老旧小区海绵改造中年径流总量控制率的计算方法对比及应用

王晓蕾，周 桓

（中国市政工程西北设计研究院有限公司武汉分公司，湖北 武汉 430000）

随着中国海绵城市建设的开展，逐步对一大批老旧小区进行了海绵改造，解决了小区内涝问题，增强了小区调蓄雨水的能力，减少了直接排入市政管网的雨量，增加了雨水回用设施，更有利于城市的可持续发展。

在海绵改造设计中，年径流总量控制率是评估改造效果的重要指标[1]，该指标主要有三种计算方法：①采用综合年均雨量系数φn进行计算；②断接法，考虑到在老旧小区海绵改造设计过程中，常针对部分无雨水口的不透水下垫面的雨水径流进行断接，即雨水径流先排入海绵设施中渗透、滞留、调蓄，超量雨水再排往市政雨水管网，因此，需要在第一种算法的基础上引入雨量径流调整系数k[2]，再进行计算；③容积法，主要是利用海绵设施的调蓄容积进行计算。

本文以武汉市某小区海绵改造实际工程设计为例，对上述三种年径流总量控制率计算方法进行了详细的梳理和探讨。

1 海绵改造年径流总量控制率计算方法

1.1 综合年均雨量系数法

海绵改造前后的年径流总量控制率均可采用此种方法计算，常用于改造前的控制率计算。此方法默认小区内雨水通过雨水口直接排往雨水管网，此时小区内现状年径流总量控制率可以通过综合年均雨量系数φn进行计算。

根据《武汉市海绵城市建设设计指南》（2019-02）[3]（以下简称《指南》），区域内综合年均雨量径流系数φn按照以下公式进行计算：

式（1）中：φni为计算区域内某种下垫面年均雨量径流系数，取值详见《指南》中的表6.10；Fi为某种下垫面的面积，m2。

则小区年径流总量控制率n为：

1.2 断接法

断接法仅适用于海绵改造后的控制率计算，其本质上依然是先计算综合年均雨量系数φn，再由式（2）算得年径流总量控制率n，但由于改造后增加了透水铺装、雨水花园、下凹绿地等海绵设施，从而需要对综合年均雨量系数φn的计算方法进行改良，与式（1）有所区别。

在海绵改造设计过程中，对于现状不透水下垫面情况较好，周边又缺少雨水口的情况，考虑将雨水径流先断接入海绵设施，经过海绵设施渗透、滞留、调蓄后，超量雨水再排往市政雨水管网。例如，将小区现状屋面的雨水接入雨水桶当中，或将现状水泥路面的雨水先进行断接，即排入邻近的下凹绿地当中，通过土壤自然下渗，如有超量雨水，再通过溢流式雨水口排往雨水管网。根据《指南》，此种情况下海绵改造后的综合年均雨量系数不能完全按照式（1）进行计算，为了体现出断接措施的作用，需要在公式中引入雨量径流调整系数k。从而将小区内全部下垫面分为三类：第一类是经过海绵改造的下垫面，如透水砖人行道等；第二类是将雨水断接入海绵设施的不透水下垫面，如上述将雨水断接入雨水桶的屋面；第三类是未经改造，且无断接措施的下垫面，如无断接措施的水泥路面。系数k与第二类下垫面相关联，因此，改良后的综合年均雨量系数φn计算公式变为：

式（3）中：k为断接非海绵设施雨量径流系数调整系数，取值详见《指南》中的表6.11；φna、φnb、φnc分别为海绵设施下垫面、断接非海绵设施下垫面、非海绵设施下垫面的综合年均雨量径流系数，算法与式（1）相同；Fa、Fb、Fc分别为上述三类下垫面对应的面积，m2。

1.3 容积法

容积法同样仅适用于海绵改造后的控制率计算。海绵改造后，区域内增加了雨水花园、下凹绿地等海绵设施，这些设施具有滞留、调蓄雨水的能力，因此可以通过计算具有调蓄功能的海绵设施的容积、场均雨量径流系数φc，从而求得设计可控降雨量H，最后查表得到年径流总量控制率。

容积法计算年径流总量控制率的公式如下：

式（4）（5）中：H为设计降雨量，mm；V为设计调蓄容积，m3；φc为综合场均雨量径流系数；F为总汇水面积，hm2，F=∑Fi；φci为计算区域内某种下垫面场均雨量径流系数，取值详见《指南》中的表6.10；Fi为某种下垫面的面积，m2。

最后将计算得到的设计可控降雨量H代入《指南》的表6.15中，可查找到对应的年径流总量控制率。

2 武汉某小区海绵改造案例

2.1 小区现状概况及改造方案

该小区位于武汉市江岸区，始建于2002年。小区内部现状下垫面主要分为硬质屋面、混凝土车行道、植草砖、硬质铺装人行道、绿化、硬质铺砌水景等，具体分布情况如图1所示。小区现状人行道、车行道为不透水下垫面，且局部存在破裂和凹凸不平等问题，导致居民出行舒适性较差，雨季存在局部渍水等问题。

图1 某小区海绵改造前下垫面分类图

根据小区现状建设条件，海绵改造主要采取的措施有雨水花园、下沉式绿化带、生态停车场、透水铺装等，改造后下垫面分布情况如图2所示，雨水径流路径如图3所示。

图2 某小区海绵改造后下垫面分类图

图3 某小区改造后雨水径流路径图

2.2 年径流总量控制率的计算结果及分析

按上述方法计算后，该小区海绵改造前后年径流总量控制率如表1所示。

表1 年径流总量控制率计算结果表

该小区经过增加透水铺装、雨水花园等一系列海绵措施改造后，对于年径流总量控制率必然是有所提高的，而根据表1的计算结果，容积法计算得出的年径流总量控制率却小于海绵改造前。通过对海绵改造措施的分析，由于小区内可用来建设有调蓄功能的海绵设施的面积很少，面积占比1.88%，而可改造为透水下垫面的面积较大，面积占比9.45%，因此，该小区主要是通过渗透的方式提高年径流总量控制率，而不是利用有调蓄功能的海绵设施，不适用容积法计算。

另外，由表1可知，海绵改造后断接法的计算结果比综合年均雨量系数法提升了2.3%，说明断接措施具有控制降雨径流的作用。因此，在该小区中采用断接法进行计算，能显著体现出海绵改造中断接措施的效果。

3 结论

综上所述，可以得出三种计算方法在海绵设计中的适用情况。综合年均雨量系数法常用于海绵改造前的控制率计算，海绵改造后的控制率计算，常采用容积法与断接法。容积法计算年径流总量控制率适用于海绵改造区域内设置了较多具有调蓄功能的海绵设施的情况，如区域内设置了较多雨水花园、下凹绿地、雨水桶、雨水调蓄模块等。而采用断接法，即将硬化下垫面的雨水径流优先引入海绵设施进行渗透、滞留、调蓄，不仅是符合海绵城市建设理念，而且在老旧小区海绵改造中可操作性强，因此推荐采用断接法，提高海绵改造的效果。综上所述，断接法计算年径流总量控制率的适用条件是：①海绵改造含有采取了断接措施的不透水下垫面；②海绵改造区域内渗透下垫面改造面积占比较大，而具有调蓄功能的海绵设施改造面积占比较小。