建筑小区海绵城市设计计算要点解析

赵 波 （上海建工七建集团有限公司，上海 200232）

近年来，随着人民生活水平的提高和城市化进程的加快，人与自然的矛盾也愈加突出，城市洪涝、径流污染、合流制溢流污染、黑臭水体污染、水资源短缺等水环境与水资源问题频现。海绵城市建设需要构建涉及源头削减措施、中途、末端综合措施的全过程雨水控制与管理体系。在建筑小区通过源头控制方式削减降雨过程的洪峰流量和径流总量是海绵城市建设中非常重要的一环。本文旨在从一级源头控制方面，对建筑小区海绵城市设计中重要指标的计算方法、易混淆概念及常见问题做出梳理及总结，以使广大建筑给排水设计工作者能迅速掌握相关内容。

1 控制目标

海绵城市设计控制目标（分强制性目标和引导性目标）主要包括径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用率、下沉式绿地建设比例、透水铺装率、绿色屋顶覆盖比例、不透水面径流控制比例及蓄水池最低容积要求等。

2 设计方法

2.1 年径流总量控制率

要深入理解年径流总量控制率及设计降雨量这两个概念可以查阅刘旭为文章中的推导过程。年径流总量控制率主要用于确定相对应的设计降雨量，从而确定LID 设施设计规模。确定设计规模最常用且最容易着手的方法是容积法。容积法计算公式为：

式中：V—设计调蓄容积，m；

H—设计降雨量，mm

φ—综合雨量径流系数

F—汇水面积，hm

其中φ 为综合雨量径流系数，是对各下垫面雨量径流系数进行加权计算。这里区分两个系数，一个是雨量径流系数，一个是流量径流系数。雨量径流系数主要用于径流总量控制，流量径流系数主要用于径流峰值控制。其取值相近，雨量径流系数一般小于等于流量径流系数。

设计时根据当地年径流总量控制率k 的要求，查当地设计降雨量H，即可利用公式（1）计算出需要的低影响开发设施的有效调蓄总容积V，然后由景观专业根据场地覆土深度、下垫面类型及整体布局综合调配各低影响开发设施的配比。

2.2 年径流污染物削减率SS

年径流污染物削减率SS 可以采用有效面积法，根据设施的有效汇水面积加权平均计算，公式为S=K∑(Si'Fi)/F，也可以采用有效容积法，根据设施的有效调蓄容积加权平均计算，公式为S=K∑(Si'Vi)/∑Vi，其中Si' 为各低影响开发设施对SS 的平均去除率，Fi 为各低影响开发设施的有效汇水面积，Vi 为各设施的有效调蓄容积。当汇水面积雨水不能全部汇入低影响开发设施时，有效面积法计算出的SS 值小于有效容积法，当汇水面积雨水全部汇入低影响开发设施时，两种方法计算结果相差不大。有效面积法计算加权平均SS 值更为合理，可以反映出不同低影响开发设施或者说不同下垫面对汇水面积雨水污染物的去除效果；有效容积法更直观、简便。

2.3 径流峰值控制

控制径流峰值就等于控制城市内涝风险。需控制利用的雨水径流总量应按下式计算：

式中：W—需控制利用的雨水径流总量（m）；

hy—设计日降雨量（mm）；

φ—雨量径流系数；

φ—控制径流峰值所对应的径流系数，应符合当地规划控制要求；

F—硬化汇水面面积（hm）。

需要注意的是这个公式中h是设计日降雨量（而不是与年径流总量控制率对应的设计降雨量），应按常年最大24h降雨量确定。还要注意区分这里F 为硬化汇水面面积，而不是总的汇水面积，可以理解为径流峰值量主要由硬化汇水面产生。

3 案例

以山东省青岛市某项目为例，该项目净用地面积11280 m，硬屋面面积4512 m，绿化面积2267.3 m，道路广场及铺装面用地面积4500.7m，透水铺装率按8%计，透水铺装面积为364 m，硬质路面面积为4136.7 m。两年一遇日降雨量按照72.1mm 取值，控制径流峰值所对应的径流系数按0.45。雨水按山东省青岛地区暴雨强度公式：P=3 年，t=15min，q=258 （L/s ·10000m），即92.7mm/h。年径流总量控制率按75%，对应的设计降雨量为27.4mm。年径流污染物削减率目标为60%。

设计调蓄量计算表 表1

年径流污染物削减率指标计算表 表2

①径流总量控制计算：根据公式（1），计算满足年径流控制率的最低设计调蓄量为158.03m。结果见表1。

②径流峰值控制计算：汇水硬化汇水面积F 为8648.7m；需控制利用的雨水径流总量W 采用公式（2）计算结果为247.5m，大于设计调蓄量，按径流峰值控制设计下凹绿地面积为1393m，蓄水高度0.1m，调蓄排放水量为139.3m，因此本项目收集回用系统蓄水量规模为108.2m，取110m。

反算实际实现的年径流总量控制率：

根据公式（1），其中V 为247.5m，H为27.4mm，φ 为0.69，F（汇水面积，而非硬化汇水面积）为1.128hm，计算得到H 为31.80mm ＞27.4mm，年径流总量控制率约为78.5%。

径流总量和径流峰值均得到控制。

③年径流污染物削减率计算：雨水蓄水池对污染物去除率按90%，下沉式绿地对污染物去除率按80%计，年径流污染物削减率指标计算结果见表2，满足60%的要求。

4 常见问题

4.1 管网设计不合理

在新建建筑小区的海绵城市设计中，笔者见到有设计者还是按原有管网设计方法，将屋面雨水和小区路面径流雨水直接汇入小区雨水管网，最终进入市政排水管网，有设计者仅将下沉式绿地、雨水花园的溢流排水接入小区雨水管网，也有设计者将小区雨水分两路，一路引入调蓄池，溢流雨水与小区主管线汇合后接入市政管网，其余LID 设施也是仅由溢流排水管接入小区雨水管网。笔者认为这两种做法都没有充分发挥LID 设施的渗、滞、蓄、净的作用。设计者应改变原有思路，分析小区竖向布局，以LID 设施为核心，精细划分汇水分区，将屋面雨水及小区路面雨水尽量引入LID设施，如果部分分区受用地类型或现状条件的限制，不具备建设LID 设施条件，可以在分区之间采用植草沟、排水暗管等进行联通，最终达到整个项目径流控制率的要求。

4.2 雨水排除不合理

有的设计中绿地标高较高，导致雨水径流路径受阻。设计时应通过调整竖向标高，将周边雨水尽量坡向绿地，如果是普通绿地，雨水口顶面标高应高于绿地20mm～50mm，且不应高于路面。如果采用下沉式绿地，溢流口顶面标高一般应高于绿地50mm～100mm，使得雨水先蓄滞后溢流。

4.3 与雨水回用设计混淆

以雨水回收利用为目标的给排水总图设计思路是先根据需回收雨水量计算出对应的汇水面积，该部分雨水收集进入雨水回收池，处理后回用，其他汇水面积的雨水直接有组织排入市政管网。海绵城市设计时，小区的给排水总图设计思路是先根据当地规划要求的强制性目标，考虑项目本身情况和经济因素，确定渗透设施类型及规模，即灰色设施的调蓄容积及绿色设施的类型及配比，围绕绿化设施划分汇水面积，组织雨排水。因此这两种设计思路出发点不同，目标不同。

5 结语

①在建筑小区海绵城市设计时，年径流总量控制率的计算首选容积法确定LID 设施规模，计算时注意区分流量径流系数与雨量径流系数的概念，公式中的面积为汇水面积。

②年径流污染物削减率的计算可以采用有效面积和有效容积法。有效面积法更合理，有效容积法更直观、快速。

③径流峰值控制的计算中用到的设计日降雨量和硬化汇水面积要和年径流总量控制率中采用的设计降雨量、汇水面积进行区分。

④对设计中常见问题进行总结，主要包括屋面雨水及小区道路雨水不经过LID 设施如下沉式绿地、雨水花园就直接进入小区雨水管网；竖向标高设计不合理导致雨水无法进入绿地，绿地中雨水口或溢流口顶标高设计不合理；混淆海绵城市设计和雨水回用设计的目标和思路等。