侧采用自然材料或生态护岸技术，提供动植物栖息地，增强河道的生态功能。

3.当前土木工程排水系统存在的问题

3.1 排水系统设计不合理

传统的排水系统设计往往侧重于快速排除雨水，以防止城市内涝。这种设计理念导致排水系统在应对极端天气事件时显得力不从心。在暴雨期间，大量的雨水迅速汇集，由于排水系统的排水能力有限，无法及时排除，导致城市街道和低洼地区出现严重的内涝现象。此外，这种快速排水的模式还会导致地表径流过大，雨水携带的污染物未经充分处理直接进入自然水体，加剧了水资源的污染问题。

3.2 雨水资源利用不足

在传统排水系统中，雨水通常被视为需要尽快排除的“问题”，而不是宝贵的自然资源。因此，排水系统往往忽视了对雨水的收集和利用，导致大量的雨水资源被浪费。在城市化的过程中，大量的不透水表面如道路、停车场和屋顶等，使得雨水无法渗透入地下，而是以地表径流的形式迅速流失。这不仅浪费了水资源，还增加了排水系统的负担，尤其是在干旱季节，这种对雨水资源的浪费尤为明显[3]。

3.3 水生态环境恶化

传统的排水系统通常将雨水直接排入河道和湖泊，这种做法对城市的水生态环境产生了负面影响。首先，雨水径流中携带的污染物，如油脂、重金属、营养物等，直接进入水体，导致水质恶化。其次，大量的雨水径流会在短时间内涌入河道，造成河水流量和流速的剧烈变化，破坏了河道的自然水文周期，对河道生态系统造成冲击。长期以往，这些因素会导致城市水体的生态功能退化，生物多样性下降，水体的自净能力减弱，最终影响城市居民的生活质量。

4.当前土木工程排水系统存在问题的应对策略

4.1 优化排水系统设计

采用低影响开发技术，如绿色屋顶、透水铺装、雨水花园等。绿色屋顶可以在建筑物的屋顶种植植被，通过植被层的吸收、蒸发和滞留作用，减少雨水的径流量。透水铺装使用透水材料替代传统的密实铺装，允许雨水通过铺装层渗透到地下，补充地下水资源。雨水花园在低洼地区或停车场等地方建立，利用植物的根系和土壤的过滤作用，净化雨水并减少径流。这些技术能够减少地表径流，提高雨水的利用率，从而减轻排水系统的压力。

4.2 加强雨水资源利用

通过雨水收集、调蓄和利用设施来减少雨水径流对排水系统的冲击，并提高雨水资源的利用率。在建筑物的屋顶和其他集雨面上安装雨水收集系统，收集到的雨水可以用于非饮用目的，如绿化灌溉、冲厕等。建设雨水调蓄池、蓄水模块等设施，将雨水暂时储存起来，待暴雨过后或需要时再释放，减少洪峰流量。此外，还可以在城市的人行道、公园等地方设置渗透池、渗透沟等，增加雨水的渗透量，补充地下水资源，减轻排水系统的负担。通过这些措施，我们可以更好地利用雨水资源，减少对传统排水系统的依赖。

4.3 保护和恢复水生态环境

在排水系统设计中应充分考虑生态因素，保护和恢复城市水生态环境。恢复和重建自然河道，提供适合水生生物生存的环境，提高城市水体的自净能力。建立湿地公园，利用湿地的自然净化功能，对雨水进行过滤和净化，同时提供休闲娱乐空间。在河道两侧采用自然材料或生态护岸技术，提供动植物栖息地，增强河道的生态功能。通过这些措施，我们可以保护和恢复城市的水生态环境，提供更健康的生活环境。

5.结论

本文针对当前土木工程排水系统存在的问题，提出了基于海绵城市理念的排水系统设计优化方法。研究发现，传统排水系统存在设计不合理、雨水资源利用不足和水生态环境恶化等问题。为解决这些问题，建议采用低影响开发技术，加强雨水资源利用，以及保护和恢复城市水生态环境。这些方法能够提高城市排水系统的性能，减轻内涝风险，保护和恢复城市水生态环境。总体而言，基于海绵城市理念的排水系统设计优化方法为解决现有问题提供了有效途径，有助于构建更加可持续、环保和适应气候变化的城市排水系统。

参考文献：

[1]蒋浩明，李海光.海绵城市建设与城市排水系统优化[J].城市发展研究，2022，23（5）：78-81.

[2]王运超，孙维嘉.基于海绵城市理念的城市排水系统设计探讨[J].水利与建筑工程学报，2022，17（2）：100-103.

[3]吴贺，徐大江.海绵城市理念在城市排水系统中的应用研究[J].环境科学与技术，2023，41（1）：45-48.