重慶市建筑小區(qū)海綿城市設(shè)計(jì)方法研究

陳雪，吳天順

（中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，重慶 400016）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷加快，雨洪問題越來(lái)越突出，例如城市下墊面的不透水率增加，自然地面比例逐漸減小，雨水徑流量增大等，加大了排水管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力，加劇了城市暴雨內(nèi)澇的產(chǎn)生，地面污染物隨地表徑流進(jìn)入自然水體造成了嚴(yán)重的面源污染[1]。為此，全國(guó)各地積極推進(jìn)海綿城市建設(shè)，力求解決水生態(tài)與城市發(fā)展的矛盾。

目前，重慶市已陸續(xù)推出了適合本地的海綿城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則、規(guī)范、圖集，要求各項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)重視雨洪問題，加強(qiáng)雨洪管理。本文結(jié)合各地已建、在建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)典型的建筑小區(qū)項(xiàng)目海綿城市設(shè)計(jì)過程進(jìn)行詳細(xì)剖析，為海綿城市的設(shè)計(jì)及計(jì)算提供理論和實(shí)踐參考。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程基本情況

項(xiàng)目總用地面積22520.08m2，總建筑面積121084.32m2，總計(jì)容建筑面積99679.43m2，主要包含高層住宅、商業(yè)、地下車庫(kù)等。根據(jù)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃要求，該地塊年徑流總量控制率不低于80%，年徑流污染去除率不低于50%。項(xiàng)目總平面布置見圖1。

圖1 項(xiàng)目總平面

1.2 降雨條件及降雨特征

項(xiàng)目所在位置屬亞熱帶溫濕季風(fēng)氣候區(qū)，氣象條件具有空氣濕潤(rùn)、春早夏長(zhǎng)、冬暖多霧、秋雨連綿的特點(diǎn)，年無(wú)霜期349d左右。

降水量：多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5—9月，期間降雨量最高達(dá)746.1mm左右；日最大降雨量206.60mm（2007年7月17日，115年一遇），日降雨量大于25mm以上的大暴雨日數(shù)占全年降雨日數(shù)的62%左右，小時(shí)最大降雨量可達(dá)62.1mm。

根據(jù)重慶市各區(qū)縣24h暴雨雨型分區(qū)表，該工程所在區(qū)域暴雨雨型屬于1區(qū)，雨峰位于中間靠前，雨型急促，短時(shí)易形成暴雨或強(qiáng)降雨[2]，設(shè)計(jì)暴雨過程如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)暴雨過程

1.3 工程地質(zhì)條件

項(xiàng)目所在地位于重慶主城南部，距離長(zhǎng)江支流僅1.3km，地塊四周市政道路路網(wǎng)成熟，地下管網(wǎng)齊全，運(yùn)行良好。

1.3.1 地形地貌

場(chǎng)地屬剝蝕丘陵地貌，擬建場(chǎng)地北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)為市政道路，東側(cè)為已平場(chǎng)場(chǎng)地，擬建場(chǎng)地已完成平場(chǎng)，場(chǎng)地內(nèi)地形坡角＜5°。場(chǎng)地及附近北側(cè)最高標(biāo)高265.0m，西南最低標(biāo)高251.50m，相差13.50m，與場(chǎng)地四周道路及其他場(chǎng)地高差小于3m。

1.3.2 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)地位于大盛場(chǎng)向斜東翼,在場(chǎng)外北側(cè)斜坡上測(cè)巖層產(chǎn)狀：傾向245°∠20°～30°，場(chǎng)地優(yōu)勢(shì)傾角25°，呈單斜產(chǎn)出，層面結(jié)合很差，有泥化夾層，為軟弱結(jié)構(gòu)面。

1.3.3 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及區(qū)域地質(zhì)資料分析，場(chǎng)地內(nèi)未見斷層及活動(dòng)性大斷裂通過，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。據(jù)地面調(diào)查和鉆探揭示，場(chǎng)地覆蓋層為素填土，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖。

1.3.4 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地地下水主要賦存于土層孔隙和基巖風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙中，按含水介質(zhì)可分為基巖裂隙水和松散堆積層孔隙水兩種類型。

（1）基巖裂隙水

場(chǎng)地泥巖為隔水層，砂巖為相對(duì)透水層，基巖裂隙水主要賦存于近地表強(qiáng)風(fēng)化帶，主要受大氣降水補(bǔ)給，降水多以地表徑流形式運(yùn)移，對(duì)裂隙水的補(bǔ)給微弱。裂隙水具有就地補(bǔ)給、就近排泄、徑流途徑短的特點(diǎn)，從高處往低處地段排泄流出場(chǎng)區(qū)或匯集于低洼地帶，水量小，受氣象因素影響變化明顯。

（2）松散堆積層孔隙水

場(chǎng)地松散堆積層孔隙水主要由大氣降水的滲透補(bǔ)給，雨季時(shí)地表水下滲將形成松散土層孔隙水，由高往低排泄流出場(chǎng)區(qū)或匯集于低洼地帶。

（3）地下水的補(bǔ)給、逕流及排泄條件

場(chǎng)地總體地勢(shì)由北側(cè)向南側(cè)緩傾，地形條件有利于水體的自然排泄。巖土體中的地下水主要接受大氣降水與地表積水的補(bǔ)給，水量與季節(jié)有關(guān)，大氣降水、地表水及地下水多沿坡面或基巖面向東側(cè)地勢(shì)低洼地段排泄，地下水補(bǔ)給條件差，徑流及排泄條件較好。

1.4 海綿技術(shù)適宜性分析

項(xiàng)目所在區(qū)域第四系覆蓋層厚度較小，地勢(shì)北高南低，降雨雨型急促，容易形成地表徑流，為加強(qiáng)地下水的補(bǔ)給，應(yīng)在海綿設(shè)施上加強(qiáng)滲透措施，形成雨水就地消納與區(qū)外轉(zhuǎn)輸相結(jié)合[3]。

2 海綿城市設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)流程

年徑流總量控制率的計(jì)算是一個(gè)試算過程，首先擬定各匯水分區(qū)的年徑流總量控制率，然后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，滿足要求即得出結(jié)果，不滿足要求則需重新擬定各匯水分區(qū)的年徑流總量控制率，直至達(dá)到指標(biāo)要求。最后應(yīng)根據(jù)各匯水分區(qū)的年徑流總量控制率計(jì)算調(diào)控容積，確定LID設(shè)施規(guī)模。

2.2 計(jì)算方法

年徑流污染控制率的計(jì)算在《指南》中也有介紹：“城市徑流污染物中，SS往往與其他污染物指標(biāo)具有一定的相關(guān)性，因此，采用SS作為徑流污染物控制指標(biāo)，各分區(qū)年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對(duì)SS的平均去除率。城市或開發(fā)區(qū)域年SS總量去除率，可通過不同區(qū)域、地塊的年SS總量去除率經(jīng)年徑流總量（年均降雨量×綜合雨量徑流系數(shù)×匯水面積）加權(quán)平均計(jì)算得出。”[4]

《低標(biāo)》中各個(gè)匯水分區(qū)年徑流污染去除率按式（1）進(jìn)行計(jì)算[2]：

式中：PZ——匯水分區(qū)年徑流污染去除率；PW——匯水分區(qū)LID設(shè)施污染物去除率（以SS計(jì)）；PT——匯水分區(qū)年徑流總量控制率。

該計(jì)算方法與《指南》中的計(jì)算方法一致，但對(duì)于項(xiàng)目年徑流污染總量去除率的計(jì)算，《低標(biāo)》則以“各匯水分區(qū)面積×雨量徑流系數(shù)×徑流污染濃度”的占比為權(quán)重進(jìn)行計(jì)算[2]，其中徑流污染濃度可實(shí)測(cè)而得，也可采用《低標(biāo)》中附錄所列數(shù)據(jù)。

《指南》與《低標(biāo)》所列的項(xiàng)目年徑流污染總量去除率的計(jì)算方法較為復(fù)雜，而參考《導(dǎo)則》計(jì)算示例，年徑流污染總量去除率仍采用各匯水分區(qū)面積占比作為權(quán)重進(jìn)行計(jì)算[5]，此方法簡(jiǎn)單，容易理解和掌握，故項(xiàng)目采用《導(dǎo)則》中的方法計(jì)算年徑流污染去除率。

2.3 海綿城市建設(shè)前下墊面分析

該項(xiàng)目在海綿城市建設(shè)前，根據(jù)重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)《居住建筑節(jié)能65%（綠色建筑）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ50-071—2020）（以下簡(jiǎn)稱《綠建》）中第6.1.3條“場(chǎng)地應(yīng)有效組織雨水的下滲、滯蓄或再利用，實(shí)施外排總量控制；場(chǎng)地年徑流總量控制率有規(guī)劃要求時(shí)，不低于所在區(qū)域海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃的要求；無(wú)規(guī)劃要求時(shí)，不應(yīng)低于55%”[6]的要求，確定項(xiàng)目室外場(chǎng)地除綠地以外大量區(qū)域采用透水鋪裝，并在部分商業(yè)屋面設(shè)置綠色屋頂，各項(xiàng)下墊面計(jì)算指標(biāo)見表1。

表1 海綿城市建設(shè)前下墊面情況

項(xiàng)目在海綿城市建設(shè)前場(chǎng)地年徑流總量控制率為1-φ=56%，滿足《綠建》指標(biāo)要求，但不滿足海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃年徑流總量控制率不低于80%的指標(biāo)要求，因此項(xiàng)目需要進(jìn)行海綿城市專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

制定促使農(nóng)村消費(fèi)經(jīng)濟(jì)的金融對(duì)策首先需要從根本上提高農(nóng)村人口的經(jīng)濟(jì)收入和購(gòu)買能力，中國(guó)的富裕離不開農(nóng)民的富裕，讓農(nóng)民變得更加富裕需要挖掘農(nóng)民內(nèi)部的增收潛力。我國(guó)農(nóng)村消費(fèi)水平雖然在近幾年大幅度提升，但是農(nóng)村居民的恩格爾系數(shù)偏高，更多的農(nóng)民會(huì)更愿意將自己的收入花費(fèi)在食物上，21世紀(jì)初雖然已經(jīng)突破36.5%，但是相對(duì)于城鎮(zhèn)居民36.7%的恩格爾系數(shù)來(lái)說(shuō)還是偏低。所以我們需要通過調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、加大對(duì)農(nóng)業(yè)的投入，以及通過政府的介入切實(shí)減少農(nóng)民的負(fù)擔(dān)，重振鄉(xiāng)村企業(yè)，大幅度提高農(nóng)村的收入水平，從根本上提高農(nóng)村人口的購(gòu)買力，讓更多的農(nóng)村人口的愿意把錢花費(fèi)在非食物方面。

2.4 匯水分區(qū)劃分

地塊所在區(qū)域北高南低，東高西低，周邊市政道路規(guī)劃齊全，規(guī)劃道路上均設(shè)有市政雨水管網(wǎng)，不考慮外部雨水匯入本地塊內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)輸外排。根據(jù)場(chǎng)地平面及豎向布置、雨水徑流方向，以及市政雨水管網(wǎng)接口情況，將地塊內(nèi)部分隔成6個(gè)匯水分區(qū)，匯水分區(qū)劃分見圖3。

圖3 匯水分區(qū)

2.5 LID設(shè)施控制容積計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，確定LID雨水系統(tǒng)流程（圖4）。

圖4 LID雨水系統(tǒng)流程

以單個(gè)匯水分區(qū)為例，每個(gè)匯水分區(qū)可分解為L(zhǎng)ID設(shè)施控制區(qū)域、自然受控區(qū)域以及不受控區(qū)域三種。其中，LID設(shè)施控制區(qū)域?yàn)橥ㄟ^排水溝、植草溝或地面徑流，使覆蓋范圍內(nèi)的雨水能有效匯入LID設(shè)施中進(jìn)行容積調(diào)控的區(qū)域（該項(xiàng)目容積調(diào)控主要采用雨水花園實(shí)現(xiàn)）；自然受控區(qū)包括綠地、綠色屋頂以及透水鋪裝，該部分產(chǎn)生的徑流應(yīng)為自然消納后的超標(biāo)雨水，無(wú)需再進(jìn)行容積調(diào)控，直接排至小區(qū)雨水管網(wǎng)即可，同時(shí)綠地、綠色屋頂以及透水鋪裝也具備去除徑流污染的功能；不受控區(qū)域主要為因客觀原因無(wú)法有效收集雨水或收集困難的區(qū)域，該部分產(chǎn)生的徑流雨水直接排入小區(qū)雨水管網(wǎng)中，未進(jìn)行容積調(diào)控。

在每個(gè)匯水分區(qū)內(nèi)預(yù)先布置雨水花園，并進(jìn)行試算，最后得到滿足指標(biāo)要求的設(shè)計(jì)成果，詳細(xì)計(jì)算見表2。

表2 LID設(shè)施控制容積計(jì)算明細(xì)

雨水花園下滲量按式（2）進(jìn)行計(jì)算[3]：

式中：WP——滲透量（m3）；K——滲透系數(shù) （m/s），取K=0.00001（m/s）；J——水力坡降，一般可取J=1；AS——有效滲透面積（m2），按雨水花園水平投影面積簡(jiǎn)化計(jì)算；tS——滲透時(shí)間（s），指降雨過程中設(shè)施的滲透歷時(shí)，一般取2h。

經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目的徑流控制容積V=235.62m3，雨水花園可蓄水容積（含2h下滲量）VLID=237.43m3，VLID＞V，達(dá)到了徑流控制容積要求。

年徑流總量控制率計(jì)算見表3，年徑流污染去除率計(jì)算見表4。

表3 年徑流總量控制率

表4 年徑流污染去除率

經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目年徑流總量控制率為80.63%，年徑流污染物去除率為55.58%，滿足規(guī)劃指標(biāo)年徑流總量控制率不低于80%和污染物去除率不低于50%的指標(biāo)要求。

2.6 雨水花園設(shè)施布局

在確定每個(gè)匯水分區(qū)內(nèi)雨水花園大小之后，應(yīng)在平面中進(jìn)行合理布局，使其控制區(qū)域內(nèi)的雨水有效匯入設(shè)施中。硬化屋面的雨水可通過在建筑周邊設(shè)置排水溝，將雨水轉(zhuǎn)輸進(jìn)入雨水花園，同時(shí)，部分硬化路面也可通過路邊的開孔路緣石排入排水溝或植草溝中，最后進(jìn)入雨水花園。

雨水花園應(yīng)布置在匯水區(qū)域內(nèi)地勢(shì)較低的位置，便于雨水重力流進(jìn)入。在高層建筑旁設(shè)置雨水花園時(shí)還應(yīng)考慮消防撲救面的影響，保證消防車撲救。雨水花園中雨水入滲影響建筑物或道路基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)置防滲層。此外，室外地下構(gòu)筑物、綜合管網(wǎng)附屬設(shè)施均應(yīng)同雨水花園的平面、豎向進(jìn)行協(xié)調(diào)，綜合考慮。雨水花園的滲排管以及溢流管排出口標(biāo)高應(yīng)滿足雨水自流進(jìn)入周邊雨水管網(wǎng)，并與雨水管網(wǎng)管頂平接的要求。

由于雨水花園服務(wù)范圍包括部分硬化路面,在硬化路面上設(shè)置的雨水口應(yīng)保證徑流雨水先匯集進(jìn)入雨水花園，超標(biāo)雨水再排入傳統(tǒng)雨排水設(shè)施中。雨水花園布置見圖5。

圖5 雨水花園布置

3 結(jié)論

建筑小區(qū)項(xiàng)目通過海綿城市建設(shè)加強(qiáng)雨洪管理，源頭減排效果顯著。LID設(shè)施形式多樣，在海綿城市設(shè)計(jì)中可采用多種LID設(shè)施組合，以達(dá)到年徑流總量控制率的目標(biāo)。其中，為降低工程投資及運(yùn)行費(fèi)用，減少維護(hù)成本，無(wú)地下構(gòu)筑物、無(wú)能耗的LID設(shè)施組合是項(xiàng)目中最常用的手段之一。本文主要將雨水花園作為主要的雨水調(diào)蓄設(shè)施，流程較為簡(jiǎn)單，工程投資增長(zhǎng)幅度小，不僅設(shè)計(jì)人員容易掌握，建設(shè)方也較為容易接受，可為同類項(xiàng)目的海綿城市設(shè)計(jì)提供參考。