海綿城市建設(shè)技術(shù)在老舊小區(qū)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析
——以武漢市某小區(qū)為例

翟建國，賈智謀，謝志曠

（中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北武漢 430040）

近幾年來，我國在應(yīng)對越來越嚴(yán)重的城市內(nèi)澇問題的過程中，逐步形成了海綿城市建設(shè)理論。海綿城市建設(shè)不僅有利于城市當(dāng)前及以后的發(fā)展，而且有利于改善我們生活的城市，讓我們生活的土地更綠、水更清。

武漢市是第一批全國海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一，武漢市面積為8569.15km2。按照武漢海綿城市建設(shè)三步走計(jì)劃，以示范區(qū)海綿城市建設(shè)為起點(diǎn)，積累經(jīng)驗(yàn)，探索模式，在全市推進(jìn)海綿城市建設(shè)；至2020年，實(shí)現(xiàn)武漢市20%建成區(qū)達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求；至2030年，實(shí)現(xiàn)武漢市80%建成區(qū)達(dá)到海綿城市建設(shè)目標(biāo)要求[1]。老舊小區(qū)的海綿化改造在建筑小區(qū)的建設(shè)過程中，占有相當(dāng)大的比重，也是武漢海綿城市建設(shè)推進(jìn)過程中的重點(diǎn)任務(wù)之一。本研究以武漢市某小區(qū)海綿化改造為例，分析該小區(qū)的海綿設(shè)計(jì)方案并計(jì)算海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)中的強(qiáng)制性指標(biāo)。

1 小區(qū)概況

1.1 基本情況

統(tǒng)建玫瑰南苑屬于漢陽區(qū)龍陽湖片區(qū)海綿改造工程項(xiàng)目38個(gè)改造小區(qū)其中之一，位于武漢市漢陽區(qū)，東靠金龍路，西鄰玉龍路，北臨玫瑰南街，南鄰漢陽大道。統(tǒng)建玫瑰南苑于2000年建成，現(xiàn)狀建筑為9棟7層居民住宅樓，占地面積為22083.32m2。小區(qū)地勢整體呈現(xiàn)北高南低、東高西低的特點(diǎn)，高差較小，地形起伏不大。根據(jù)項(xiàng)目前期的實(shí)地勘測，小區(qū)周邊道路標(biāo)高為24.83～27.76m，小區(qū)內(nèi)的道路標(biāo)高為25.46～26.88m，高于周邊道路最低點(diǎn)，武漢市多年平均降水量1280.9mm，暴雨多集中在4～8月份，其間降雨量占全年的65.6%。

1.2 現(xiàn)狀問題分析

1.2.1 綠化存在問題。小區(qū)內(nèi)多數(shù)地方存在黃土裸露，需補(bǔ)齊地被植物，部分景觀品質(zhì)差。

1.2.2 硬質(zhì)鋪裝存在問題?，F(xiàn)有人行道、活動廣場均為硬質(zhì)鋪裝，不透水面積大，徑流系數(shù)高，部分人行道硬質(zhì)鋪裝路面磚破損嚴(yán)重。

1.2.3 道路存在問題。小區(qū)部分道路有破損、錯(cuò)臺、塌陷等情況，大部分道路為水泥混凝土路面，景觀效果差。

1.2.4 停車位存在問題。小區(qū)停車位缺乏，亂停亂放情況較為嚴(yán)重，雨天有積水，并且缺乏維護(hù)，景觀品質(zhì)差。

1.3 現(xiàn)狀下墊面解析

統(tǒng)建玫瑰南苑小區(qū)按照下墊面類型分為綠地、硬屋面、硬質(zhì)鋪裝、植草磚和混凝土路面5個(gè)類型。其中硬屋面面積為9186.72m2，占比41.6%；大塊石路面及廣場為2603.23m2，占比11.79%；混凝土路面為2824.03m2，占比12.79%；綠化面積為6626.27m2，占比30%；植草磚面積為843.07m2，占比3.82%。

圖1 現(xiàn)狀下墊面分類布局圖

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)本地區(qū)的自然條件、水文特征、降雨規(guī)律、防洪減災(zāi)等因素，結(jié)合《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》的規(guī)劃指引，從而確定該建筑小區(qū)的海綿城市設(shè)計(jì)目標(biāo)。規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)一般分為強(qiáng)制性指標(biāo)和引導(dǎo)性指標(biāo)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，建筑小區(qū)的海綿設(shè)計(jì)方案必須滿足強(qiáng)制性指標(biāo)要求。引導(dǎo)性指標(biāo)不作強(qiáng)制性要求，結(jié)合小區(qū)的實(shí)際情況，資金充足及其他條件允許的小區(qū)，設(shè)計(jì)方案可滿足引導(dǎo)性指標(biāo)的要求；小區(qū)現(xiàn)狀較差、條件苛刻的小區(qū)，設(shè)計(jì)方案可不滿足引導(dǎo)性指標(biāo)的要求。

根據(jù)《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》[2]建筑小區(qū)海綿設(shè)計(jì)確定的目標(biāo)及原則，統(tǒng)建玫瑰南苑的海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)值具體如下：

2.2 設(shè)計(jì)思路

表1 統(tǒng)建玫瑰南苑海綿城市目標(biāo)取值計(jì)算表

通過海綿化改造，優(yōu)化雨水徑流路徑，將部分雨水留下來，改善小區(qū)水環(huán)境。部分屋面雨水、道路雨水先引入綠地內(nèi)，再由溢流雨水口排入排水管網(wǎng)。降落在不透水地面的雨水，一部分通過下沉式綠地下滲和滯蓄，另外一部分匯入雨水管網(wǎng)。降落在透水鋪裝的雨水，一部分直接下滲，另外一部分匯入下沉式綠地下滲和滯蓄。降落在綠地的雨水，一部分匯入下沉式綠地下滲和滯蓄，超標(biāo)雨水通過溢流雨水口溢流至雨水管網(wǎng)；另外一部分匯入雨水管網(wǎng)（如圖2）。

2.3 海綿技術(shù)措施的選取

統(tǒng)建玫瑰南苑建筑屋面采用傳統(tǒng)的硬質(zhì)屋面，由于建設(shè)年代久、施工難度大、造價(jià)較高，本次改造不使用綠色屋頂。

統(tǒng)建玫瑰南苑改造前采用水泥混凝土路面，部分路面破損，本項(xiàng)目擬通過路面刷黑結(jié)合破除路面恢復(fù)，提升小區(qū)路面品質(zhì)。

統(tǒng)建玫瑰南苑人行道、廣場、活動場等均為普通磚鋪裝，部分較破損，本次擬將破損嚴(yán)重的普通磚鋪裝區(qū)域、人行道系統(tǒng)、活動廣場整體改造為透水磚鋪裝。

統(tǒng)建玫瑰南苑綠化比例較低，部分綠化破壞嚴(yán)重，存在土地裸露現(xiàn)象。結(jié)合現(xiàn)有綠化及豎向情況，對現(xiàn)有綠化提出以下措施：綠化情況保存較好，景觀品質(zhì)良好，建議保留；現(xiàn)有綠化效果差，并且部分綠化標(biāo)高略低于周邊道路標(biāo)高，本次修改為下沉式綠地；對施工過程遭到破壞的綠地進(jìn)行綠化恢復(fù)。

圖2 統(tǒng)建玫瑰南苑雨水控制設(shè)計(jì)思路圖

2.4 設(shè)計(jì)方案總體布局

根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)的各項(xiàng)要求以及小區(qū)現(xiàn)存問題，進(jìn)行統(tǒng)建玫瑰南苑小區(qū)的海綿設(shè)計(jì)工作，海綿總體設(shè)計(jì)平面布置圖如下：

圖3 海綿設(shè)計(jì)下墊面分類布局圖

表2 統(tǒng)建玫瑰南苑下墊面面積及雨量徑流系數(shù)一覽表

統(tǒng)計(jì)海綿設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)下墊面面積，參照《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》選取各下墊面類型年均雨量徑流系數(shù)、場均雨量徑流系數(shù)、流量徑流系數(shù)的取值，得到統(tǒng)建玫瑰南苑下墊面面積及雨量徑流系數(shù)一覽表[2]如表2：

3 設(shè)計(jì)方案指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表1統(tǒng)建玫瑰南苑的設(shè)計(jì)目標(biāo)值，利用表2海綿設(shè)計(jì)方案各下墊面面積及雨量徑流系數(shù)一覽表進(jìn)行海綿設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算，驗(yàn)算設(shè)計(jì)方案對設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成度。

3.1年徑流總量控制率

年徑流總量控制率即通過自然與人工強(qiáng)化的入滲、滯蓄等方式，控制的降雨徑流量與年降雨總量的比值[3]。

年徑流總量控制率作為統(tǒng)建玫瑰南苑海綿設(shè)計(jì)改造的強(qiáng)制性指標(biāo)，同時(shí)也是小區(qū)海綿設(shè)計(jì)改造的首要目標(biāo)，統(tǒng)建玫瑰南苑年徑流總量控制率目標(biāo)值需≥70%。參照《武漢市海綿城市規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量之間的關(guān)系，統(tǒng)建玫瑰南苑的設(shè)計(jì)降雨量應(yīng)≥24.5mm。

年徑流總量控制率φ=（1-φn）×100%，首先驗(yàn)證綜合年均徑流系數(shù)（φn）是否滿足要求，綜合年均雨量徑流系數(shù)φn=某一類下墊面年均雨量徑流系數(shù)×某一類下墊面面積/各下墊面總面積?？紤]廣場、路面等雨水進(jìn)入海綿設(shè)施（斷接）即大塊石路面及廣場、加鋪瀝青路面等下墊面需乘以調(diào)整系數(shù)，使用K值，經(jīng)計(jì)算，統(tǒng)建玫瑰南苑K值為0.75。結(jié)合表2各下墊面年均雨量徑流系數(shù)的取值，計(jì)算得到φn=0.48，φ=（1-0.48）×100%=52%＜70%，方案未達(dá)標(biāo)，需要通過容積法進(jìn)行核算。

表3年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量對應(yīng)一覽表

根據(jù)上述分析可知通過滲透的方式難以滿足目標(biāo)要求，需要采用具有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施方可滿足要求。利用下式計(jì)算分區(qū)內(nèi)所需控制的調(diào)蓄水量。

其中：V——總調(diào)蓄容積（m3），H——設(shè)計(jì)降雨量（mm），φ——匯水分區(qū)場均雨量徑流系數(shù)，F(xiàn)——匯水區(qū)面積（hm2），計(jì)算可得所需控制調(diào)蓄水量為295.31m3。

考慮老舊小區(qū)的空間布局及實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)采用下凹式綠地調(diào)蓄雨水，本項(xiàng)目下凹式綠地面積1934.7m2，平均蓄水深度0.16m，海綿設(shè)施總調(diào)蓄容積為309.55m3。

經(jīng)過海綿設(shè)施處理后，可控制的降雨量可利用下式計(jì)算：H=V/（10φc’F）

其中：V——總調(diào)蓄容積（m3），H——控制降雨量（mm），φc’匯水分區(qū)場均雨量徑流系數(shù)=某一類下墊面場均雨量徑流系數(shù)×某一類下墊面面積/各下墊面總面積，F(xiàn)—匯水區(qū)面積（m2）。

經(jīng)計(jì)算，海綿設(shè)計(jì)可控制雨量為25.68mm＞24.5mm，采用線性插值法，再結(jié)合表3年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量之間的關(guān)系，計(jì)算統(tǒng)建玫瑰南苑的年徑流總量控制率（%）=70+（75-70）/（25.68-24.5）×（29.2-24.5）=71.26＞70，滿足強(qiáng)制性指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

3.2 峰值徑流系數(shù)

峰值徑流系數(shù)就是在計(jì)算峰值徑流流量時(shí)所采用的徑流系數(shù)[3]，計(jì)算方法與綜合年均雨量徑流系數(shù)類似，峰值徑流系數(shù)=某一類下墊面年均雨量徑流系數(shù)×某一類下墊面面積/各下墊面總面積。結(jié)合表2各下墊面峰值雨量徑流系數(shù)的取值，同時(shí)考慮雨水?dāng)嘟忧闆r，統(tǒng)建玫瑰南苑峰值徑流系數(shù)計(jì)算結(jié)果為0.6，滿足強(qiáng)制性指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

3.3 可滲透硬化地面占比

可滲透硬化地面占比是指可滲透硬化地面面積占總硬化地面面積之比（%）[3]。統(tǒng)建玫瑰南苑可滲透硬化地面包括非植草類透水鋪裝、植草類透水鋪裝，可滲透硬化地面總面積為2574.64m2；統(tǒng)建玫瑰南苑總硬化地面包括大塊石路面及廣場、加鋪瀝青路面、非植草類透水鋪裝、植草類透水鋪裝，總硬化地面面積為6275.64m2，統(tǒng)建玫瑰南苑可滲透硬化地面占比計(jì)算結(jié)果為0.41，滿足強(qiáng)制性指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

3.4 面源污染削減率

面源污染削減率反映單項(xiàng)海綿設(shè)施對初期雨水的面源污染削減能力，各海綿設(shè)施對面源污染的削減比例見表4。

表4 不同海綿設(shè)施污染物去除率一覽表[3]

結(jié)合表4，統(tǒng)建玫瑰南苑硬質(zhì)屋面面源污染削減率取20%，大塊石路面及廣場面源污染去除率取80%，加鋪瀝青路面綠地面源污染削減率取20%，無地下建筑綠地面源污染削減率取80%，非植草類透水鋪裝面源污染削減率取90%，植草類透水鋪裝污染削減率取90%，下凹式綠地面源污染削減率取80%。

場地綜合污染物去除率按照下式計(jì)算：

式中，ω——場地綜合面源污染削減率，ωi——場地內(nèi)某一下墊面的面源污染削減率，F(xiàn)i——某一下墊面面積，包括匯水分區(qū)內(nèi)海綿設(shè)施和非海綿設(shè)施下墊面的面積。

經(jīng)計(jì)算，統(tǒng)建玫瑰南苑面源污染削減率為0.55＜0.6，滿足強(qiáng)制性指標(biāo)設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

根據(jù)小區(qū)的地理區(qū)位，確定該小區(qū)的海綿設(shè)計(jì)目標(biāo)，通過對統(tǒng)建玫瑰南苑現(xiàn)狀問題的分析，篩選了下凹式綠地、廣場及人行道透水鋪裝、停車位植草類透水鋪裝等海綿技術(shù)措施進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，并繪出設(shè)計(jì)方案。

通過對設(shè)計(jì)方案各類下墊面的統(tǒng)計(jì)，結(jié)合最新規(guī)范對年均雨量徑流系數(shù)、場均雨量徑流系數(shù)、峰值雨量徑流系數(shù)、不同海綿設(shè)施污染物去除率等相關(guān)系數(shù)的取值規(guī)定，計(jì)算設(shè)計(jì)方案年徑流總量控制率、峰值徑流系數(shù)、可滲透硬化地面占比、面源污染削減率等目標(biāo)值，判斷對設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成情況。