建筑小区海绵城市设计计算要点解析

莫国林

（广西华蓝工程管理有限公司，广西 南宁 530000）

引言

随着社会经济水平的不断发展，城市化进程不断推进，人们在满足物质需求之后，对环境的要求越来越高。在城市发展的过程当中，要是没有一个良好的水循环系统，那么资源利用率问题就会慢慢显现出来。所以说，在进行城市建设的时候要进一步促进生态文明建设。因此海绵城市理论在建设城市生态环境的时候具有十分重要的作用。

一、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。

二、海绵城市的本质

（一）维护水资源的生态系统

海绵城市的建设应当最大程度的对原有的生态水循环系统进行保护，包括城市当中存在的湖泊、池塘以及河流等生态自然体系，从而使得城市当中的水文情况尽可能地维持在最好的状态之下。

（二）修复被破坏的生态结构

随着城市的不断建设，城市当中原有的水生态循环系统在一定程度上受到了破坏，因此这就需要通过有效的技术措施来修复已经被破坏的生态，改善和修复受到破坏的水循环系统和水生态系统，从而使得城市的生态环境可以得到健康持续的发展。

（三）提倡低影响开发模式

尽最大的可能将城市的生态环境维持健康发展的状态下，并以此为标准将生态破坏问题降到最低，尽可能的保护城市原有的生态水循环，从而使得城市当中额绿地系统能够得到有效的维护，进而优化水循环系统，这就是低影响开发理念的大致内容。城市在建设的过程当中，会充分地利用到透水路面的设计、屋顶花园设计以及雨水公园等，同时还会根据实际情况使用到下沉绿地、原有水系以及生态设施等，使得水资源能够大大地提高利用率，对雨水进行高效的拦截和滞留。这样一来，城市当中地表水径流问题以及导致的内涝问题就可以得到有效的缓解。

三、海绵城市中生态绿地类型和作用

（一）面型绿地

根据不同类型的绿地而合成的城市绿地区域被称作是面型绿地。在城市建设当中比较常见的面型绿地有居住绿地和商业绿地。面型绿地能够有效地将建筑、广场以及道路当中的雨水径流进行收集，而且还可以就地进行吸纳、入渗以及收集，在需要用水的时候能够进行灌溉。因为面型绿地的生态设施分布的比较分散，而且尺寸也比较小，因此对雨洪进行管理的时候可以解决的区域面积有限，在超出解决范围的区域无法有效地进行处理。同样对于径流也只能处理较小部分。

（二）点型绿地

点型绿地主要说的是在城市当中呈点状分布的生态绿地，比如在社区当中的公园，在该区域建设大量的湿地或者雨水公园等设施。点型绿地当中需要有合适的湖泊、小溪等水体系统，从而能够对雨水进行存储、过滤、吸纳以及净化，这部分水资源在需要利用的时候可以用来对绿地进行浇灌，从而使雨水得到充分的利用。在实际操作的过程当中可以发现点型绿地能够有效地吸纳和处理雨水，从而在一定程度上减少雨水径流。因为人工湖、湿地等水体资源自身具有储存的功能，所以对于雨水储存设施的工程性建设可以适当地减少。

四、常见问题

（一）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。

（二）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。

（三）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。

五、设计方法

（一）年径流总量控制率与年径流污染控制率

在《指南》推出两年时间里，海绵城市建设试点进行了很多低影响开发的工程实践，以雨水体积为控制核心的工程在不断地应用。实际上，雨水通过低影响开发等措施进行“渗、滞、蓄、净、用、排”等一系列环节，不仅仅是对雨水进行滞留，更重要的是对径流雨水污染物的截留、去除和控制。笔者认为，“年径流总量控制率”这一指标固然重要，但最终还应以雨水径流污染控制效果为目标。换言之，在海绵城市建设的一系列措施中，雨水体积的控制是一种途径、方法或者载体，通过控制雨水体积，来控制径流雨水的污染。

其实，在实际的落地工程中，如果有能够将雨水快速处理、瞬时处理的“即来即处理”雨水设施，则认为确实不需要对雨水的体积进行控制，但在实际工程中是否存在呢?在现实降雨中，虽然如前所述分析了不同雨型、短历时、长历时，采用不同的模型工况，但每场降雨都是不同的，雨水流量的变化系数是非常大的，具有很多不确定性。因此这类设施很难有效发挥控制径流污染的功能，因此，这类实施就需要对雨水体积进行“滞、蓄”，以缓冲降雨量的变化，这也是把径流总量控制作为重要指标的原因之一，追根溯源，径流总量控制是径流污染控制的方法和途径，而目标还应落在径流污染的控制效果上。

（二）年径流总量控制率的应用

根据《指南》容积法进行计算时，设计调蓄容积V=10H·Ψ·F，其中H为年径流总量控制率对应的设计降雨量，实际所需调蓄的容积=设计降雨量×径流系数，即实际的径流雨量作为调蓄容积的计算基准值。不同的是，模型法基于EPA－SWMM 产汇流的原理，总降水量=蒸发量+下渗量+径流量，从其水平衡的关系可以看出，其调蓄容积直接基于总设计降雨量为计算基准值。从计算原理讲，采用模型的计算更加贴近年径流总量控制率的概念。容积法和模型法不存在矛盾，只是容积法通过一个径流系数简化了模型中的蒸发模型、入渗模型等参数，在实际工程应用时，应根据不同尺度、不同深度分别应用。

当采用《指南》中各种低影响开发设施时，如何达到年径流总量控制率，是采用《指南》中的容积法还是EPA 的模型法，当采用模型法时，采用何种雨型来评估，这些问题都影响着每一个设计人员。前述已阐明了年径流总量控制率的计算过程和机理，不难发现，年径流总量控制率实际上有两个含义，由此也对应不同的雨型应用，其各有优劣。

第一个含义:年径流总量控制率对应的设计降雨量，是对过去30 年的所有“日”降雨量(2mm 及以下除外)的概率统计。例如，上述85%年径流总量控制率对应的设计降雨量为26.8mm，其含义即为，如果要达到85%的年径流总量控制率，那么就需要能“控制”住“日”降雨量为26.8mm 的降雨。在业内普遍认为，“控制”是指“不外排”，“日”是指24h，于是就有了日降雨量26.8mm 的24h 雨型进行模拟。笔者认为，采用24h 雨型是有效且可行的。但应注意两点：①“控制”，是指以控制雨水体积为方法，进而控制雨水污染物，至于是否外排，并不重要，只要径流雨水污染物削减达标，外排雨水也是可以接受的；②“日”，虽然根据设计日降雨量及峰值系数，可以分布出24h 的雨型进行模拟，但也应根据当地降雨的经验，采用短历时降雨(比如2h 或4h)雨型进行校核，因为当短历时的实际降雨发生时，雨水瞬时流量要比长历时大很多，按长历时设计的低影响开发设施能否有效地“控制”短历时降雨时的污染物，应进行进一步校核验证。

第二个含义:“年”径流总量控制率是指以一个“年”为单位，控制住85%的年总降雨量。例如，上述该市在1986 年—2015 年，年总降雨量最低为369mm(2002 年)，最高为838mm(2010 年)，平均为600mm。在模型应用中，采用接近平均年降雨量的年份，比如1999 年的621mm 作为典型年，进行一年内逐日降雨量的模拟，同时对低影响开发设施进行设计，然后采用最高降雨年份进行模型校核，并对低影响开发设施进行修正，最终选取可工程化、技术经济性价比最优的方案。通过对全年的模拟，可以直观地看到一年能控制的雨水量和污染物，同时也和每年溢流到受纳水体的污染物浓度以及溢流次数相对应。

结语

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。

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。

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。

年径流总量控制率是一个重要的指标，径流污染的控制是效果目标，体积的控制是实现污染物削减目标的有效方法和重要途径之一。