住宅小區(qū)雨水花園的設(shè)計與計算*
——以南昌市某項目為例

胡鋒平，胡松

（1.華東交通大學(xué)，南昌330013；2.江西省建筑設(shè)計研究總院，南昌330046）

住宅小區(qū)雨水花園的設(shè)計與計算*
——以南昌市某項目為例

胡鋒平1，胡松2

（1.華東交通大學(xué)，南昌330013；2.江西省建筑設(shè)計研究總院，南昌330046）

雨水花園可有效地控制徑流污染、削減徑流流量和峰值流量，是低影響開發(fā)技術(shù)體系中的重要措施。文中以南昌市某住宅小區(qū)雨水花園為例，從雨量徑流系數(shù)、設(shè)計控制雨量、雨水花園面積等方面探討其設(shè)計要點，通過計算住宅小區(qū)屋面雨水收集處理后滿足綠化用水、景觀水體補水及部分道路澆灑用水；設(shè)計的雨水花園可有效削減城市雨洪徑流；雨水處理系統(tǒng)及調(diào)蓄系統(tǒng)水量大于設(shè)計雨水設(shè)施規(guī)模，年徑流總量控制率達到70%以上，符合《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）場地生態(tài)設(shè)計要求，可為類似地區(qū)工程設(shè)計提供參考。

雨水花園；徑流系數(shù)；年徑流總量控制率；雨水設(shè)施規(guī)模

0 引言

雨水花園是一種與自然景觀建設(shè)相結(jié)合的LID（LowImpactDevelopment）滯留措施，用于匯聚并凈化來自屋頂或地面的雨水，具有效去除徑流中污染物和削減城市雨洪徑流等優(yōu)點[1]。其設(shè)計關(guān)鍵是確定雨水設(shè)施規(guī)模，需考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境、降雨特點等因素[2]，而我國城市雨水資源利用的研究相對落后，在設(shè)計不同區(qū)域雨水花園時技術(shù)依據(jù)和規(guī)范不足[3]。本文以南昌市某住宅小區(qū)項目中雨水花園的設(shè)計為案例，對雨水設(shè)施規(guī)模、收集系統(tǒng)與利用及雨水花園等調(diào)蓄系統(tǒng)進行計算及設(shè)計，為類似地區(qū)工程設(shè)計提供參考。

1 雨水花園構(gòu)造與類型

1.1 雨水花園構(gòu)造

雨水花園由蓄水層、樹皮覆蓋層、種植土層、人工填料層和礫石層五部分構(gòu)成[4]。蓄水層是高度一般為100～250mm[5]，樹皮覆蓋層深度多為50～80mm，種植土層厚度一般為200～300mm[6，7]，人工填料層厚度為500～1200mm，礫石層厚度一般為200～300mm[8]。

1.2 雨水花園類型

雨水花園按其功能可分為以控制雨洪（削減徑流量）為目的和以降低徑流污染（控制徑流污染）為目的2種類型[9]。

2 雨水花園設(shè)計

2.1 設(shè)計依據(jù)

雨水花園設(shè)計主要依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB50015-2003）2009年版、《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）、《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）、《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）和10SS705《雨水綜合利用》。

2.2 設(shè)計目的

1）合理規(guī)劃地表與屋面雨水徑流，對場地雨水實施外排總量控制，場地年徑流總量控制率達到70%。

2）雨水收集后用途：主要用于綠化澆灑、景觀水體補水等。

2.3 設(shè)計要點

2.3.1 雨量徑流系數(shù)的確定

雨量徑流系數(shù)反映降雨和徑流之間關(guān)系，徑流系數(shù)通常采用按地面覆蓋種類確定的經(jīng)驗數(shù)值，整體匯水面積上的徑流系數(shù)ψ是按不同種類地面面積加權(quán)計算得出，即：

式中：Fi——匯水面積上不同種類下墊面的面積，m2；

ψi——相應(yīng)于不同種類下墊面的徑流系數(shù)；

F——全部匯水面積，m2。

2.3.2 設(shè)計控制雨量

設(shè)計時根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）中4.2.14條的年徑流總量控制率相對應(yīng)的設(shè)計控制雨量。

2.3.3 雨水設(shè)施規(guī)模

結(jié)合項目條件，通過設(shè)計控制雨量乘以場地綜合徑流系數(shù)、總匯水面積來確定項目雨水設(shè)施規(guī)模[10]。

2.3.4 雨水花園面積

雨水花園面積可由控制蓄水量的目標(biāo)與蓄水層深度等估算確定，即：

式中：Ff——雨水花園面積，m2；

Wy——控制蓄水量，m3；

hm——蓄水層深度，mm。

3 某住宅小區(qū)雨水花園案例設(shè)計

3.1 基本概況

南昌市地處江西省中部偏北，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，一年中夏、冬季長，春、秋季短，年平均氣溫17℃～17.7℃，年降雨量1600～1700mm（依據(jù)南昌市年降水量統(tǒng)計表，得年降雨量h為1609mm），降水日為147～157d，年平均暴雨日5.6d，年日照時間1723～1820h，日照率為40%，適合植物花卉生長，是營造“花園城市”的理想地區(qū)。

本文中的住宅小區(qū)位于南昌市內(nèi)，總用地面積44742.5m2（4.47hm2），地面相對平緩，在西北角和東北角的地勢稍偏低，內(nèi)有一景觀水體。小區(qū)建造以雨水花園為主要處理單元的蓄滲系統(tǒng)，包括利用小區(qū)屋面雨水收集，處理后的雨水用于綠化灌溉和景觀水體補水，實現(xiàn)雨水花園節(jié)水實效。住宅小區(qū)總平面圖（見圖1）。

圖1 住宅小區(qū)總平面圖

住宅小區(qū)內(nèi)不同類型下墊面面積統(tǒng)計（見表1）。本項目中設(shè)計年徑流總量控制率取70%，則依據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）中4.2.14條，對應(yīng)的設(shè)計控制雨量（日值）為21.8mm。

式中：Wk——設(shè)計控制雨量（日值），m3；

ψ——雨量徑流系數(shù)；

hy——設(shè)計控制雨量（日值），取21.8mm；

F——匯水面積，hm2。

則小區(qū)設(shè)計控制雨量（日值）Wk=10×21.8× 4.47=974.46m3。

表1 不同類型下墊面面積統(tǒng)計表

3.2 雨水徑流

3.2.1 雨量徑流系數(shù)

查閱有關(guān)規(guī)范、國內(nèi)實測資料報道以及德國雨水利用規(guī)范（DIN1989.01：2002.04和ATV-DVWKA138）等資料，本案例中不同下墊面徑流系數(shù)取值（見表2）。

表2 不同下墊面徑流系數(shù)

場地綜合徑流系數(shù)：

3.2.2 雨水設(shè)施規(guī)模（日值）

雨水設(shè)施規(guī)模（日值）的計算根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）中4.2.14條計算：

W=10ψhyF=10×0.56×21.8×4.47=545.70m3

3.3 雨水收集利用及調(diào)蓄

3.3.1 雨水收集系統(tǒng)與利用

1）雨水收集系統(tǒng)。

在小區(qū)內(nèi)設(shè)置一個埋地式雨水收集池，收集小區(qū)建筑屋頂?shù)挠晁幚砗蟮挠晁糜诰G化灌溉和景觀水體補水。屋面面積為8775.0m2，當(dāng)設(shè)計年徑流總量控制取70%時，對應(yīng)的設(shè)計控制雨量為21.8mm，屋面無綠化時，初期棄流取2mm徑流厚度，則雨水收集量（日值）W1=0.9×（21.8-2）×10-3×8775=156.37m3。

埋地式雨水收集池由2個儲水模塊組成，儲水模塊尺寸為10000mm×5000mm×2000mm，雨水經(jīng)收集處理用于綠化灌溉和景觀水體補水。

2）綠化用水量（日值）。

住宅小區(qū)位于南昌市，綠地草屬于暖季型草坪草，按二級養(yǎng)護，依據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）中3.1.6條，灌水定額取0.015m3/ m2·月，每月綠化灌溉2次，本項目綠地面積為18476.5m2，則：

綠化用水量Wh=18476.5×0.015=277.15m3/月。

綠化用水量（日值）Wh=18476.5×0.015/2= 138.58m3。

依據(jù)南昌市年平均降雨氣候資料（見表3）的統(tǒng)計分析，南昌市降雨最少的月份是12月，降雨天數(shù)為5.4d，降雨量45.4mm，此時月雨水收集量：Wy=0.9×（45.4-2）×10-3×8775=342.75m3。

3）景觀水體補水水量（日值）。

小區(qū)內(nèi)位于A6#附近有一景觀水體，水景面積為147m2，多年平均年蒸發(fā)量為1271.6mm。依據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）中6.2.12條，景觀水的補水量大于其水體蒸發(fā)量的60%，取70%，最高日蒸發(fā)量取年均蒸發(fā)量10%，則：

景觀水體補水水量（日值）Wj=147×1271.6× 10-3×70%×10%=13.08m3。

表3 年平均降雨氣候資料

Wh’+Wj’=138.58+13.08=151.66m3＜W1=156.58m3，因此雨水收集量可滿足綠化用水量和景觀水體補水量。

在降雨量最少月12月份時，氣溫較低，蒸發(fā)量較小，取月景觀水體補水水量Wj=景觀水體補水水量（日值）Wj’=13.08m3，則綠化用水量Wh+景觀水體補水水量Wj=277.15+13.08=290.23m3＜雨水收集量Wy’=342.75m3，則說降雨最少月份時收集處理后雨水量滿足綠化用水量和景觀水體補水水量，部分可作為澆灑道路。

3.3.2 雨水調(diào)蓄系統(tǒng)

1）水系調(diào)蓄水量（日值）。

小區(qū)內(nèi)有一條水系，水系面積1616m2，水系常水位h1為300mm，溢流水位h2為520mm，則：水系調(diào)蓄水量（日值）W2=1616×（520-300）×10-3= 355.52m3。

2）雨水花園滯蓄水量（日值）。

雨水設(shè)施規(guī)模包括雨水收集系統(tǒng)和雨水調(diào)蓄系統(tǒng)，即雨水收集系統(tǒng)水量、水系調(diào)蓄水量和雨水花園滯蓄水量。則：雨水花園滯蓄水量（日值）W3=

W-W1-W2=545.70-156.37-355.52=33.81m3。

3.4 雨水花園設(shè)計

本項目中雨水花園布置采用分散布局方式，因此在住宅小區(qū)內(nèi)設(shè)計依地勢建設(shè)10個下凹式綠地匯集雨水，綠地高程低于周圍地面一定的高程，以利于周邊雨水徑流的匯入。其設(shè)計半徑為3m的圓形，蓄水層為200mm、樹皮覆蓋層為50mm、種植土層為250mm、人工填料層為600mm和礫石層300mm，其剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。則雨水花園設(shè)計滯蓄水量（日值）W4=10×× 32×0.20=56.55m3>W3，即小區(qū)雨水收集系統(tǒng)及調(diào)蓄系統(tǒng)總量W’=W1+W2+W4=568.44m3>雨水設(shè)施規(guī)模W=545.70m3，雨水花園滯蓄與水系調(diào)蓄能夠滿足小區(qū)設(shè)計范圍內(nèi)雨水設(shè)施規(guī)模（日值），即場地年徑流總量控制率在70%以上，符合場地生態(tài)要求。

圖2 雨水花園的剖面結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

1）本項目以南昌市某住宅小區(qū)雨水花園為例分析，通過計算場地的雨量徑流綜合系數(shù)值ψ為0.56；屋面雨水收集量（日值）為156.37m3，綠化用水量（日值）為138.58m3，景觀水體補水水量（日值）為13.08m3，住宅小區(qū)屋面雨水收集處理后滿足綠化用水、景觀水體補水及部分道路澆灑用水。

2）本項目中設(shè)計10個半徑為3m，蓄水層為200mm、樹皮覆蓋層為50mm、種植土層為250mm、人工填料層為600mm和礫石層300mm的圓形雨水花園，可有效削減城市雨洪徑流。

3）本項目中雨水處理系統(tǒng)及調(diào)蓄系統(tǒng)水量568.44m3，大于設(shè)計雨水設(shè)施規(guī)模545.70m3，年徑流總量控制率達到70%以上，符合場地生態(tài)設(shè)計要求。

［1］Machusick M，Welker A，Traver R.Ground water mounding at a storm-water infiltration BMP［J］.Journal of Irrigation and Drainage Engineering，2011，137：154-160.

［2］Wong T H F，F(xiàn)letcher T D，Duncan H P，et al.Modelling urban stormwater treatment：A unified approach［J］.Ecogical Engineering，2006，27（01）：58-70.

［3］車武，李俊奇.從第10屆國際雨水利用大會看城市雨水利用的現(xiàn)狀與趨勢［J］.給水排水，2002，28（03）：12-14.

［4］Kim H，Seagren E A，Davis A P.Engineered bio retention for removal of nitrate from storm water runoff［J］.Water Environ Res，2003，75（04）：355-367.

［5］Delaware Natural Resources and Environmental Control（DNREC）. Green Technology：The Delaware Urban Runoff Management Approach［K］.Delaware Department of Natural Resources and Environmental Control，Division of Soil and Water Conservation Dover Del，2005.

［6］Davis A P，Traver R G，Hunt W F，et al.Hydrologic perfor－mance of bioretention stormwater control measures［J］.Journal of Hydrologic Engineering，2012，17（05）：604-614.

［7］Hunt W F，Davis A P，Traver R G.Meeting hydrologic and water quality goals through targeted bioretention design［J］.Journal of Environmental Engineering-Asce，2012，138（6）：698-707.

［8］Princes George’s County.The Bioretention Manual［K］.Prince George’s County Government，Department of Environmental Protection. Watershed Protection Branch，Landover，MD，2002.

［9］羅紅梅，車伍，李俊奇.雨水花園在雨洪控制與利用中的應(yīng)用［J］.中國給水排水，2008，24（06）：48-52.

［10］GB/T50378-2014，綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社：中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2015.

TU823.6

A

1673-1093（2015）09-0073-04

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.09.018

胡鋒平（1968），男，江西鄱陽人，教授，研究方向：環(huán)境科學(xué)技術(shù)。

2015-04-20；

2015-05-05

江西省重大科技專項計劃項目（2012年度）課題《綠色建筑設(shè)計與綠色生態(tài)屋面研究》（20124ABG06101）。