淺談重慶海綿城市（低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)）設(shè)計(jì)

牟文億

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400015）

1 海綿城市背景簡(jiǎn)介

城市的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)模式，呈現(xiàn)快排模式徑流特征，阻斷了原有雨水自然循環(huán)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快導(dǎo)致水環(huán)境方面積累了深層次的矛盾。由于不透水屋面和地面隨著城市化的進(jìn)程而持續(xù)不斷地快速增加，能夠吸收雨水的地面和水面急劇減少，地下水的滲入更是匱乏（蒸發(fā)下滲減少），從而導(dǎo)致地表徑流的不斷增加。

不透水區(qū)域太多，把大量原本能夠涵養(yǎng)水源的林地、草地、湖泊、濕地給占用了，切斷了自然的水循環(huán)以及地下水供給，改變?cè)械乃奶卣?，?dǎo)致城市內(nèi)澇、干旱、黑臭河體、熱島效應(yīng)、霧霾等城市病，也同時(shí)帶來(lái)水資源方面幾大痛點(diǎn)：水多（內(nèi)澇）、水少（地下水資源流失）、水臟（徑流污染）。

（1）國(guó)家層面：2014 年 12 月31 日，根據(jù)習(xí)近平總書(shū)記關(guān)于“加強(qiáng)海綿城市建設(shè)”的講話精神，以及相關(guān)對(duì)應(yīng)出臺(tái)法規(guī)政策要求，國(guó)家財(cái)政部、住建部和水利部聯(lián)合進(jìn)行了海綿城市建設(shè)試點(diǎn)工作，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)選，確定了16 個(gè)城市為第一批試點(diǎn)城市，包括了重慶的兩江新區(qū)悅來(lái)新城。

（2）重慶層面：①試點(diǎn)先行?！?+3”試點(diǎn)，即：1 個(gè)國(guó)家級(jí)試點(diǎn)區(qū)域兩江新區(qū)悅來(lái)新城；3 個(gè)市級(jí)試點(diǎn)區(qū)域萬(wàn)州區(qū)、璧山區(qū)、秀山縣。②逐步推廣。2018—2020 年，有條件的區(qū)縣、園區(qū)。③全面推進(jìn)。2020—2030 年，全市所有區(qū)縣全面推進(jìn)海綿城市建設(shè)，不僅包括新建項(xiàng)目，也包括城市更新等項(xiàng)目。

2 海綿城市及低影響開(kāi)發(fā)（LID）

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”。海綿城市建設(shè)概念宏觀，主要包括低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)等，如圖1 所示。

圖1 海綿城市系統(tǒng)概述

以上3 個(gè)系統(tǒng)并不是孤立的，也沒(méi)有嚴(yán)格的界限，三者相互補(bǔ)充、相互依存，是海綿城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)元素。共同構(gòu)成綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施加傳統(tǒng)的灰色雨水基礎(chǔ)設(shè)施的海綿城市體系。

低影響開(kāi)發(fā)：低影響開(kāi)發(fā)是基于模擬自然水文條件原理，采用源頭控制和延緩沖擊負(fù)荷的理念，通過(guò)構(gòu)建微型分散式生態(tài)處理技術(shù)（模擬未開(kāi)發(fā)前）實(shí)現(xiàn)雨水徑流總量和污染控制。盡可能維持場(chǎng)地開(kāi)發(fā)后的水文特性與開(kāi)發(fā)前基本一致，目的改善城市生態(tài)系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)通過(guò)幾個(gè)具體性的技術(shù)指標(biāo)去控制，和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別是其為帶有指標(biāo)目標(biāo)性的設(shè)計(jì)。其中用到的6 大技術(shù)：滲、滯、蓄、凈、用、排，采用的數(shù)學(xué)模型主要為容積法、加權(quán)平均。

3 主要控制指標(biāo)

（1）年徑流總量控制率←→生態(tài)，對(duì)降雨量進(jìn)行控制，減少雨水外排。

（2）年徑流污染物削減率←→水環(huán)境，對(duì)控制的降雨量中的污染物進(jìn)行削減。

（3）徑流峰值控制←→水安全，新建項(xiàng)目，在2 年一遇24h 降雨條件下，開(kāi)發(fā)后外排雨水峰值流量不高于開(kāi)發(fā)前。重點(diǎn)是通過(guò)控制降雨量延緩雨水徑流峰值。

（4）雨水資源化利用率←→水資源。雨水回用，提高雨水資源化利用率。

其中徑流總量控制是手段，污染物削減是目的。

以上4 個(gè)指標(biāo)全國(guó)大多城市設(shè)計(jì)均為剛性?？紤]重慶市降雨特點(diǎn)呈現(xiàn)以下兩個(gè)主要方面：①經(jīng)多年平均統(tǒng)計(jì)，重慶市每年降雨天數(shù)為130~140d，約占全年日歷天的1/3。②日降雨類型分類（日降雨量）：小雨（0.1~10mm）、中雨（10~25mm）、大雨（25~50mm）、暴雨（50~100mm）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)重慶市日降雨量為小雨、中雨的比例達(dá)90%，日降雨量為大雨和暴雨的比例約10%。重點(diǎn)控制大概率的中、小降雨；外加重慶地形坡度較大，故重慶除悅來(lái)四個(gè)指標(biāo)均為剛性外，考慮，對(duì)其余區(qū)域徑流峰值控制以及雨水資源化利用率設(shè)置為推薦性指標(biāo)。

4 主要概念和常用設(shè)施

（1）年徑流總量控制率：為多年平均不外排的雨量（即滲透、蒸發(fā)、過(guò)濾、吸收等各種受控雨量）與降雨量的比值，應(yīng)注意是按多年日降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，而不是按每場(chǎng)降雨量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。海綿設(shè)施是對(duì)所有日降雨量的全部或部分進(jìn)行控制。

（2）年徑流污染去除率：區(qū)域內(nèi)的年徑流總量控制率與實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率的設(shè)施（即海綿城市建設(shè)設(shè)施）對(duì)污染物（以SS 計(jì)）的平均去除率的乘積。

SS 去除率數(shù)據(jù)主要采用自美國(guó)流域保護(hù)中心（CWP）的研究數(shù)據(jù)。

（3）雨量徑流系數(shù)：設(shè)定時(shí)間內(nèi)降雨產(chǎn)生的地表徑流量與降雨量之比。雨量徑流系數(shù)直接影響設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積。雨量徑流系數(shù)主要用于設(shè)施控制容積計(jì)算，控制容積計(jì)算采用的降雨參數(shù)是設(shè)計(jì)日降雨厚度（mm）。

（4）流量徑流系數(shù)：形成峰值流量的歷時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的地表徑流量與降雨量之比。流量徑流系數(shù)主要用于設(shè)施溢流能力及管道過(guò)流能力計(jì)算，設(shè)計(jì)流量采用的降雨參數(shù)是暴雨強(qiáng)度（L/s·hm2）。

采用的主要控制容積法公式為式（1）。

式中：V——設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H——設(shè)計(jì)降雨量，mm；φ——綜合雨量徑流系數(shù)；F——匯水面積，hm2。

（5）重慶地區(qū)常用設(shè)施：①綠色屋頂（green roof）。在高出地面以上，與自然土層不相連接的各類建筑物、構(gòu)筑物的頂部以及天臺(tái)、露臺(tái)上由覆土層和疏水設(shè)施構(gòu)建的綠化體系。（注：綠色屋頂主要適用于12 層以下、40m 高度以下的中高層和多層、低層建筑）[1]。②透水鋪裝（pervious pavement）（需注意和景觀透水鋪裝差異）。可滲透、滯留雨水的地面鋪裝，包括透水磚、透水混凝土、透水瀝青、嵌草磚、鵝卵石和碎石等鋪裝[1]。③生物滯留設(shè)施（bioretention cell）（重慶地區(qū)常用雨水花園）。通過(guò)植物、土壤和微生物系統(tǒng)滯蓄、去除雨水徑流中的污染物的人工設(shè)施，包括雨水花園、生物滯留帶、生態(tài)樹(shù)池等[1]。④植草溝（grass swale）。種有植被的地表溝渠，可收集、輸送和排放徑流雨水，可用于銜接其他各單項(xiàng)設(shè)施、城市雨水管渠系統(tǒng)和超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)[1]。

5 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟

5.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)說(shuō)明和設(shè)計(jì)圖紙

（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明：設(shè)計(jì)依據(jù)、項(xiàng)目概況、參數(shù)選取、LID 雨水系統(tǒng)流程、選用措施、計(jì)算表格、監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、施工說(shuō)明、運(yùn)行維護(hù)、主要工程量表等；景觀植物部分包括LID 設(shè)施種植范圍、植物選擇、配置要求、注意事項(xiàng)、種植要求、苗木要求等[3]。

（2）設(shè)計(jì)圖紙：下墊面分析圖、場(chǎng)地豎向設(shè)計(jì)圖、場(chǎng)地雨水徑流組織圖、匯水分區(qū)劃分圖、LID 設(shè)施平面布置圖、LID 設(shè)施服務(wù)范圍圖、場(chǎng)地（LID）排水設(shè)計(jì)圖、雨水利用系統(tǒng)平面布置圖（視項(xiàng)目是否設(shè)置）、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)點(diǎn)位布置圖、消防與LID 設(shè)施關(guān)系圖、設(shè)施大樣圖等；景觀部分圖紙：LID 設(shè)施種植設(shè)計(jì)總平面圖、LID 設(shè)施植物配置總平面圖等[3]。

5.2 主要設(shè)計(jì)步驟

（1）下墊面分析，涉及下墊面分析圖、場(chǎng)地豎向分析圖。

總圖（景觀圖紙基礎(chǔ)上）詳細(xì)分析項(xiàng)目區(qū)域各下墊面的類型、范圍、面積等。

主要有硬質(zhì)屋頂、硬質(zhì)鋪裝（含道路）、屋頂綠化、綠化（實(shí)土、架空）、透水鋪裝、雨水花園、植草溝、水景等。CAD 圖紙?zhí)畛?、表格統(tǒng)計(jì)面積計(jì)算。

（2）匯水分區(qū)劃分，涉及匯水分區(qū)劃分圖。

匯水分區(qū)應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地豎向及場(chǎng)地雨水管道的排水出口等合理劃分，通過(guò)匯水分區(qū)劃分初步確定場(chǎng)地雨水的流向。

（3）服務(wù)范圍劃分（初算確定容積式海綿設(shè)施位置），對(duì)應(yīng)LID設(shè)施平面布置圖、LID 設(shè)施服務(wù)范圍圖。

（4）雨水徑流組織，對(duì)應(yīng)場(chǎng)地雨水徑流組織圖、場(chǎng)地（LID）排水設(shè)計(jì)圖。

（5）年徑流總量控制率及污染物削減率指標(biāo)分解，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)說(shuō)明中的雨水花園調(diào)蓄計(jì)算表。

（6）容積海綿設(shè)施規(guī)模計(jì)算，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)說(shuō)明中的設(shè)施單元詳表。

（7）容積海綿設(shè)施溢流能力校核及排空時(shí)間計(jì)算，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)說(shuō)明中的溢流口設(shè)計(jì)、雨水花園排空時(shí)間。

（8）各類海綿城市平面圖及構(gòu)造大樣的繪制，對(duì)應(yīng)設(shè)施大樣圖等。

6 與景觀、建筑等相關(guān)專業(yè)配合

海綿城市設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量前置景觀設(shè)計(jì)，這樣能控制主要海綿設(shè)施等不會(huì)產(chǎn)生較大更改并能和實(shí)現(xiàn)海綿設(shè)施與景觀效果協(xié)調(diào)，其中主要包括下列與其他相關(guān)專業(yè)的配合：

（1）與景觀專業(yè)配合。需景觀專業(yè)提供綠化、透水鋪裝、屋頂綠化的范圍、面積，并滿足《低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50/T-292—2018）[1]中的“5.1.3 新建項(xiàng)目的透水鋪裝比例不宜小于40%，改、擴(kuò)建項(xiàng)目的透水鋪裝比例不宜小于20%”“5.1.4新建項(xiàng)目下凹式綠地占綠地面積的比例不宜小于20%”“5.1.5新建項(xiàng)目綠色屋頂面積占可綠化屋面面積比例不宜小于30%”；以及《居住建筑節(jié)能65%（綠色建筑）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50-071—2020）[2]中的“9.2.2 合理利用場(chǎng)地空間實(shí)施低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，且硬質(zhì)鋪裝地面中透水鋪裝面積的比例達(dá)到50%”。

（2）與土建專業(yè)配合。屋頂綠化需提前提供荷載給結(jié)構(gòu)專業(yè)，如輕質(zhì)成品屋頂綠化（簡(jiǎn)單式綠色屋頂）則需結(jié)構(gòu)按150kg/m2以上預(yù)留荷載。

（3）設(shè)置綠色屋頂需提前提資給排水專業(yè)預(yù)留屋頂給水點(diǎn)，如需執(zhí)行綠色建筑則還需給排水以及綠建專業(yè)補(bǔ)充屋頂綠化節(jié)水灌溉措施等。