年径流总量控制率计算方法比较

邹 寒（上海市建筑科学研究院有限公司， 上海 201108）

近年，随着海绵城市建设要求的不断提升和全面推进，我国大部分地区都出台了海绵城市建设管理办法。要求在城市规划建设管理各个环节落实海绵城市建设理念，建设项目在土地出让、方案设计、施工图设计、建设管控、竣工验收全过程等方面，均需满足海绵城市的相关要求。除此之外，各个方面的相关标准也逐渐与海绵城市融合，将其要求纳入标准中。上海市最新修编完成的地方标准 DG/TJ 08-2090—2020《绿色建筑评价标准》针对用地面积 ＞ 2 万 m2的建筑与小区项目，将海绵城市专项设计要求提为控制项。这一方面体现了海绵城市要求的更加全面化，另一方面也为建筑与小区绿色建筑和海绵城市的融合提供了很好的基础。

建筑与小区以其在城市建设中量大面广的特点，成为雨水径流产生的重要源头，同时也是海绵城市建设的重要组成部分。年径流总量控制率作为建筑与小区海绵城市设计的重要指标，其计算的合理性会直接影响到项目的实际控制效果。在设计中发现有 2 个常见问题亟待解决。① 直接按总量计算是否合理。很多项目为了满足年径流总量控制率带来的径流控制容积要求，将所有的调蓄容积放到项目边角位置去消纳，下凹式绿地动辄几百甚至上千平方米，而不考虑汇水分区内的控制需求。② 用于收集回用的蓄水池是否可以计入海绵设施的调蓄容积。换言之，蓄水池对于径流总量控制是否有贡献。

针对这 2 个问题，本文以一个假设案例为基础，采用 3 种不同年径流总量控制率计算方法进行计算。对计算结果进行对比分析，判断其合理性，从而提出建议做法。

1 基础情况

1.1 假设案例信息

项目位于上海市，总用地面积 F 为 10 000 m2，其中绿地面积为 3 000 m2，建筑基底面积为 3 000 m2，其余道路广场面积为 4 000 m2。项目所在地区年降雨量 h 为 1 164.5 mm，海绵城市设计目标年径流总量控制率 75%（对应设计降雨量 H 为 22.2 mm），年径流污染控制率（以 SS 计）50%。项目采用雨水收集回用系统，绿化灌溉、道路浇洒、车库冲洗采用雨水，地下车库面积为 8 000 m2。

1.2 设计基础工作

（1）汇水区划定和下垫面分析。假设综合考虑竖向、排水、下垫面等多因素后，将案例分为 9 个汇水分区。各分区内的下垫面情况和综合径流系数如表1 所示。

表1 案例各分区信息一览表

（2）海绵设施布局规模。根据场地下垫面分布、竖向条件和不同分区目标布局海绵设施，选用雨水花园、下凹式绿地和蓄水池 3 种设施。其中，雨水花园和下凹式绿地属于调蓄型设施，蓄水池用于雨水收集回用，容积为 90 m3，收集雨水范围是 6～9 分区，具体设施布局位置及规模如图 1 所示。

图 1 案例分区及设施布局示意图

2 年径流总量控制率计算

本文采用总量直接计算法、分区加权计算法和年径流控制分别计算法 3 种方法进行年径流总量控制率计算。

2.1 总量直接计算法

本方法是直接将项目采用的下凹式绿地、雨水花园和蓄水池的调蓄容积做加和得到总调蓄容积，再按照式（1）计算场地的设计降雨量，并利用数据拟合法得到对应的年径流总量控制率。

式中：H—设计降雨量，mm；

V—调蓄容积，m3；

F—计算汇水面积，m2；

φ—综合径流系数。

采用总量直接计算法分别计算总调蓄容积含蓄水池和不含蓄水池 2 种情况下的年径流总量控制率，计算结果如表2 所示。根据计算，当调蓄容积含蓄水池时，年径流总量控制率为 75.3%，不含蓄水池时，年径流总量控制率仅为41.4%。两种结果差距非常大，说明蓄水池的容积是否纳入调蓄对本方法计算结果的影响非常大。

2.2 分区加权计算法

分区加权计算法方法是参考 GB/T 51345—2018《海绵城市建设评价标准》中第 5.1.3 条第 2 款“年径流总量控制率评价应将各设施、无设施控制的各下垫面的年径流总量控制率，按包括设施自身面积在内的设施汇水面积、无设施控制的下垫面的占地面积加权平均，得到项目实际年径流总量控制率”，将每个分区的年径流总量控制率按照各分区汇水面积进行加权平均，计算项目设计可达到的年径流总量控制率。对于没有采用海绵设施控制的分区，参考 GB/T 51345—2018 第 5.1.3 条第 3 款，年径流总量控制率 R 按照式（2）计算。

采用分区加权计算法分别计算了总调蓄容积含蓄水池和不含蓄水池 2 种情况下的年径流总量控制率，分别为 67%、44%，如表3 所示。本方法在 2 种不同情况下的计算结果差距也非常大，说明蓄水池的容积是否纳入调蓄对本方法计算结果的影响也很大。

表3 含蓄水池情况下各分区年径流总量控制率计算

2.3 年径流控制分别计算法

为了进一步判断蓄水池是否应该纳入调蓄容积，提出年径流控制分别计算法。本方法与前文所述的 2 种方法不同，其计算是以年降雨量为基础，通过计算渗透、调蓄、回用 3 种控制方式下的年降雨控制量，从而加和求得项目的年径流总量控制率。以本案例为基础计算如下。

（1）年渗透量（V渗透）的计算公式如式（3）所示。

式中：h—年降雨量，mm，取 1 164.5 mm。

将相关量代入式（3），得到年渗透量 V渗透为 4 600 m3。

（2）年调蓄量（V调蓄）计算。年调蓄量即每个分区年调蓄量之和，此处计算不考虑渗透和回用的贡献，仅考虑调蓄设施的调蓄量。年调蓄量的计算公式如式（4）所示。

式中：Fi—分区汇水面积，m2；

φi—分区综合径流系数；

Ri—分区年径流总量控制率，%。

本案例中，仅分区 1、2、4、6 中设有调蓄设施，按照表3 中年径流总量控制率的结果对计算 4 个分区的年调蓄量，分别为 335.2 m3、515.4 m3、246.1 m3、335.2 m3，总计 V调蓄为 1 432 m3。

（3）年回用量（V回用）计算。采用逐月水量平衡分析计算，雨水收集范围是 6～9 分区，总收集汇水面积为 5 000 m2。

收集的年可用雨水量 Wya参考 GB 50555—2010《民用建筑节水设计标准》中 5.2.4 条，按照式（5）计算。需要注意的是，当雨水收集范围内设施为雨水花园或下凹式绿地等调蓄设施时，应利用扣除调蓄量后的径流产生量进行计算。

式中： 0.6～0.7 —除去不能形成径流的降雨、弃流雨水等外的可回用系数。

本案例中 6 分区内既有下凹式绿地，又为蓄水池收集范围，因此在计算时，需扣除 6 分区的年调蓄容积，即335.2 m3。

采用逐月水量平衡分析计算年实际雨水回用量，结果如表4 所示。经计算，年实际雨水回用量 V回用为 1 660 m3。

表4 逐月水量平衡分析表

（4）年径流总量控制率的计算公式如式（6）所示。

经计算，年径流总量控制率为 66%，其中年回用雨水量占年径流总量的 14.3%，说明雨水回用对径流总量控制是有明显作用的，因此不应直接在计算中忽略此部分的贡献。

3 方法对比

通过 3 种方法的计算结果对比分析，得到 3 点结论。① 3 种计算方法计算的结果存在较大差异，总量直接计算法计算的结果可以满足年径流总量控制率 75% 的要求，另外 2 种方法计算结果均 ＜ 70%。② 在考虑蓄水池作用的情况下，采用分区加权计算法和年径流控制分别计算法得到的年径流总量控制率计算结果相近，且明显低于总量直接计算法。③ 若不考虑蓄水池的作用，总量直接计算法和分区加权计算法得到的年径流总量控制率计算结果与年径流控制分别计算法的结果差距很大，这说明雨水回用量是不应被直接忽略的。进一步分析原因，可以归结出 3 种方法本身的优缺点，如表5 所示。

表5 3 种计算方法的优缺点对比表

本文提出的 3 种年径流总量控制率计算方法，从合理性角度看，分区加权计算法和年径流控制分别计算法明显优于总量计算法。另外，从计算便捷程度看，总量计算法和分区加权计算法明显优于年径流控制分别计算法。因此，在海绵城市设计中，建议优先采用分区加权计算法进行计算，当设有雨水收集回用作用的蓄水池时，可在分区加权计算法的基础上，用年径流控制分别计算法进行验证，并将两者计算结果取小。

4 结 语

（2）海绵城市设计是一个精细化的工作，为了保证其真正有效，在年径流总量控制率的计算方法上，必须要改变原有简单粗暴采用总量直接计算法的方式。建议优先采用分区加权计算法进行计算，当设有雨水收集回用作用的蓄水池时，增加年径流控制分别计算法验证。

年径流总量控制率的计算只是海绵城市设计的基础步骤，其海绵作用发挥更离不开合理的汇水区划分、竖向设计、排水设计、植物选择和设施断面设计等工作。因此，一定要忌粗糙、忌粗放，从整体化、精细化、景观化的角度去开展海绵城市设计，才能达到海绵城市预期的控制效果。

本文通过 3 种年径流总量控制率计算方法的分析对比，得到结论如下。

（1）雨水回用对径流总量有明显控制作用，不应直接在计算中忽略此部分的贡献。