建筑小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)解析

趙 波 （上海建工七建集團(tuán)有限公司，上海 200232）

近年來，隨著人民生活水平的提高和城市化進(jìn)程的加快，人與自然的矛盾也愈加突出，城市洪澇、徑流污染、合流制溢流污染、黑臭水體污染、水資源短缺等水環(huán)境與水資源問題頻現(xiàn)。海綿城市建設(shè)需要構(gòu)建涉及源頭削減措施、中途、末端綜合措施的全過程雨水控制與管理體系。在建筑小區(qū)通過源頭控制方式削減降雨過程的洪峰流量和徑流總量是海綿城市建設(shè)中非常重要的一環(huán)。本文旨在從一級(jí)源頭控制方面，對(duì)建筑小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)中重要指標(biāo)的計(jì)算方法、易混淆概念及常見問題做出梳理及總結(jié)，以使廣大建筑給排水設(shè)計(jì)工作者能迅速掌握相關(guān)內(nèi)容。

1 控制目標(biāo)

海綿城市設(shè)計(jì)控制目標(biāo)（分強(qiáng)制性目標(biāo)和引導(dǎo)性目標(biāo)）主要包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用率、下沉式綠地建設(shè)比例、透水鋪裝率、綠色屋頂覆蓋比例、不透水面徑流控制比例及蓄水池最低容積要求等。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1 年徑流總量控制率

要深入理解年徑流總量控制率及設(shè)計(jì)降雨量這兩個(gè)概念可以查閱劉旭為文章中的推導(dǎo)過程。年徑流總量控制率主要用于確定相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量，從而確定LID 設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模。確定設(shè)計(jì)規(guī)模最常用且最容易著手的方法是容積法。容積法計(jì)算公式為：

式中：V—設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m；

H—設(shè)計(jì)降雨量，mm

φ—綜合雨量徑流系數(shù)

F—匯水面積，hm

其中φ 為綜合雨量徑流系數(shù)，是對(duì)各下墊面雨量徑流系數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。這里區(qū)分兩個(gè)系數(shù)，一個(gè)是雨量徑流系數(shù)，一個(gè)是流量徑流系數(shù)。雨量徑流系數(shù)主要用于徑流總量控制，流量徑流系數(shù)主要用于徑流峰值控制。其取值相近，雨量徑流系數(shù)一般小于等于流量徑流系數(shù)。

設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)啬陱搅骺偭靠刂坡蔾 的要求，查當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)降雨量H，即可利用公式（1）計(jì)算出需要的低影響開發(fā)設(shè)施的有效調(diào)蓄總?cè)莘eV，然后由景觀專業(yè)根據(jù)場(chǎng)地覆土深度、下墊面類型及整體布局綜合調(diào)配各低影響開發(fā)設(shè)施的配比。

2.2 年徑流污染物削減率SS

年徑流污染物削減率SS 可以采用有效面積法，根據(jù)設(shè)施的有效匯水面積加權(quán)平均計(jì)算，公式為S=K∑(Si'Fi)/F，也可以采用有效容積法，根據(jù)設(shè)施的有效調(diào)蓄容積加權(quán)平均計(jì)算，公式為S=K∑(Si'Vi)/∑Vi，其中Si' 為各低影響開發(fā)設(shè)施對(duì)SS 的平均去除率，F(xiàn)i 為各低影響開發(fā)設(shè)施的有效匯水面積，Vi 為各設(shè)施的有效調(diào)蓄容積。當(dāng)匯水面積雨水不能全部匯入低影響開發(fā)設(shè)施時(shí)，有效面積法計(jì)算出的SS 值小于有效容積法，當(dāng)匯水面積雨水全部匯入低影響開發(fā)設(shè)施時(shí)，兩種方法計(jì)算結(jié)果相差不大。有效面積法計(jì)算加權(quán)平均SS 值更為合理，可以反映出不同低影響開發(fā)設(shè)施或者說不同下墊面對(duì)匯水面積雨水污染物的去除效果；有效容積法更直觀、簡便。

2.3 徑流峰值控制

控制徑流峰值就等于控制城市內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。需控制利用的雨水徑流總量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：W—需控制利用的雨水徑流總量（m）；

hy—設(shè)計(jì)日降雨量（mm）；

φ—雨量徑流系數(shù)；

φ—控制徑流峰值所對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)，應(yīng)符合當(dāng)?shù)匾?guī)劃控制要求；

F—硬化匯水面面積（hm）。

需要注意的是這個(gè)公式中h是設(shè)計(jì)日降雨量（而不是與年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量），應(yīng)按常年最大24h降雨量確定。還要注意區(qū)分這里F 為硬化匯水面面積，而不是總的匯水面積，可以理解為徑流峰值量主要由硬化匯水面產(chǎn)生。

3 案例

以山東省青島市某項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目凈用地面積11280 m，硬屋面面積4512 m，綠化面積2267.3 m，道路廣場(chǎng)及鋪裝面用地面積4500.7m，透水鋪裝率按8%計(jì)，透水鋪裝面積為364 m，硬質(zhì)路面面積為4136.7 m。兩年一遇日降雨量按照72.1mm 取值，控制徑流峰值所對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)按0.45。雨水按山東省青島地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式：P=3 年，t=15min，q=258 （L/s ·10000m），即92.7mm/h。年徑流總量控制率按75%，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為27.4mm。年徑流污染物削減率目標(biāo)為60%。

設(shè)計(jì)調(diào)蓄量計(jì)算表 表1

年徑流污染物削減率指標(biāo)計(jì)算表 表2

①徑流總量控制計(jì)算：根據(jù)公式（1），計(jì)算滿足年徑流控制率的最低設(shè)計(jì)調(diào)蓄量為158.03m。結(jié)果見表1。

②徑流峰值控制計(jì)算：匯水硬化匯水面積F 為8648.7m；需控制利用的雨水徑流總量W 采用公式（2）計(jì)算結(jié)果為247.5m，大于設(shè)計(jì)調(diào)蓄量，按徑流峰值控制設(shè)計(jì)下凹綠地面積為1393m，蓄水高度0.1m，調(diào)蓄排放水量為139.3m，因此本項(xiàng)目收集回用系統(tǒng)蓄水量規(guī)模為108.2m，取110m。

反算實(shí)際實(shí)現(xiàn)的年徑流總量控制率：

根據(jù)公式（1），其中V 為247.5m，H為27.4mm，φ 為0.69，F(xiàn)（匯水面積，而非硬化匯水面積）為1.128hm，計(jì)算得到H 為31.80mm ＞27.4mm，年徑流總量控制率約為78.5%。

徑流總量和徑流峰值均得到控制。

③年徑流污染物削減率計(jì)算：雨水蓄水池對(duì)污染物去除率按90%，下沉式綠地對(duì)污染物去除率按80%計(jì)，年徑流污染物削減率指標(biāo)計(jì)算結(jié)果見表2，滿足60%的要求。

4 常見問題

4.1 管網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理

在新建建筑小區(qū)的海綿城市設(shè)計(jì)中，筆者見到有設(shè)計(jì)者還是按原有管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法，將屋面雨水和小區(qū)路面徑流雨水直接匯入小區(qū)雨水管網(wǎng)，最終進(jìn)入市政排水管網(wǎng)，有設(shè)計(jì)者僅將下沉式綠地、雨水花園的溢流排水接入小區(qū)雨水管網(wǎng)，也有設(shè)計(jì)者將小區(qū)雨水分兩路，一路引入調(diào)蓄池，溢流雨水與小區(qū)主管線匯合后接入市政管網(wǎng)，其余LID 設(shè)施也是僅由溢流排水管接入小區(qū)雨水管網(wǎng)。筆者認(rèn)為這兩種做法都沒有充分發(fā)揮LID 設(shè)施的滲、滯、蓄、凈的作用。設(shè)計(jì)者應(yīng)改變?cè)兴悸罚治鲂^(qū)豎向布局，以LID 設(shè)施為核心，精細(xì)劃分匯水分區(qū)，將屋面雨水及小區(qū)路面雨水盡量引入LID設(shè)施，如果部分分區(qū)受用地類型或現(xiàn)狀條件的限制，不具備建設(shè)LID 設(shè)施條件，可以在分區(qū)之間采用植草溝、排水暗管等進(jìn)行聯(lián)通，最終達(dá)到整個(gè)項(xiàng)目徑流控制率的要求。

4.2 雨水排除不合理

有的設(shè)計(jì)中綠地標(biāo)高較高，導(dǎo)致雨水徑流路徑受阻。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過調(diào)整豎向標(biāo)高，將周邊雨水盡量坡向綠地，如果是普通綠地，雨水口頂面標(biāo)高應(yīng)高于綠地20mm～50mm，且不應(yīng)高于路面。如果采用下沉式綠地，溢流口頂面標(biāo)高一般應(yīng)高于綠地50mm～100mm，使得雨水先蓄滯后溢流。

4.3 與雨水回用設(shè)計(jì)混淆

以雨水回收利用為目標(biāo)的給排水總圖設(shè)計(jì)思路是先根據(jù)需回收雨水量計(jì)算出對(duì)應(yīng)的匯水面積，該部分雨水收集進(jìn)入雨水回收池，處理后回用，其他匯水面積的雨水直接有組織排入市政管網(wǎng)。海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)，小區(qū)的給排水總圖設(shè)計(jì)思路是先根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)劃要求的強(qiáng)制性目標(biāo)，考慮項(xiàng)目本身情況和經(jīng)濟(jì)因素，確定滲透設(shè)施類型及規(guī)模，即灰色設(shè)施的調(diào)蓄容積及綠色設(shè)施的類型及配比，圍繞綠化設(shè)施劃分匯水面積，組織雨排水。因此這兩種設(shè)計(jì)思路出發(fā)點(diǎn)不同，目標(biāo)不同。

5 結(jié)語

①在建筑小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)，年徑流總量控制率的計(jì)算首選容積法確定LID 設(shè)施規(guī)模，計(jì)算時(shí)注意區(qū)分流量徑流系數(shù)與雨量徑流系數(shù)的概念，公式中的面積為匯水面積。

②年徑流污染物削減率的計(jì)算可以采用有效面積和有效容積法。有效面積法更合理，有效容積法更直觀、快速。

③徑流峰值控制的計(jì)算中用到的設(shè)計(jì)日降雨量和硬化匯水面積要和年徑流總量控制率中采用的設(shè)計(jì)降雨量、匯水面積進(jìn)行區(qū)分。

④對(duì)設(shè)計(jì)中常見問題進(jìn)行總結(jié)，主要包括屋面雨水及小區(qū)道路雨水不經(jīng)過LID 設(shè)施如下沉式綠地、雨水花園就直接進(jìn)入小區(qū)雨水管網(wǎng)；豎向標(biāo)高設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致雨水無法進(jìn)入綠地，綠地中雨水口或溢流口頂標(biāo)高設(shè)計(jì)不合理；混淆海綿城市設(shè)計(jì)和雨水回用設(shè)計(jì)的目標(biāo)和思路等。