海绵城市建设的核心逻辑是通过 “渗、滞、蓄、用、排” 五位一体的技术体系,从源头减少雨水径流,缓解城市内涝压力。然而,在实际推进中,部分城市将海绵设施与传统防洪排水系统视为 “独立工程”—— 小区内的透水铺装、绿色屋顶仅解决局部积水,却未与市政管网衔接;河道的生态缓冲带未考虑与泵站抽排能力匹配,导致暴雨时 “源头减排不足、末端排涝过载”,或 “海绵设施蓄水饱和、排水系统闲置” 的脱节问题。例如,某城市新建片区虽铺设了大量透水路面,但因周边市政管网仍沿用旧有管径,降雨超过渗透能力后,雨水无法及时排入管网,反而导致片区积水;另一城市的人工湿地虽具备蓄水功能,却未与防汛系统联动,暴雨时湿地蓄水满溢,而下游泵站仍按常规流量抽排,造成资源浪费。因此,实现城市防洪排水与海绵设施的联动设计,让 “源头减排” 与 “末端排涝” 形成闭环,是破解海绵城市建设 “重形式、轻实效” 的关键。
海绵设施与防洪排水系统脱节的核心表现:为何协同难落地?
海绵设施与传统防洪排水系统的脱节,本质是 “规划目标不统一、技术标准不兼容、数据信息不互通、运维管理不同步” 导致的 “两张皮” 现象,具体表现为三个维度的矛盾,直接削弱了城市整体防洪排涝能力。
矛盾一:规划层面 “各管一段”,空间布局不协同
部分城市在规划时,海绵设施多由住建部门负责,聚焦 “片区内源头减排”(如小区、道路的海绵改造);传统防洪排水系统由水务、应急部门负责,聚焦 “跨区域末端排涝”(如河道、泵站、管网),两者规划范围、目标不同,导致空间布局脱节。例如,某城市在新区规划中,将海绵设施集中布局在居住区,却未考虑居住区雨水经渗透、滞蓄后,剩余径流需排入的市政管网管径是否匹配 —— 居住区海绵设施削减了 40% 的径流,但下游管网仍按原设计流量建设,暴雨时削减后的径流仍超过管网承载能力,导致新区内涝;另有城市在河道两侧建设了生态缓冲带(海绵设施),却未与河道防洪堤的标高衔接,缓冲带蓄水高度低于防洪堤,暴雨时无法辅助防洪堤拦蓄洪水,反而因缓冲带积水倒灌至周边道路。
这种 “各管一段” 的规划模式,还导致海绵设施与排水系统的 “时空错配”:海绵设施的蓄水能力按 “5 年一遇” 降雨标准设计,而排水系统按 “10 年一遇” 标准建设,暴雨强度超过海绵设施承载能力时,大量雨水快速涌入排水系统,导致排水系统短时过载;反之,小雨时海绵设施已将雨水渗透、蓄存,排水系统长期闲置,造成设施资源浪费。
矛盾二:技术层面 “标准不一”,功能衔接不顺畅
海绵设施与传统防洪排水系统的技术标准、设计参数不统一,导致功能无法顺畅衔接。在径流计算上,海绵设施采用 “年径流总量控制率” 作为核心指标(如某城市要求控制率≥75%),计算的是长期降雨的径流削减效果;而排水系统采用 “暴雨强度公式” 计算短历时强降雨的排水能力(如 “1 小时降雨量 50mm” 的排水需求),两者计算逻辑不同,导致海绵设施削减后的径流无法精准匹配排水系统的承载能力 —— 例如,海绵设施按年径流总量控制率 75% 设计,却未明确 “1 小时强降雨” 时的瞬时径流削减量,排水系统仍按未削减的径流设计,造成管网管径过大,增加建设成本。
在设施技术参数上,两者也存在兼容问题:海绵设施的雨水花园、渗透塘,其出口排水坡度、流量控制阀门的设计标准,与市政管网的接入标准不统一,导致雨水花园排出的雨水无法顺畅流入管网,出现 “设施内积水、管网外闲置”;传统排水系统的雨水篦子、检查井未考虑海绵设施的径流特性,仍按 “快速收集” 设计,而海绵设施排出的雨水流量小、水质好,无需快速收集,反而因雨水篦子间距过密,导致海绵设施周边土壤流失。
矛盾三:运维层面 “信息孤岛”,调度响应不及时
海绵设施与传统防洪排水系统的监测数据、运维信息不互通,导致无法根据实时降雨情况动态调度两者的功能。多数城市的海绵设施仅配备简单的液位传感器,监测自身蓄水情况,数据未接入城市防汛调度平台;而排水系统的泵站、管网监测数据,也未反馈给海绵设施的运维团队。例如,暴雨时海绵设施的蓄水已达饱和,却未及时通知排水系统开启泵站加大抽排,导致海绵设施积水溢出;反之,排水系统监测到管网流量骤增,却不清楚是海绵设施超载还是降雨强度过大,无法针对性调整抽排策略。
运维管理的不同步还体现在设施维护上:海绵设施需定期清理雨水花园的植被、渗透塘的泥沙,以保证渗透、蓄存能力;而排水系统需定期疏通管网、检修泵站,两者维护周期、责任主体不同,导致海绵设施因维护不及时渗透能力下降,大量雨水涌入排水系统,增加排水系统运维压力;或排水系统因管网堵塞,无法及时排出海绵设施溢出的雨水,形成恶性循环。
联动设计的实现路径:从 “规划协同” 到 “运维一体”
要实现城市防洪排水与海绵设施的高效联动,需构建 “规划协同、技术衔接、数据互通、运维一体” 的完整体系,让 “源头减排” 与 “末端排涝” 形成闭环,最大化发挥两者的协同效益。
第一步:规划协同 —— 统一 “空间布局” 与 “目标标准”
规划是联动设计的基础,需打破部门壁垒,将海绵设施与传统防洪排水系统纳入 “一体化规划”,统一空间布局、目标标准与建设时序。
在空间布局上,需根据城市地形、降雨特征,构建 “源头 - 中途 - 末端” 三级联动的防洪排涝体系:“源头” 以海绵设施为主,在居住区、道路、公园等区域,布局透水铺装、绿色屋顶、雨水花园等,削减初期径流;“中途” 以海绵型排水设施为主,将传统的雨水管网改造为 “渗透型管网”(如带孔管网、碎石盲沟),在管网沿线布局调蓄池、生态缓冲带,进一步滞蓄、渗透雨水;“末端” 以传统防洪排水系统为主,通过河道、泵站、防洪堤等,将中途未处理的雨水安全排出。例如,某城市在流域规划中,将源头海绵设施(居住区透水铺装)、中途调蓄池(管网沿线生态塘)、末端泵站(河道出口泵站)串联,形成 “渗透 - 滞蓄 - 排放” 的完整路径,确保雨水在每个环节都能得到有效处理。
在目标标准上,需统一两者的设计指标,建立 “年径流总量控制率” 与 “排水能力” 的对应关系。例如,某城市通过数据分析,确定 “年径流总量控制率 75%” 对应 “1 小时降雨量 50mm” 时的瞬时径流削减率为 40%,据此将排水系统的设计流量按 “未削减径流 ×60%” 调整,确保海绵设施削减后的径流能精准匹配排水系统的承载能力;同时,明确海绵设施的蓄水能力需与排水系统的调度周期衔接 —— 海绵设施的最大蓄水时长按 “排水系统响应时间 + 抽排时间” 设计(如排水系统需 2 小时完成抽排,则海绵设施需能蓄水 2 小时),避免暴雨时海绵设施过早满溢。
在建设时序上,需坚持 “海绵设施优先、排水系统配套” 的原则:新建片区先建设海绵设施,再根据海绵设施的径流削减效果,配套建设相应规模的排水系统;老旧片区改造时,同步推进海绵设施改造与排水系统升级,例如,在改造老旧小区透水铺装的同时,将周边市政管网管径从 DN300 升级至 DN400,确保海绵设施无法削减的径流能顺畅排出。
第二步:技术衔接 —— 优化 “设施接口” 与 “功能协同”
技术衔接是联动设计的核心,需通过优化设施接口、协同功能设计,确保海绵设施与排水系统能顺畅配合,发挥 1+1>2 的效益。
在设施接口优化上,需制定统一的 “海绵设施 - 排水系统” 接入标准。例如,雨水花园、渗透塘的出口,需设置与市政管网匹配的流量控制阀门与过滤装置 —— 阀门的口径、开启压力需与管网的设计流量匹配,确保雨水花园排出的雨水能稳定流入管网;过滤装置需采用 “格栅 + 滤网” 组合,防止海绵设施中的泥沙、植被碎屑进入管网,造成堵塞。传统排水系统的雨水篦子、检查井,也需针对海绵设施的径流特性优化设计:雨水篦子的间距可适当加大(如从 20 米 / 个调整为 30 米 / 个),避免过度收集雨水;检查井内增设渗透层,对海绵设施排出的雨水进一步渗透,减少进入管网的水量。
在功能协同设计上,需让海绵设施与排水系统形成 “互补联动”。一是 “蓄排联动”:在海绵设施(如人工湿地、调蓄池)与排水系统的连接管路上,安装智能流量控制阀与液位传感器,当海绵设施蓄水达到 80% 时,传感器触发阀门开启,将多余雨水排入排水系统;同时,排水系统的泵站根据海绵设施的排水流量,自动调整抽排功率 —— 海绵设施排水流量大时,泵站加大抽排功率;流量小时,泵站降低功率,实现节能运行。例如,某城市的人工湿地与下游泵站联动,湿地蓄水达 80% 时自动排水,泵站通过接收湿地的排水流量数据,将抽排功率从 50% 提升至 100%,确保湿地排水不积压。
二是 “防洪联动”:将海绵设施纳入城市防洪体系,辅助传统防洪设施发挥作用。例如,在河道防洪堤外侧布局生态缓冲带(海绵设施),缓冲带的标高低于防洪堤 0.5 米,平时作为绿地渗透雨水,暴雨时作为 “临时防洪缓冲区”,拦蓄部分洪水,减轻防洪堤的压力;同时,缓冲带内设置溢洪通道,当洪水超过缓冲带承载能力时,通过溢洪通道引入下游泵站,避免洪水倒灌。某城市在河道治理中采用此设计,暴雨时生态缓冲带拦蓄了约 20% 的洪水,防洪堤的防洪压力显著降低,同时减少了泵站的抽排水量。
第三步:数据互通 —— 构建 “一体化监测调度平台”
数据互通是联动设计的 “神经中枢”,需构建覆盖海绵设施与传统防洪排水系统的 “一体化监测调度平台”,实现数据实时共享、动态调度。
在监测数据采集上,需为两者配备统一标准的监测设备:海绵设施需安装液位传感器(监测蓄水深度)、渗透速率传感器(监测渗透能力)、径流流量计(监测排出流量),数据采集频率不低于 5 分钟 / 次;传统排水系统需安装管网液位传感器(监测管网水位)、泵站运行状态传感器(监测抽排流量、功率)、河道水位传感器(监测洪水水位),数据采集频率与海绵设施保持一致。所有监测数据通过 4G/5G 网络实时上传至一体化平台,确保平台能全面掌握两者的运行状态。
在平台功能设计上,需具备 “数据融合分析、动态调度指令下发、应急预警” 三大核心功能:“数据融合分析” 功能可结合实时降雨数据(如降雨量、降雨强度),分析海绵设施的径流削减量、蓄水剩余能力,以及排水系统的当前承载能力,判断是否存在 “海绵设施超载”“排水系统过载” 的风险;“动态调度指令下发” 功能可根据分析结果,自动向海绵设施、排水系统下发调度指令 —— 例如,当预测降雨量将超过海绵设施承载能力时,平台提前指令海绵设施开启排水阀门,腾空部分蓄水空间;同时指令排水系统开启备用泵站,提升排水能力。
“应急预警” 功能可针对极端降雨情况,联动两者发布预警:当海绵设施蓄水达 90%、排水系统管网水位超警戒水位时,平台触发橙色预警,通知周边区域做好防涝准备;当海绵设施溢洪、排水系统泵站故障时,触发红色预警,联动城市防汛系统启动应急响应(如封堵低洼路段、疏散人员)。例如,某城市的一体化平台在一次暴雨中,通过分析海绵设施的蓄水数据与排水系统的管网水位数据,提前 30 分钟预测到某片区将出现内涝,立即指令该片区海绵设施开启全部排水阀门,同时指令下游泵站满负荷运行,最终避免了片区积水。
第四步:运维一体 —— 建立 “统一责任主体与维护机制”
运维一体是联动设计的保障,需打破海绵设施与排水系统 “分属不同主体” 的运维模式,建立统一的责任主体与维护机制,确保两者长期稳定联动。
在责任主体上,建议由市级水务部门牵头,成立 “海绵城市与防洪排水联合运维中心”,整合原海绵设施、排水系统的运维团队,负责两者的日常维护、故障检修。联合运维中心需制定统一的维护计划,例如,每季度对海绵设施的植被、渗透层进行清理,确保渗透能力;每月对排水系统的管网、泵站进行疏通、检修,确保排水顺畅;每半年开展一次 “联动运维演练”,模拟暴雨场景,测试海绵设施与排水系统的联动响应能力,发现问题及时整改。
在维护技术上,需结合两者的运维需求,采用 “智能化维护手段”:利用无人机巡检海绵设施的植被生长情况、是否存在积水;采用管道机器人检测排水系统管网的堵塞、破损情况;通过一体化平台的数据分析,预判设施故障 —— 例如,平台通过监测海绵设施的渗透速率数据,发现某雨水花园的渗透速率持续下降,判断为渗透层堵塞,立即派运维人员清理,避免因渗透能力下降导致雨水涌入排水系统。
在维护考核上,需将两者的联动效果纳入运维考核指标,例如 “海绵设施与排水系统联动响应及时率”“联动运行下的片区内涝发生率”“联动运维成本降低率” 等,考核结果与运维团队的绩效挂钩,激励团队优化运维策略,提升两者的联动效率。某城市通过建立运维考核机制,将海绵设施与排水系统的联动响应及时率从原来的 70% 提升至 95%,片区内涝发生率下降 60%,联动运维成本降低 25%。
实际应用案例:联动设计如何提升城市防洪排涝能力?
国内多个城市通过 “规划协同、技术衔接、数据互通、运维一体” 的联动设计,成功解决了海绵设施与传统防洪排水系统脱节的问题,显著提升了城市防洪排涝能力。
某南方城市在海绵城市建设中,针对主城区内涝频发的问题,实施了 “海绵设施 - 排水系统” 联动改造:在规划层面,将主城区划分为 12 个 “海绵排水分区”,每个分区内的海绵设施(透水铺装、雨水花园)与排水系统(管网、泵站)统一规划,确保海绵设施削减后的径流能精准匹配管网管径;在技术层面,将雨水花园的出口与市政管网采用 “智能阀门 + 流量计” 连接,雨水花园排水时,流量计实时反馈流量数据至排水系统泵站,泵站自动调整抽排功率;在数据层面,搭建一体化监测调度平台,接入 120 个海绵设施监测点、80 个排水系统监测点的数据,实现动态调度;在运维层面,成立联合运维中心,负责两者的日常维护。
改造后,该城市在一次 “10 年一遇” 暴雨中,海绵设施削减了 60% 的初期径流,剩余径流通过智能阀门平稳排入排水系统,泵站根据海绵设施的排水流量动态调整抽排功率,未出现管网过载情况;主城区内涝面积从改造前的 25 平方公里减少至 5 平方公里,内涝持续时间从平均 4 小时缩短至 1 小时,充分验证了联动设计的实效。
结语
海绵城市建设中的 “渗、滞、蓄、用、排”,并非孤立的技术环节,而是需要与传统防洪排水系统深度联动的有机整体。海绵设施的 “源头减排” 是减少排水系统压力的 “前端屏障”,传统排水系统的 “末端排涝” 是海绵设施过载后的 “最后防线”,两者缺一不可。
通过规划协同统一空间与目标,通过技术衔接优化功能与接口,通过数据互通实现动态调度,通过运维一体保障长期稳定,才能让海绵设施与传统防洪排水系统从 “两张皮” 变为 “一盘棋”,真正实现 “源头减排” 与 “末端排涝” 的高效衔接。未来,随着数字孪生、AI 等技术的发展,联动设计将进一步升级 —— 通过构建城市防洪排涝数字孪生模型,模拟不同降雨场景下海绵设施与排水系统的联动效果,为两者的优化设计、精准调度提供更科学的支撑,推动城市防洪排涝能力从 “被动应对” 走向 “主动防控”。