老舊小區(qū)海綿改造中年徑流總量控制率的計(jì)算方法對(duì)比及應(yīng)用

王曉蕾，周 桓

（中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

隨著中國(guó)海綿城市建設(shè)的開展，逐步對(duì)一大批老舊小區(qū)進(jìn)行了海綿改造，解決了小區(qū)內(nèi)澇問題，增強(qiáng)了小區(qū)調(diào)蓄雨水的能力，減少了直接排入市政管網(wǎng)的雨量，增加了雨水回用設(shè)施，更有利于城市的可持續(xù)發(fā)展。

在海綿改造設(shè)計(jì)中，年徑流總量控制率是評(píng)估改造效果的重要指標(biāo)[1]，該指標(biāo)主要有三種計(jì)算方法：①采用綜合年均雨量系數(shù)φn進(jìn)行計(jì)算；②斷接法，考慮到在老舊小區(qū)海綿改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，常針對(duì)部分無(wú)雨水口的不透水下墊面的雨水徑流進(jìn)行斷接，即雨水徑流先排入海綿設(shè)施中滲透、滯留、調(diào)蓄，超量雨水再排往市政雨水管網(wǎng)，因此，需要在第一種算法的基礎(chǔ)上引入雨量徑流調(diào)整系數(shù)k[2]，再進(jìn)行計(jì)算；③容積法，主要是利用海綿設(shè)施的調(diào)蓄容積進(jìn)行計(jì)算。

本文以武漢市某小區(qū)海綿改造實(shí)際工程設(shè)計(jì)為例，對(duì)上述三種年徑流總量控制率計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的梳理和探討。

1 海綿改造年徑流總量控制率計(jì)算方法

1.1 綜合年均雨量系數(shù)法

海綿改造前后的年徑流總量控制率均可采用此種方法計(jì)算，常用于改造前的控制率計(jì)算。此方法默認(rèn)小區(qū)內(nèi)雨水通過(guò)雨水口直接排往雨水管網(wǎng)，此時(shí)小區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀年徑流總量控制率可以通過(guò)綜合年均雨量系數(shù)φn進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)《武漢市海綿城市建設(shè)設(shè)計(jì)指南》（2019-02）[3]（以下簡(jiǎn)稱《指南》），區(qū)域內(nèi)綜合年均雨量徑流系數(shù)φn按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中：φni為計(jì)算區(qū)域內(nèi)某種下墊面年均雨量徑流系數(shù)，取值詳見《指南》中的表6.10；Fi為某種下墊面的面積，m2。

則小區(qū)年徑流總量控制率n為：

1.2 斷接法

斷接法僅適用于海綿改造后的控制率計(jì)算，其本質(zhì)上依然是先計(jì)算綜合年均雨量系數(shù)φn，再由式（2）算得年徑流總量控制率n，但由于改造后增加了透水鋪裝、雨水花園、下凹綠地等海綿設(shè)施，從而需要對(duì)綜合年均雨量系數(shù)φn的計(jì)算方法進(jìn)行改良，與式（1）有所區(qū)別。

在海綿改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于現(xiàn)狀不透水下墊面情況較好，周邊又缺少雨水口的情況，考慮將雨水徑流先斷接入海綿設(shè)施，經(jīng)過(guò)海綿設(shè)施滲透、滯留、調(diào)蓄后，超量雨水再排往市政雨水管網(wǎng)。例如，將小區(qū)現(xiàn)狀屋面的雨水接入雨水桶當(dāng)中，或?qū)F(xiàn)狀水泥路面的雨水先進(jìn)行斷接，即排入鄰近的下凹綠地當(dāng)中，通過(guò)土壤自然下滲，如有超量雨水，再通過(guò)溢流式雨水口排往雨水管網(wǎng)。根據(jù)《指南》，此種情況下海綿改造后的綜合年均雨量系數(shù)不能完全按照式（1）進(jìn)行計(jì)算，為了體現(xiàn)出斷接措施的作用，需要在公式中引入雨量徑流調(diào)整系數(shù)k。從而將小區(qū)內(nèi)全部下墊面分為三類：第一類是經(jīng)過(guò)海綿改造的下墊面，如透水磚人行道等；第二類是將雨水?dāng)嘟尤牒＞d設(shè)施的不透水下墊面，如上述將雨水?dāng)嘟尤胗晁暗奈菝?；第三類是未?jīng)改造，且無(wú)斷接措施的下墊面，如無(wú)斷接措施的水泥路面。系數(shù)k與第二類下墊面相關(guān)聯(lián)，因此，改良后的綜合年均雨量系數(shù)φn計(jì)算公式變?yōu)椋?/p>

式（3）中：k為斷接非海綿設(shè)施雨量徑流系數(shù)調(diào)整系數(shù)，取值詳見《指南》中的表6.11；φna、φnb、φnc分別為海綿設(shè)施下墊面、斷接非海綿設(shè)施下墊面、非海綿設(shè)施下墊面的綜合年均雨量徑流系數(shù)，算法與式（1）相同；Fa、Fb、Fc分別為上述三類下墊面對(duì)應(yīng)的面積，m2。

1.3 容積法

容積法同樣僅適用于海綿改造后的控制率計(jì)算。海綿改造后，區(qū)域內(nèi)增加了雨水花園、下凹綠地等海綿設(shè)施，這些設(shè)施具有滯留、調(diào)蓄雨水的能力，因此可以通過(guò)計(jì)算具有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施的容積、場(chǎng)均雨量徑流系數(shù)φc，從而求得設(shè)計(jì)可控降雨量H，最后查表得到年徑流總量控制率。

容積法計(jì)算年徑流總量控制率的公式如下：

式（4）（5）中：H為設(shè)計(jì)降雨量，mm；V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；φc為綜合場(chǎng)均雨量徑流系數(shù)；F為總匯水面積，hm2，F(xiàn)=∑Fi；φci為計(jì)算區(qū)域內(nèi)某種下墊面場(chǎng)均雨量徑流系數(shù)，取值詳見《指南》中的表6.10；Fi為某種下墊面的面積，m2。

最后將計(jì)算得到的設(shè)計(jì)可控降雨量H代入《指南》的表6.15中，可查找到對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率。

2 武漢某小區(qū)海綿改造案例

2.1 小區(qū)現(xiàn)狀概況及改造方案

該小區(qū)位于武漢市江岸區(qū)，始建于2002年。小區(qū)內(nèi)部現(xiàn)狀下墊面主要分為硬質(zhì)屋面、混凝土車行道、植草磚、硬質(zhì)鋪裝人行道、綠化、硬質(zhì)鋪砌水景等，具體分布情況如圖1所示。小區(qū)現(xiàn)狀人行道、車行道為不透水下墊面，且局部存在破裂和凹凸不平等問題，導(dǎo)致居民出行舒適性較差，雨季存在局部漬水等問題。

圖1 某小區(qū)海綿改造前下墊面分類圖

根據(jù)小區(qū)現(xiàn)狀建設(shè)條件，海綿改造主要采取的措施有雨水花園、下沉式綠化帶、生態(tài)停車場(chǎng)、透水鋪裝等，改造后下墊面分布情況如圖2所示，雨水徑流路徑如圖3所示。

圖2 某小區(qū)海綿改造后下墊面分類圖

圖3 某小區(qū)改造后雨水徑流路徑圖

2.2 年徑流總量控制率的計(jì)算結(jié)果及分析

按上述方法計(jì)算后，該小區(qū)海綿改造前后年徑流總量控制率如表1所示。

表1 年徑流總量控制率計(jì)算結(jié)果表

該小區(qū)經(jīng)過(guò)增加透水鋪裝、雨水花園等一系列海綿措施改造后，對(duì)于年徑流總量控制率必然是有所提高的，而根據(jù)表1的計(jì)算結(jié)果，容積法計(jì)算得出的年徑流總量控制率卻小于海綿改造前。通過(guò)對(duì)海綿改造措施的分析，由于小區(qū)內(nèi)可用來(lái)建設(shè)有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施的面積很少，面積占比1.88%，而可改造為透水下墊面的面積較大，面積占比9.45%，因此，該小區(qū)主要是通過(guò)滲透的方式提高年徑流總量控制率，而不是利用有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施，不適用容積法計(jì)算。

另外，由表1可知，海綿改造后斷接法的計(jì)算結(jié)果比綜合年均雨量系數(shù)法提升了2.3%，說(shuō)明斷接措施具有控制降雨徑流的作用。因此，在該小區(qū)中采用斷接法進(jìn)行計(jì)算，能顯著體現(xiàn)出海綿改造中斷接措施的效果。

3 結(jié)論

綜上所述，可以得出三種計(jì)算方法在海綿設(shè)計(jì)中的適用情況。綜合年均雨量系數(shù)法常用于海綿改造前的控制率計(jì)算，海綿改造后的控制率計(jì)算，常采用容積法與斷接法。容積法計(jì)算年徑流總量控制率適用于海綿改造區(qū)域內(nèi)設(shè)置了較多具有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施的情況，如區(qū)域內(nèi)設(shè)置了較多雨水花園、下凹綠地、雨水桶、雨水調(diào)蓄模塊等。而采用斷接法，即將硬化下墊面的雨水徑流優(yōu)先引入海綿設(shè)施進(jìn)行滲透、滯留、調(diào)蓄，不僅是符合海綿城市建設(shè)理念，而且在老舊小區(qū)海綿改造中可操作性強(qiáng)，因此推薦采用斷接法，提高海綿改造的效果。綜上所述，斷接法計(jì)算年徑流總量控制率的適用條件是：①海綿改造含有采取了斷接措施的不透水下墊面；②海綿改造區(qū)域內(nèi)滲透下墊面改造面積占比較大，而具有調(diào)蓄功能的海綿設(shè)施改造面積占比較小。