年徑流總量控制率計(jì)算方法比較

鄒 寒（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司， 上海 201108）

近年，隨著海綿城市建設(shè)要求的不斷提升和全面推進(jìn)，我國(guó)大部分地區(qū)都出臺(tái)了海綿城市建設(shè)管理辦法。要求在城市規(guī)劃建設(shè)管理各個(gè)環(huán)節(jié)落實(shí)海綿城市建設(shè)理念，建設(shè)項(xiàng)目在土地出讓、方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、建設(shè)管控、竣工驗(yàn)收全過(guò)程等方面，均需滿足海綿城市的相關(guān)要求。除此之外，各個(gè)方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也逐漸與海綿城市融合，將其要求納入標(biāo)準(zhǔn)中。上海市最新修編完成的地方標(biāo)準(zhǔn) DG/TJ 08-2090—2020《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》針對(duì)用地面積 ＞ 2 萬(wàn) m2的建筑與小區(qū)項(xiàng)目，將海綿城市專項(xiàng)設(shè)計(jì)要求提為控制項(xiàng)。這一方面體現(xiàn)了海綿城市要求的更加全面化，另一方面也為建筑與小區(qū)綠色建筑和海綿城市的融合提供了很好的基礎(chǔ)。

建筑與小區(qū)以其在城市建設(shè)中量大面廣的特點(diǎn)，成為雨水徑流產(chǎn)生的重要源頭，同時(shí)也是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。年徑流總量控制率作為建筑與小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，其計(jì)算的合理性會(huì)直接影響到項(xiàng)目的實(shí)際控制效果。在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)有 2 個(gè)常見問(wèn)題亟待解決。① 直接按總量計(jì)算是否合理。很多項(xiàng)目為了滿足年徑流總量控制率帶來(lái)的徑流控制容積要求，將所有的調(diào)蓄容積放到項(xiàng)目邊角位置去消納，下凹式綠地動(dòng)輒幾百甚至上千平方米，而不考慮匯水分區(qū)內(nèi)的控制需求。② 用于收集回用的蓄水池是否可以計(jì)入海綿設(shè)施的調(diào)蓄容積。換言之，蓄水池對(duì)于徑流總量控制是否有貢獻(xiàn)。

針對(duì)這 2 個(gè)問(wèn)題，本文以一個(gè)假設(shè)案例為基礎(chǔ)，采用 3 種不同年徑流總量控制率計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，判斷其合理性，從而提出建議做法。

1 基礎(chǔ)情況

1.1 假設(shè)案例信息

項(xiàng)目位于上海市，總用地面積 F 為 10 000 m2，其中綠地面積為 3 000 m2，建筑基底面積為 3 000 m2，其余道路廣場(chǎng)面積為 4 000 m2。項(xiàng)目所在地區(qū)年降雨量 h 為 1 164.5 mm，海綿城市設(shè)計(jì)目標(biāo)年徑流總量控制率 75%（對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量 H 為 22.2 mm），年徑流污染控制率（以 SS 計(jì)）50%。項(xiàng)目采用雨水收集回用系統(tǒng)，綠化灌溉、道路澆灑、車庫(kù)沖洗采用雨水，地下車庫(kù)面積為 8 000 m2。

1.2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)工作

（1）匯水區(qū)劃定和下墊面分析。假設(shè)綜合考慮豎向、排水、下墊面等多因素后，將案例分為 9 個(gè)匯水分區(qū)。各分區(qū)內(nèi)的下墊面情況和綜合徑流系數(shù)如表1 所示。

表1 案例各分區(qū)信息一覽表

（2）海綿設(shè)施布局規(guī)模。根據(jù)場(chǎng)地下墊面分布、豎向條件和不同分區(qū)目標(biāo)布局海綿設(shè)施，選用雨水花園、下凹式綠地和蓄水池 3 種設(shè)施。其中，雨水花園和下凹式綠地屬于調(diào)蓄型設(shè)施，蓄水池用于雨水收集回用，容積為 90 m3，收集雨水范圍是 6～9 分區(qū)，具體設(shè)施布局位置及規(guī)模如圖 1 所示。

圖 1 案例分區(qū)及設(shè)施布局示意圖

2 年徑流總量控制率計(jì)算

本文采用總量直接計(jì)算法、分區(qū)加權(quán)計(jì)算法和年徑流控制分別計(jì)算法 3 種方法進(jìn)行年徑流總量控制率計(jì)算。

2.1 總量直接計(jì)算法

本方法是直接將項(xiàng)目采用的下凹式綠地、雨水花園和蓄水池的調(diào)蓄容積做加和得到總調(diào)蓄容積，再按照式（1）計(jì)算場(chǎng)地的設(shè)計(jì)降雨量，并利用數(shù)據(jù)擬合法得到對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率。

式中：H—設(shè)計(jì)降雨量，mm；

V—調(diào)蓄容積，m3；

F—計(jì)算匯水面積，m2；

φ—綜合徑流系數(shù)。

采用總量直接計(jì)算法分別計(jì)算總調(diào)蓄容積含蓄水池和不含蓄水池 2 種情況下的年徑流總量控制率，計(jì)算結(jié)果如表2 所示。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)調(diào)蓄容積含蓄水池時(shí)，年徑流總量控制率為 75.3%，不含蓄水池時(shí)，年徑流總量控制率僅為41.4%。兩種結(jié)果差距非常大，說(shuō)明蓄水池的容積是否納入調(diào)蓄對(duì)本方法計(jì)算結(jié)果的影響非常大。

2.2 分區(qū)加權(quán)計(jì)算法

分區(qū)加權(quán)計(jì)算法方法是參考 GB/T 51345—2018《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中第 5.1.3 條第 2 款“年徑流總量控制率評(píng)價(jià)應(yīng)將各設(shè)施、無(wú)設(shè)施控制的各下墊面的年徑流總量控制率，按包括設(shè)施自身面積在內(nèi)的設(shè)施匯水面積、無(wú)設(shè)施控制的下墊面的占地面積加權(quán)平均，得到項(xiàng)目實(shí)際年徑流總量控制率”，將每個(gè)分區(qū)的年徑流總量控制率按照各分區(qū)匯水面積進(jìn)行加權(quán)平均，計(jì)算項(xiàng)目設(shè)計(jì)可達(dá)到的年徑流總量控制率。對(duì)于沒(méi)有采用海綿設(shè)施控制的分區(qū)，參考 GB/T 51345—2018 第 5.1.3 條第 3 款，年徑流總量控制率 R 按照式（2）計(jì)算。

采用分區(qū)加權(quán)計(jì)算法分別計(jì)算了總調(diào)蓄容積含蓄水池和不含蓄水池 2 種情況下的年徑流總量控制率，分別為 67%、44%，如表3 所示。本方法在 2 種不同情況下的計(jì)算結(jié)果差距也非常大，說(shuō)明蓄水池的容積是否納入調(diào)蓄對(duì)本方法計(jì)算結(jié)果的影響也很大。

表3 含蓄水池情況下各分區(qū)年徑流總量控制率計(jì)算

2.3 年徑流控制分別計(jì)算法

為了進(jìn)一步判斷蓄水池是否應(yīng)該納入調(diào)蓄容積，提出年徑流控制分別計(jì)算法。本方法與前文所述的 2 種方法不同，其計(jì)算是以年降雨量為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算滲透、調(diào)蓄、回用 3 種控制方式下的年降雨控制量，從而加和求得項(xiàng)目的年徑流總量控制率。以本案例為基礎(chǔ)計(jì)算如下。

（1）年滲透量（V滲透）的計(jì)算公式如式（3）所示。

式中：h—年降雨量，mm，取 1 164.5 mm。

將相關(guān)量代入式（3），得到年滲透量 V滲透為 4 600 m3。

（2）年調(diào)蓄量（V調(diào)蓄）計(jì)算。年調(diào)蓄量即每個(gè)分區(qū)年調(diào)蓄量之和，此處計(jì)算不考慮滲透和回用的貢獻(xiàn)，僅考慮調(diào)蓄設(shè)施的調(diào)蓄量。年調(diào)蓄量的計(jì)算公式如式（4）所示。

式中：Fi—分區(qū)匯水面積，m2；

φi—分區(qū)綜合徑流系數(shù)；

Ri—分區(qū)年徑流總量控制率，%。

本案例中，僅分區(qū) 1、2、4、6 中設(shè)有調(diào)蓄設(shè)施，按照表3 中年徑流總量控制率的結(jié)果對(duì)計(jì)算 4 個(gè)分區(qū)的年調(diào)蓄量，分別為 335.2 m3、515.4 m3、246.1 m3、335.2 m3，總計(jì) V調(diào)蓄為 1 432 m3。

（3）年回用量（V回用）計(jì)算。采用逐月水量平衡分析計(jì)算，雨水收集范圍是 6～9 分區(qū)，總收集匯水面積為 5 000 m2。

收集的年可用雨水量 Wya參考 GB 50555—2010《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中 5.2.4 條，按照式（5）計(jì)算。需要注意的是，當(dāng)雨水收集范圍內(nèi)設(shè)施為雨水花園或下凹式綠地等調(diào)蓄設(shè)施時(shí)，應(yīng)利用扣除調(diào)蓄量后的徑流產(chǎn)生量進(jìn)行計(jì)算。

式中： 0.6～0.7 —除去不能形成徑流的降雨、棄流雨水等外的可回用系數(shù)。

本案例中 6 分區(qū)內(nèi)既有下凹式綠地，又為蓄水池收集范圍，因此在計(jì)算時(shí)，需扣除 6 分區(qū)的年調(diào)蓄容積，即335.2 m3。

采用逐月水量平衡分析計(jì)算年實(shí)際雨水回用量，結(jié)果如表4 所示。經(jīng)計(jì)算，年實(shí)際雨水回用量 V回用為 1 660 m3。

表4 逐月水量平衡分析表

（4）年徑流總量控制率的計(jì)算公式如式（6）所示。

經(jīng)計(jì)算，年徑流總量控制率為 66%，其中年回用雨水量占年徑流總量的 14.3%，說(shuō)明雨水回用對(duì)徑流總量控制是有明顯作用的，因此不應(yīng)直接在計(jì)算中忽略此部分的貢獻(xiàn)。

3 方法對(duì)比

通過(guò) 3 種方法的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析，得到 3 點(diǎn)結(jié)論。① 3 種計(jì)算方法計(jì)算的結(jié)果存在較大差異，總量直接計(jì)算法計(jì)算的結(jié)果可以滿足年徑流總量控制率 75% 的要求，另外 2 種方法計(jì)算結(jié)果均 ＜ 70%。② 在考慮蓄水池作用的情況下，采用分區(qū)加權(quán)計(jì)算法和年徑流控制分別計(jì)算法得到的年徑流總量控制率計(jì)算結(jié)果相近，且明顯低于總量直接計(jì)算法。③ 若不考慮蓄水池的作用，總量直接計(jì)算法和分區(qū)加權(quán)計(jì)算法得到的年徑流總量控制率計(jì)算結(jié)果與年徑流控制分別計(jì)算法的結(jié)果差距很大，這說(shuō)明雨水回用量是不應(yīng)被直接忽略的。進(jìn)一步分析原因，可以歸結(jié)出 3 種方法本身的優(yōu)缺點(diǎn)，如表5 所示。

表5 3 種計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

本文提出的 3 種年徑流總量控制率計(jì)算方法，從合理性角度看，分區(qū)加權(quán)計(jì)算法和年徑流控制分別計(jì)算法明顯優(yōu)于總量計(jì)算法。另外，從計(jì)算便捷程度看，總量計(jì)算法和分區(qū)加權(quán)計(jì)算法明顯優(yōu)于年徑流控制分別計(jì)算法。因此，在海綿城市設(shè)計(jì)中，建議優(yōu)先采用分區(qū)加權(quán)計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)設(shè)有雨水收集回用作用的蓄水池時(shí)，可在分區(qū)加權(quán)計(jì)算法的基礎(chǔ)上，用年徑流控制分別計(jì)算法進(jìn)行驗(yàn)證，并將兩者計(jì)算結(jié)果取小。

4 結(jié) 語(yǔ)

（2）海綿城市設(shè)計(jì)是一個(gè)精細(xì)化的工作，為了保證其真正有效，在年徑流總量控制率的計(jì)算方法上，必須要改變?cè)泻?jiǎn)單粗暴采用總量直接計(jì)算法的方式。建議優(yōu)先采用分區(qū)加權(quán)計(jì)算法進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)設(shè)有雨水收集回用作用的蓄水池時(shí)，增加年徑流控制分別計(jì)算法驗(yàn)證。

年徑流總量控制率的計(jì)算只是海綿城市設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)步驟，其海綿作用發(fā)揮更離不開合理的匯水區(qū)劃分、豎向設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)、植物選擇和設(shè)施斷面設(shè)計(jì)等工作。因此，一定要忌粗糙、忌粗放，從整體化、精細(xì)化、景觀化的角度去開展海綿城市設(shè)計(jì)，才能達(dá)到海綿城市預(yù)期的控制效果。

本文通過(guò) 3 種年徑流總量控制率計(jì)算方法的分析對(duì)比，得到結(jié)論如下。

（1）雨水回用對(duì)徑流總量有明顯控制作用，不應(yīng)直接在計(jì)算中忽略此部分的貢獻(xiàn)。