海绵城市设计方案中的雨水调蓄容积计算

刘 剑 孙大伟

(常州市规划设计院，江苏 常州 213003)

0 引言

为了实现城市建设与环境保护的协调发展，我国近年来把海绵城市的建设作为工作重点。常州市作为江苏省海绵城市建设第一批试点城市，编制完成了《常州市海绵城市建设专项规划》《目标与指标体系研究报告》《建设导则》《实施方案》和《标准图集》，积极开展金融商务区和新龙国际商务城两个试点区的海绵城市建设工作，对已建地块进行海绵化改造，新建地块提出海绵城市建设指标要求，编制地块的海绵城市建设专项方案和施工图，经审批通过后方能进行后续施工。

根据专项规划，年径流总量控制率被确定为常州海绵城市建设的一个重要控制指标，要求中心城区的年径流总量控制率在75%以上，2020年有20%的建成区面积，2030年有80%的建成区面积达到目标要求，并根据控规编制单元提出了各自的年径流总量控制指标。在各个地块的海绵设计专项方案中，根据指标要求进行雨水调蓄容积的计算就是一个主要的工作。

1 “指南”规定的计算方法

根据住房和城乡建设部发布的“海绵城市建设技术指南”(以下简称“指南”)，地块的设计调蓄容积一般应采用“容积法”进行计算，计算公式如下：

V=10HΦF

(1)

其中，V为设计调节容积，m3；H为设计降雨量，mm；Φ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2。

从式(1)可以看出，在汇水面积确定的情况下，雨水调蓄容积大小由两个影响因素组成：设计降雨量和雨量径流系数。在海绵设计方案中，设计降雨量根据年径流总量控制率指标，查阅对应的曲线和表格得出(见表1，图1)。

表1 常州市年径流总量控制率与对应设计降雨量

假定有一个地块，总用地面积5 hm2，综合径流系数为0.6。根据海绵建设要求，年径流总量控制率目标为75%，对应的设计降雨量为23.2 mm。

根据式(1)，可计算出本地块的雨水调蓄容积为V=10×23.2×0.6×5=696 m3，即可满足年径流总量控制要求。

2 问题提出

海绵城市建设中，雨水调蓄通过建设下凹式绿地、雨水花园、湿塘、滞蓄模块等设施来实现，是海绵工程投资的重要组成部分，减少调蓄容积可以降低工程投资。从上述计算过程可以看出，减少雨水调蓄容积有两个途径，一个是降低设计降雨量也就是年径流总量控制率，另外一个就是降低综合径流系数。但是不管怎么降低，对于一个地块来说，只要有年径流总量控制目标，即使是全部做低径流系数的绿地，也必然需要一定的调蓄容积，否则就不符合要求，显然是不太合理。

对于前述的示例地块，假定不做任何调蓄设施，其综合径流系数为0.6，对于一场降雨来说，60%的雨量形成径流外排，40%的雨量通过渗透、蒸发等方式留在地块内，根据“指南”规定的年径流总量控制率的定义，即“场地内累计得到控制(不外排)的雨量占全年总降雨量的百分比”，该地块的年径流总量控制率应为40%。即，在不做任何调蓄设施的情况下，年径流总量控制率应由下式计算：

α=(1-Φ)×100%

(2)

其中，α为年径流总量控制率。

继续讨论前述的示例，对于不超过23.2 mm的一场降雨，地块设置容积为696 m3的调蓄设施能够储存全部的径流量，而不发生外排，超过23.2 mm的降雨，将产生外排流量。假定某场降雨为50 mm，在开始降雨至23.2 mm期间，地块产生的径流全部储存不外排。超过23.2 mm开始，因为调蓄设施已满，不能再储存雨水，此时雨水径流开始外排。但是并非所有的降雨均形成径流外排，还有40%的降雨通过渗透等留在了地块内，因此实际达到的年径流总量控制率超过了设计目标，应为75%+(1-0.75)×0.4×100%=85%。即在有雨水调蓄设施的情况下，实际年径流总量控制率应由式(3)计算：

αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%

(3)

其中，αS为实际年径流总量控制率。

也就是说，对于一定的年径流总量控制率目标，实际确定的雨水调蓄容积应比“容积法”的计算结果小，从而可以节省工程投资和造价，具有一定的经济意义。

3 改进的计算方法

为了合理确定雨水调蓄容积，在“指南”规定的“容积法”基础上，可以采用“试算法”进行计算。

首先假定调蓄容积为600 m3，代入式(1)，可计算出设计降雨量为20 mm，查阅曲线图，得出对应的年径流总量控制率为70.8%，代入式(3)，可计算出实际年径流总量控制率为70.8%+(1-0.708)×(1-0.6)×100%=82.5%，超过了设计目标。

为了控制造价，考虑进一步减小调蓄容积，假定调蓄容积为500 m3，计算出设计降雨量为16.7 mm，对应的年径流总量控制率为65.4%，实际年径流总量控制率为79.2%，仍然符合目标要求。如果有再进一步减小调蓄容积的要求，还可以继续试算。

4 结语

1)地块在不做调蓄设施的情况下，年径流总量控制率由下式计算：α=(1-Φ)×100%。

2)在建设雨水调蓄设施的情况下，地块的实际年径流总量控制率由下式计算：αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%。

3)对于一定的年径流总量控制率目标，实际确定的雨水调蓄容积可采用“试算法”计算，比“指南”规定的“容积法”的计算结果小，从而可以节省工程投资和造价，具有一定的经济意义。