居住小區(qū)中海綿城市設(shè)計(jì)問題分析

陳揚(yáng)

【摘要】本文通過對(duì)源頭減排類型中居住小區(qū)海綿城市建設(shè)體系進(jìn)行分析，從政策規(guī)范、設(shè)計(jì)過程、發(fā)展方向等方面討論了精細(xì)化海綿城市建設(shè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于海綿城市優(yōu)化設(shè)計(jì)有著借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】海綿城市;方案設(shè)計(jì);材料與設(shè)備;發(fā)展

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.008

1、海綿城市建設(shè)背景及現(xiàn)狀

1.1政策文件的要求

自2013年頒發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》（國辦發(fā)〔2013〕23號(hào)）等政策法規(guī)以來，在各地城市建設(shè)與開發(fā)過程中，低影響開發(fā)模式被逐步推廣開來。在《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020年）》中提出了要提升我國城鎮(zhèn)化質(zhì)量。2014年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》，文中指出我國大多數(shù)城市土地開發(fā)強(qiáng)度普遍較大，必須從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等方面構(gòu)建低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)。根據(jù)住房建設(shè)部要求，各省市建設(shè)廳又制定發(fā)布了結(jié)合本省情況的海綿城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則，例如《江蘇省海綿城市建設(shè)導(dǎo)則（試行）》，《浙江省海綿城市建設(shè)導(dǎo)則（試行）》，《南京市海綿城市規(guī)劃建設(shè)指南》等，補(bǔ)充了海綿城市建設(shè)管理流程以及規(guī)劃設(shè)計(jì)依據(jù)。

1.2規(guī)范及政策的新發(fā)展

隨著第一批海綿城市建設(shè)工程的竣工，2018年又頒布了GB/T51345-2018《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，其目的之一就是對(duì)建筑小區(qū)源頭減排的有效性進(jìn)行評(píng)判。標(biāo)準(zhǔn)中除了年徑流量、徑流污染控制外還提出了徑流峰值控制與新建項(xiàng)目硬化地面率不宜大于40%的要求。在5.2節(jié)中對(duì)于源頭減排項(xiàng)目的實(shí)施有效性評(píng)價(jià)中要求：“徑流峰值控制應(yīng)采用設(shè)計(jì)施工、模型模擬評(píng)估資料查閱與現(xiàn)場檢查相結(jié)合的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)”。通過將《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》與《海綿城市建設(shè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)海綿城市建設(shè)要求有逐步向量化、精細(xì)化程度轉(zhuǎn)變的趨勢。

2、海綿城市設(shè)計(jì)實(shí)踐中存在的問題

以住宅小區(qū)為例，目前在進(jìn)行海綿城市設(shè)計(jì)時(shí)的主要依據(jù)是建設(shè)部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》以及各省市所發(fā)布的海綿城市設(shè)計(jì)指南。在指南中明確了年徑流總量控制率與面源污染削減率的要求。例如南京市規(guī)定了居住用地新建項(xiàng)目年徑流總量空置率應(yīng)≥80%，面源污染削減率應(yīng)≥50%。揚(yáng)州市將規(guī)劃區(qū)具體細(xì)分為30個(gè)海綿城市建設(shè)管控分區(qū)，按照規(guī)劃中提出的海綿城市總體布局要求，確定區(qū)內(nèi)各類地塊可以實(shí)現(xiàn)的雨水徑流控制率?！逗＞d城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》在給出的計(jì)算方法中，對(duì)于徑流總量空置率列出了：容積法、流量閥、水量平衡法等，并分別明確了不同類型海綿設(shè)施的計(jì)算方法。但是對(duì)于SS總?cè)コ实拿枋霾⒉怀浞?，江蘇省及省內(nèi)各市技術(shù)指南均未給出計(jì)算公式。

在目前住宅區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)中，一般僅根據(jù)規(guī)劃給出的年徑流量控制率和面源污染消減率計(jì)算出下凹綠地、雨水花園、透水鋪裝等海綿設(shè)施面積，再根據(jù)具體項(xiàng)目景觀布置做足所需設(shè)施面積。但此種做法存在一些天然的缺陷，具體如下：

1）海綿城市建設(shè)的主要目的之一就是對(duì)雨水進(jìn)行調(diào)蓄與利用，降雨存在各種情形，沒有針對(duì)性的設(shè)置海綿設(shè)施將無法對(duì)不同雨量雨情中的雨水進(jìn)行充分利用。

2）匯水分區(qū)、管網(wǎng)設(shè)計(jì)僅憑借經(jīng)驗(yàn)劃分，未能充分利用已設(shè)置海綿設(shè)施對(duì)降雨進(jìn)行滯納。

3）豎向設(shè)計(jì)時(shí)仍按原有設(shè)計(jì)方法，將綠地標(biāo)高設(shè)置高于小區(qū)道路標(biāo)高，則無法將道路上的雨水引向綠地，導(dǎo)致出現(xiàn)不合理的雨水徑流方向。

綜上所述，雖然海綿城市建設(shè)已經(jīng)實(shí)行了一段時(shí)間，但居住小區(qū)的低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面仍存在許多可以改善的地方。

3、居住小區(qū)海綿城市建設(shè)實(shí)例分析

項(xiàng)目地點(diǎn)位于揚(yáng)州市，項(xiàng)目所在位置交通網(wǎng)完善，交通便利。其地塊用地面積為62008m2，總建筑面積為149820.43m2，地下建筑面積為42364.13m2，覆土厚度為1.5m。在海綿方案設(shè)計(jì)中，地庫頂面覆土影響海綿城市海綿設(shè)施種類的選用及布置，因此在海綿方案的選擇中應(yīng)充分考慮和論證地庫覆土對(duì)于海綿設(shè)施的影響，以便選出適合本項(xiàng)目的海綿方案和設(shè)施。整個(gè)場地下墊面分為建筑屋面、綠化場地、硬化場地，綠地主要集中在住宅區(qū)，住宅區(qū)綠地面積較大，綠地率為25%。場地下墊面圖詳見圖1，面積統(tǒng)計(jì)詳見表1。

3.1 設(shè)計(jì)前期準(zhǔn)備

1） 高程分析，經(jīng)查看土建設(shè)計(jì)圖紙，本地塊場地分為2塊臺(tái)地，南側(cè)高程為26.50m，北側(cè)高程為28.00m。周邊道路由北向南，由東向西逐漸降低，西南角最低。

2） 小區(qū)地庫范圍內(nèi)覆土深度基本滿足管網(wǎng)及下凹綠地與雨水花園設(shè)計(jì)需求，道路鋪裝中人行通道均可布置為透水鋪裝。通過分析，項(xiàng)目內(nèi)綠色空間分布均勻，場地相對(duì)較為平整，有利于后期布置海綿措施，達(dá)到海綿目標(biāo)。通過對(duì)場地的基本評(píng)估及查找規(guī)劃條件，確定設(shè)計(jì)的具體量化目標(biāo)，詳見表2。

3.2 海綿城市建設(shè)技術(shù)選擇

海綿城市建設(shè)嚴(yán)格執(zhí)行雨污分流的排水策略，從而達(dá)到減少城市徑流外排滿足年徑流總量控制率的要求。結(jié)合項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)要求，對(duì)海綿城市建設(shè)設(shè)施進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)，優(yōu)選技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可靠的技術(shù)措施，確定總體布局方案。在住宅小區(qū)的海綿城市建設(shè)中主要采用滲透技術(shù)與儲(chǔ)存技術(shù)，其包含了透水鋪裝、透水瀝青混凝土、下凹式綠地綠色屋頂雨水模塊及雨水罐等組成的雨水回用設(shè)施等。

需要注意的是，綠色屋頂在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往會(huì)遭到來自建設(shè)方的較大阻力。原因主要有2點(diǎn)：

1）在目前設(shè)計(jì)規(guī)范要求下，住宅屋面布置的太陽能光熱設(shè)備占據(jù)了屋面大部分面積，不利于綠色屋頂?shù)脑O(shè)置。綠色屋頂?shù)慕ㄔ?，?huì)增加其成本。成本不僅包括建設(shè)成本還包括后期管理成本。綠色屋面植物如不按時(shí)照料容易破壞屋面設(shè)施設(shè)備。如在底層商業(yè)屋面一般設(shè)有排風(fēng)口、空調(diào)設(shè)備及其他設(shè)備等。從綠色建筑設(shè)計(jì)理念出發(fā)，應(yīng)考慮適當(dāng)增大雨水回用設(shè)施設(shè)置規(guī)模，小區(qū)建設(shè)應(yīng)優(yōu)先將有限的雨水資源滯留在小區(qū)范圍內(nèi)。將收集的雨水經(jīng)過沉淀消毒后用于小區(qū)內(nèi)綠地灌溉及消防用水補(bǔ)給。1B490CC2-5DC6-4534-B96D-7F1CF9027BF5

2）海綿設(shè)施的指標(biāo)計(jì)算

本項(xiàng)目以年徑流總量控制率為目標(biāo)，采用容積法計(jì)算校核設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》容積法公式：

V=10·H·φ·F

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，ha。

本項(xiàng)目共設(shè)置雨水花園1350m2，下凹式綠地1050m2，植草溝800m2。

雨水花園蓄水層厚度為250mm，換土層厚度為500mm，碎石層厚度為350mm;下凹式綠地蓄水層厚度為100mm。換土層空隙率取0.2，碎石層空隙率取0.3;植草溝深度200mm，坡降順道路坡度為0.003，蓄水層厚度乘以折扣系數(shù)0.5，同時(shí)設(shè)施梯形斷面折減系數(shù)取0.7，通過采用海綿設(shè)施，可控制的雨量體積為：

VS（滲透設(shè)施的有效存儲(chǔ)體積）=[1350×（0.25+0.5×0.2+0.35×0.3）+1050×0.1+800×0.2×0.5）]×0.7=559.475m3

新建2個(gè)雨水蓄水池，總調(diào)蓄容積為430m3。

V=559.475+430=989.475m3

年徑流總量控制率采用容積法（V=10HφF）計(jì)算本項(xiàng)目控制雨量H：

H=989.475/（10×6.20×0.659）=24.2mm>24mm（對(duì)應(yīng)年徑流總量控制率75%，詳見圖2）。

年SS污染去除率計(jì)算

通常來說SS去除率的計(jì)算可以采用容積加權(quán)計(jì)算法與面積加權(quán)計(jì)算法。面積加權(quán)計(jì)算法的公式為：SS=K*Σ（si*Fi）/ΣF ;容積加權(quán)計(jì)算法公式為 ：SS=K*Σ（si*Vi）/ΣV。從實(shí)際情況看面積加權(quán)平均法更為準(zhǔn)確，其原因有以下兩點(diǎn)：

（1）用容積法計(jì)算時(shí)，透水鋪裝及綠化屋面并未參與計(jì)算，而實(shí)際情況是透水鋪裝與綠化屋面對(duì)于SS去除率是有影響的。

（2）在降雨量較大情況下，雨水不能完全匯入低影響開發(fā)設(shè)施時(shí)，容積法無法反映出這部分對(duì)于SS去除率的影響，造成計(jì)算值偏大[1]。

從以上兩點(diǎn)來看，SS去除率的設(shè)計(jì)要求就是盡量均勻布置海綿設(shè)施，從而達(dá)到削減水體污染目的。本案海綿設(shè)施布局圖詳見圖3。本項(xiàng)目采用面積加權(quán)法計(jì)算SS=0.67*（1000*0.85+4410*0.9）/8010=60.7%，滿足要求。

海綿設(shè)施設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分分析場地現(xiàn)狀，創(chuàng)造適宜植物生長的環(huán)境條件。在植物品種的選擇和配置中，充分發(fā)揮植物在調(diào)蓄徑流、凈化水質(zhì)和美化水體景觀等方面的作用。在特殊條件下應(yīng)通過針對(duì)性的雨水設(shè)施設(shè)計(jì)，創(chuàng)造適宜植物生長的環(huán)境。在進(jìn)行雨水排水設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：建筑落水散排入綠地，匯入海綿設(shè)施;植物選型應(yīng)與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合，以保證后期海綿設(shè)施的長效運(yùn)行。

4、設(shè)施及技術(shù)與未來設(shè)計(jì)發(fā)展方向的展望

海綿城市建設(shè)作為我國推行高質(zhì)量城市發(fā)展的政策，決定了海綿城市將帶動(dòng)一個(gè)巨大的新興產(chǎn)業(yè)鏈，目前已有不少廠家開展了海綿設(shè)施的研發(fā)與生產(chǎn)工作[2]。

4.1新型海綿城市設(shè)備材料

從工程建設(shè)來看，應(yīng)綜合選用成本低、維護(hù)簡單或根本不需要維護(hù)的設(shè)施設(shè)備。例如高密度聚乙烯制成的便捷下沉式儲(chǔ)水罐。將預(yù)設(shè)好長度的開洞聚乙烯管兩端封堵，形成一個(gè)儲(chǔ)存下滲雨水的罐體;其優(yōu)勢在于它可以在降雨時(shí)儲(chǔ)存雨水，干燥時(shí)逐步將雨水滲透到土壤中，既可以作為存儲(chǔ)容器，又可以作為滲透媒介為植被提供灌溉，且基本不需要維護(hù)。此外還可以對(duì)雨水回收池進(jìn)行裝配化與集成化改造，取代原有混凝土雨水池，能夠有效節(jié)省施工時(shí)間與成本。

4.2海綿城市設(shè)計(jì)中降雨模型的運(yùn)用

在城市排水設(shè)計(jì)中引入SWMM模型對(duì)城市暴雨情況進(jìn)行模型計(jì)算，對(duì)比不同排水設(shè)計(jì)方案找出最優(yōu)方案是市政行業(yè)中較為常見的設(shè)計(jì)方法。近年來，居住小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)也在逐步引入模型計(jì)算，其目的主要是對(duì)不同降雨模式下小區(qū)徑流控制進(jìn)行模擬以及對(duì)綠地類海綿設(shè)施的布置方案進(jìn)行優(yōu)化[3]。居住小區(qū)不同于市政設(shè)計(jì)需要分析大量數(shù)據(jù)，小區(qū)內(nèi)雨水情況更好模擬，所以在居住小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)中引入模型驗(yàn)證是必要的，也是可行的。

結(jié)束語：

本文通過對(duì)源頭減排類型中居住小區(qū)的海綿城市建設(shè)體系進(jìn)行分析，從政策規(guī)范、設(shè)計(jì)過程、發(fā)展方向等方面討論精細(xì)化海綿城市建設(shè)的設(shè)計(jì)目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于海綿城市優(yōu)化設(shè)計(jì)有著借鑒作用。

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