建筑小區(qū)海綿城市設計計算要點解析

莫國林

（廣西華藍工程管理有限公司，廣西 南寧 530000）

引言

隨著社會經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展，城市化進程不斷推進，人們在滿足物質需求之后，對環(huán)境的要求越來越高。在城市發(fā)展的過程當中，要是沒有一個良好的水循環(huán)系統(tǒng)，那么資源利用率問題就會慢慢顯現(xiàn)出來。所以說，在進行城市建設的時候要進一步促進生態(tài)文明建設。因此海綿城市理論在建設城市生態(tài)環(huán)境的時候具有十分重要的作用。

一、控制目標

海綿城市設計控制目標（分強制性目標和引導性目標）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。

二、海綿城市的本質

（一）維護水資源的生態(tài)系統(tǒng)

海綿城市的建設應當最大程度的對原有的生態(tài)水循環(huán)系統(tǒng)進行保護，包括城市當中存在的湖泊、池塘以及河流等生態(tài)自然體系，從而使得城市當中的水文情況盡可能地維持在最好的狀態(tài)之下。

（二）修復被破壞的生態(tài)結構

隨著城市的不斷建設，城市當中原有的水生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)在一定程度上受到了破壞，因此這就需要通過有效的技術措施來修復已經(jīng)被破壞的生態(tài)，改善和修復受到破壞的水循環(huán)系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)，從而使得城市的生態(tài)環(huán)境可以得到健康持續(xù)的發(fā)展。

（三）提倡低影響開發(fā)模式

盡最大的可能將城市的生態(tài)環(huán)境維持健康發(fā)展的狀態(tài)下，并以此為標準將生態(tài)破壞問題降到最低，盡可能的保護城市原有的生態(tài)水循環(huán)，從而使得城市當中額綠地系統(tǒng)能夠得到有效的維護，進而優(yōu)化水循環(huán)系統(tǒng)，這就是低影響開發(fā)理念的大致內容。城市在建設的過程當中，會充分地利用到透水路面的設計、屋頂花園設計以及雨水公園等，同時還會根據(jù)實際情況使用到下沉綠地、原有水系以及生態(tài)設施等，使得水資源能夠大大地提高利用率，對雨水進行高效的攔截和滯留。這樣一來，城市當中地表水徑流問題以及導致的內澇問題就可以得到有效的緩解。

三、海綿城市中生態(tài)綠地類型和作用

（一）面型綠地

根據(jù)不同類型的綠地而合成的城市綠地區(qū)域被稱作是面型綠地。在城市建設當中比較常見的面型綠地有居住綠地和商業(yè)綠地。面型綠地能夠有效地將建筑、廣場以及道路當中的雨水徑流進行收集，而且還可以就地進行吸納、入滲以及收集，在需要用水的時候能夠進行灌溉。因為面型綠地的生態(tài)設施分布的比較分散，而且尺寸也比較小，因此對雨洪進行管理的時候可以解決的區(qū)域面積有限，在超出解決范圍的區(qū)域無法有效地進行處理。同樣對于徑流也只能處理較小部分。

（二）點型綠地

點型綠地主要說的是在城市當中呈點狀分布的生態(tài)綠地，比如在社區(qū)當中的公園，在該區(qū)域建設大量的濕地或者雨水公園等設施。點型綠地當中需要有合適的湖泊、小溪等水體系統(tǒng)，從而能夠對雨水進行存儲、過濾、吸納以及凈化，這部分水資源在需要利用的時候可以用來對綠地進行澆灌，從而使雨水得到充分的利用。在實際操作的過程當中可以發(fā)現(xiàn)點型綠地能夠有效地吸納和處理雨水，從而在一定程度上減少雨水徑流。因為人工湖、濕地等水體資源自身具有儲存的功能，所以對于雨水儲存設施的工程性建設可以適當?shù)販p少。

四、常見問題

（一）管網(wǎng)設計不合理

在新建建筑小區(qū)的海綿城市設計中，筆者見到有設計者還是按原有管網(wǎng)設計方法，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)，最終進入市政排水管網(wǎng)，有設計者僅將下沉式綠地、雨水花園的溢流排水接入小區(qū)雨水管網(wǎng)，也有設計者將小區(qū)雨水分兩路，一路引入調蓄池，溢流雨水與小區(qū)主管線匯合后接入市政管網(wǎng)，其余LID 設施也是僅由溢流排水管接入小區(qū)雨水管網(wǎng)。筆者認為這兩種做法都沒有充分發(fā)揮LID 設施的滲、滯、蓄、凈的作用。設計者應改變原有思路，分析小區(qū)豎向布局，以LID 設施為核心，精細劃分匯水分區(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LID 設施條件，可以在分區(qū)之間采用植草溝、排水暗管等進行聯(lián)通，最終達到整個項目徑流控制率的要求。

（二）與雨水回用設計混淆

以雨水回收利用為目標的給排水總圖設計思路是先根據(jù)需回收雨水量計算出對應的匯水面積，該部分雨水收集進入雨水回收池，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)。海綿城市設計時，小區(qū)的給排水總圖設計思路是先根據(jù)當?shù)匾?guī)劃要求的強制性目標，考慮項目本身情況和經(jīng)濟因素，確定滲透設施類型及規(guī)模，即灰色設施的調蓄容積及綠色設施的類型及配比，圍繞綠化設施劃分匯水面積，組織雨排水。因此這兩種設計思路出發(fā)點不同，目標不同。

（三）雨水排除不合理

有的設計中綠地標高較高，導致雨水徑流路徑受阻。設計時應通過調整豎向標高，將周邊雨水盡量坡向綠地，如果是普通綠地，雨水口頂面標高應高于綠地20mm～50mm，且不應高于路面。如果采用下沉式綠地，溢流口頂面標高一般應高于綠地50mm～100mm，使得雨水先蓄滯后溢流。

五、設計方法

（一）年徑流總量控制率與年徑流污染控制率

在《指南》推出兩年時間里，海綿城市建設試點進行了很多低影響開發(fā)的工程實踐，以雨水體積為控制核心的工程在不斷地應用。實際上，雨水通過低影響開發(fā)等措施進行“滲、滯、蓄、凈、用、排”等一系列環(huán)節(jié)，不僅僅是對雨水進行滯留，更重要的是對徑流雨水污染物的截留、去除和控制。筆者認為，“年徑流總量控制率”這一指標固然重要，但最終還應以雨水徑流污染控制效果為目標。換言之，在海綿城市建設的一系列措施中，雨水體積的控制是一種途徑、方法或者載體，通過控制雨水體積，來控制徑流雨水的污染。

其實，在實際的落地工程中，如果有能夠將雨水快速處理、瞬時處理的“即來即處理”雨水設施，則認為確實不需要對雨水的體積進行控制，但在實際工程中是否存在呢?在現(xiàn)實降雨中，雖然如前所述分析了不同雨型、短歷時、長歷時，采用不同的模型工況，但每場降雨都是不同的，雨水流量的變化系數(shù)是非常大的，具有很多不確定性。因此這類設施很難有效發(fā)揮控制徑流污染的功能，因此，這類實施就需要對雨水體積進行“滯、蓄”，以緩沖降雨量的變化，這也是把徑流總量控制作為重要指標的原因之一，追根溯源，徑流總量控制是徑流污染控制的方法和途徑，而目標還應落在徑流污染的控制效果上。

（二）年徑流總量控制率的應用

根據(jù)《指南》容積法進行計算時，設計調蓄容積V=10H·Ψ·F，其中H為年徑流總量控制率對應的設計降雨量，實際所需調蓄的容積=設計降雨量×徑流系數(shù)，即實際的徑流雨量作為調蓄容積的計算基準值。不同的是，模型法基于EPA－SWMM 產(chǎn)匯流的原理，總降水量=蒸發(fā)量+下滲量+徑流量，從其水平衡的關系可以看出，其調蓄容積直接基于總設計降雨量為計算基準值。從計算原理講，采用模型的計算更加貼近年徑流總量控制率的概念。容積法和模型法不存在矛盾，只是容積法通過一個徑流系數(shù)簡化了模型中的蒸發(fā)模型、入滲模型等參數(shù)，在實際工程應用時，應根據(jù)不同尺度、不同深度分別應用。

當采用《指南》中各種低影響開發(fā)設施時，如何達到年徑流總量控制率，是采用《指南》中的容積法還是EPA 的模型法，當采用模型法時，采用何種雨型來評估，這些問題都影響著每一個設計人員。前述已闡明了年徑流總量控制率的計算過程和機理，不難發(fā)現(xiàn)，年徑流總量控制率實際上有兩個含義，由此也對應不同的雨型應用，其各有優(yōu)劣。

第一個含義:年徑流總量控制率對應的設計降雨量，是對過去30 年的所有“日”降雨量(2mm 及以下除外)的概率統(tǒng)計。例如，上述85%年徑流總量控制率對應的設計降雨量為26.8mm，其含義即為，如果要達到85%的年徑流總量控制率，那么就需要能“控制”住“日”降雨量為26.8mm 的降雨。在業(yè)內普遍認為，“控制”是指“不外排”，“日”是指24h，于是就有了日降雨量26.8mm 的24h 雨型進行模擬。筆者認為，采用24h 雨型是有效且可行的。但應注意兩點：①“控制”，是指以控制雨水體積為方法，進而控制雨水污染物，至于是否外排，并不重要，只要徑流雨水污染物削減達標，外排雨水也是可以接受的；②“日”，雖然根據(jù)設計日降雨量及峰值系數(shù)，可以分布出24h 的雨型進行模擬，但也應根據(jù)當?shù)亟涤甑慕?jīng)驗，采用短歷時降雨(比如2h 或4h)雨型進行校核，因為當短歷時的實際降雨發(fā)生時，雨水瞬時流量要比長歷時大很多，按長歷時設計的低影響開發(fā)設施能否有效地“控制”短歷時降雨時的污染物，應進行進一步校核驗證。

第二個含義:“年”徑流總量控制率是指以一個“年”為單位，控制住85%的年總降雨量。例如，上述該市在1986 年—2015 年，年總降雨量最低為369mm(2002 年)，最高為838mm(2010 年)，平均為600mm。在模型應用中，采用接近平均年降雨量的年份，比如1999 年的621mm 作為典型年，進行一年內逐日降雨量的模擬，同時對低影響開發(fā)設施進行設計，然后采用最高降雨年份進行模型校核，并對低影響開發(fā)設施進行修正，最終選取可工程化、技術經(jīng)濟性價比最優(yōu)的方案。通過對全年的模擬，可以直觀地看到一年能控制的雨水量和污染物，同時也和每年溢流到受納水體的污染物濃度以及溢流次數(shù)相對應。

結語

在建筑小區(qū)海綿城市設計時，年徑流總量控制率的計算首選容積法確定LID 設施規(guī)模，計算時注意區(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。

年徑流污染物削減率的計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。

徑流峰值控制的計算中用到的設計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計降雨量、匯水面積進行區(qū)分。

年徑流總量控制率是一個重要的指標，徑流污染的控制是效果目標，體積的控制是實現(xiàn)污染物削減目標的有效方法和重要途徑之一。