對低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計(jì)中“容積法”的若干思考

韋 峰，黃 任，陳 海，李彩霞

（南寧市建筑設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530002）

0 引言

南寧市是全國首批海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一。住建部編制的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》（簡稱《指南》）和南寧市規(guī)劃管理局編制了《南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》（簡稱《導(dǎo)則》）是南寧市海綿城市建設(shè)的主要依據(jù)。對廣大設(shè)計(jì)人員來說，《指南》是指導(dǎo)新建、改建、擴(kuò)建項(xiàng)目配套建設(shè)低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。年徑流總量控制率是低影響開發(fā)設(shè)施設(shè)計(jì)的最重要目標(biāo)值。低影響開發(fā)設(shè)施的規(guī)模應(yīng)滿足當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門對匯水區(qū)域內(nèi)的年徑流總量控制率的要求。容積法是《指南》中計(jì)算低影響開發(fā)設(shè)施的規(guī)模的最重要最常用的公式。

1 容積法基本概念和使用方法

容積法是實(shí)現(xiàn)徑流總量控制的重要方法。在匯水區(qū)域綜合雨量徑流系數(shù)確定的情況下，根據(jù)年徑流總量控制率目標(biāo)，計(jì)算出匯水區(qū)域內(nèi)各低影響開發(fā)設(shè)施的設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積之和，即總調(diào)蓄容積（不包括用于削減峰值流量的調(diào)節(jié)容積），以達(dá)到減少外排雨量的目的。容積法的計(jì)算公式如下：

式中，V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計(jì)降雨量，mm，參照《指南》附錄2；φ為綜合雨量徑流系數(shù)，可參照《指南》表4－3進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算；F為匯水面積，h m2。

城市年徑流總量控制率對應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量值的確定是通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法獲得。根據(jù)中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)中國地面國際交換站氣候資料數(shù)據(jù)，選取至少近30年（反映長期降雨規(guī)律和近年氣候變化）日降雨（不包括降雪）資料，扣除≤2 mm降雨事件的降雨量，將降雨量日值按雨量由小到大排序，統(tǒng)計(jì)小于某一降雨量的降雨總量（小于該降雨量的按真實(shí)雨量計(jì)算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計(jì)算出降雨總量，兩者累計(jì)總和）在總降雨量中的比率，此比率（即年徑流總量控制率）對應(yīng)的降雨量（日值）即為設(shè)計(jì)降雨量。2015年，南寧市規(guī)劃管理局在《指南》的基礎(chǔ)上編制了《導(dǎo)則》?！秾?dǎo)則》中的容積法秉承《指南》思路，并把南寧市的年徑流總量控制率對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量表內(nèi)容深化（依據(jù)南寧市1980—2014年降雨資料計(jì)算，數(shù)據(jù)略有差異），作為進(jìn)一步指導(dǎo)南寧市海綿城市建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的依據(jù)，如圖1所示。

由圖1可知，不同年徑流總量控制率K對應(yīng)著不同的設(shè)計(jì)降雨量H。以南寧市某舊小區(qū)為例，假設(shè)匯水區(qū)域面積F＝2326.44 m2，綜合雨量徑流系數(shù)φ＝0.72，按 K＝80%進(jìn)行控制，可得 H＝33.4 mm，根據(jù)容積法需要另外增加的設(shè)計(jì)的調(diào)蓄容積V＝10 H φ F＝60 m3。假設(shè)采用下沉式綠地的調(diào)蓄容積V＝60 m3，則該匯水區(qū)域面積達(dá)到年徑流總量控制率80%要求。

圖1 南寧市多年平均徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量對應(yīng)關(guān)系曲線

2 調(diào)蓄容積計(jì)算與分析

在《指南》中規(guī)定，在計(jì)算總調(diào)蓄容積時(shí)，應(yīng)符合以下要求。

1）頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部有蓄水空間的滲透設(shè)施（如復(fù)雜型生物滯留設(shè)施、滲管／渠等）的滲透量應(yīng)計(jì)入總調(diào)蓄容積。

2）調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池對徑流總量削減沒有貢獻(xiàn)，其調(diào)節(jié)容積不應(yīng)計(jì)入總調(diào)蓄容積；轉(zhuǎn)輸型植草溝、滲管／渠、初期雨水棄流、植被緩沖帶、人工土壤滲濾等對徑流總量削減貢獻(xiàn)較小的設(shè)施，其調(diào)蓄容積也不計(jì)入總調(diào)蓄容積。

3）透水鋪裝和綠色屋頂僅參與綜合雨量徑流系數(shù)的計(jì)算，其結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙容積一般不再計(jì)入總調(diào)蓄容積。

4）受地形條件、匯水面大小等影響，設(shè)施調(diào)蓄容積無法發(fā)揮徑流總量削減作用的設(shè)施（如較大面積的下沉式綠地，往往受坡度和匯水面豎向條件限制，實(shí)際調(diào)蓄容積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積），以及無法有效收集匯水面徑流雨水的設(shè)施具有的調(diào)蓄容積不計(jì)入總調(diào)蓄容積。

仍以上述南寧某舊建筑小區(qū)為例，該小區(qū)屬于南寧市海綿城市示范區(qū)的“合流制溢流污染控制與初期雨水污染防治示范區(qū)”，根據(jù)《南寧市海綿城市示范區(qū)控制規(guī)劃（2015—2020）》（以下簡稱《控規(guī)》）目標(biāo)，該項(xiàng)目年徑流總量控制率不低于35.1%，其對應(yīng)的降雨量為6.7 mm。按《指南》《導(dǎo)則》的容積法算法結(jié)果如表1所示，其中根據(jù)容積法反算H＝8.9 mm，由圖1可得出年徑流總量控制率K＝42.4%，滿足《控規(guī)》要求。但由于種種原因，小區(qū)業(yè)主強(qiáng)烈反對設(shè)置下沉式綠地。為推進(jìn)項(xiàng)目改造實(shí)施，改為取消下沉式綠地并增加透水鋪裝的生態(tài)停車面積的設(shè)計(jì)方案。按透水鋪裝不計(jì)算調(diào)蓄容積計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

很顯然，由表2計(jì)算出K等于0，與現(xiàn)實(shí)不符，是生搬硬套容積法的結(jié)果。由于《指南》《導(dǎo)則》均未對海綿化前的K值有相應(yīng)的闡述，也缺乏對本案例類似情況的K值分析，導(dǎo)致分歧較大。為簡化分析，在此提出一個(gè)新的系數(shù) φ’和新的公式。具體如下：

式中，K為年徑流總量控制率，%；φ’為年綜合雨量徑流系數(shù)，多年平均徑流總量與總雨量的比值。

φ’的計(jì)算和準(zhǔn)確定義不在本文中展開探討，在實(shí)際項(xiàng)目中，通過容積法等計(jì)算或通過竣工后實(shí)測出地塊的年徑流總量控制率為K，則年綜合雨量徑流系數(shù)φ’＝1－K。因此，這個(gè) φ’值是客觀存在的，但其概念與綜合雨量徑流系數(shù)φ不同。為簡化分析，假設(shè)在某種特定情況下，在數(shù)值上，匯水區(qū)域面積內(nèi)的綜合雨量徑流系數(shù)φ≈年綜合雨量徑流系數(shù)φ’，此時(shí)年徑流總量控制率 K1＝1－φ’≈1－φ。用這個(gè)方法計(jì)算表2案例，K1≈（1－0.72）% ＝28%。在實(shí)際工程中，這種計(jì)算方法顯然是錯(cuò)誤的，K1肯定不是最終的K值，但是K1值仍有積極的實(shí)際意義。在無法得到真正的 φ’時(shí)，K1值仍然是可供參考的一個(gè)數(shù)據(jù)，雖然是低估了項(xiàng)目的實(shí)際K值，但至少不會(huì)等于0。

表1 僅計(jì)算下沉式綠地調(diào)蓄容積的容積法

表2 透水鋪裝不計(jì)入調(diào)蓄容積的容積法

表3 透水鋪裝空隙計(jì)入調(diào)蓄容積的容積法

盡管《指南》不推薦把透水鋪裝空隙計(jì)入其調(diào)蓄容積，實(shí)際上透水鋪裝的調(diào)蓄能力不小。而《導(dǎo)則》則推薦把透水鋪裝空隙計(jì)入調(diào)蓄容積，并建議缺乏資料時(shí)透水鋪裝的孔隙率取0.2～0.3。《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范實(shí)施指南》提出，透水磚厚度60 mm，透水磚的孔隙率不小于20%，透水基層按200 mm，孔隙率按30%計(jì)算，則總共可容納72 mm的降雨量。在本案例中，按考慮機(jī)動(dòng)車荷載鋪設(shè)透水鋪裝，有60 mm厚透水磚，50 mm厚粗砂干拌，200 mm厚C 20無砂大孔混凝土，150 mm厚級(jí)配碎石墊層，總厚度460 mm，按孔隙率20%計(jì)算，再考慮透水效果衰退折減，按400 mm厚計(jì)算，有效透水厚度h＝0.4×0.2＝0.08 m。本小區(qū)的透水鋪裝的調(diào)蓄容積 ＝436.4×0.08＝34.9 m3，K2＝60%。計(jì)算結(jié)果如表3所示。根據(jù)容積法反算H＝16.8 mm，年徑流總量控制率K＝60%。表3的計(jì)算思路充分挖掘了透水鋪裝厚度和孔隙率的調(diào)蓄能力，等于把徑流系數(shù)潛能都發(fā)揮出來，因此把透水鋪裝的徑流系數(shù)按1取值，避免了透水鋪裝重復(fù)參與綜合徑流計(jì)算的貢獻(xiàn)，結(jié)果合理。

3 結(jié)語

為保證良好的年徑流總量控制效果，在采用容積法時(shí)，應(yīng)理順以下關(guān)系。

1）匯水區(qū)域設(shè)計(jì)了低影響開發(fā)設(shè)施后，實(shí)際的綜合雨量徑流系數(shù)φ1小于各下墊面匯總的綜合雨量徑流系數(shù)φ。容積法中的綜合徑流系數(shù)是指φ，不是 φ1。

2）在理論上，當(dāng)φ＝1且 V＝0時(shí)，K＝0。實(shí)際上，φ＜1，而且 V不等于0，至少 K＝1－φ’≥1－φ。

3）對于新建建筑小區(qū)項(xiàng)目，優(yōu)先采用不計(jì)量透水鋪裝和綠色屋頂調(diào)蓄容積的設(shè)計(jì)思路，這樣更能保證良好的控制目標(biāo)質(zhì)量；但針對老舊小區(qū)的海綿城市改造項(xiàng)目，可充分利用透水鋪裝和綠色屋頂?shù)恼{(diào)蓄容積，，且在計(jì)算調(diào)蓄容積時(shí)，應(yīng)避免下墊面徑流系數(shù)對綜合徑流系數(shù)計(jì)算的重復(fù)貢獻(xiàn)。

海綿城市設(shè)計(jì)仍處于起步階段，很多設(shè)計(jì)思路和實(shí)際情況還在磨合中。容積法計(jì)算簡單、應(yīng)用廣泛。把容積法的一些關(guān)系理順，對指導(dǎo)海綿城市建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收有重要意義。