海绵城市理念在天府国际慢城项目中的应用

刘文静，甄彬斌

（河南省水利勘测设计研究有限公司，河南 郑州 450003）

1 引言

海绵城市是生态文明建设背景下的一种新型雨洪管理模式，使得传统单一的“灰色”排水系统转变为“绿色+灰色”双重排水系统，即“城市排水系统生态化”。其指导思想均为通过分散的、小规模的源头控制设施来实现对初期降雨进行有效控制，进而大幅度提高城市雨水资源化和安全用水水平，切实缓解水环境特别是面源污染治理压力，实现资源、能源、环境的可持续发展。目前，全国已大范围开展和推进海绵城市建设，要求对新建项目进行海绵城市设计，通过各类海绵体的组合应用，进而实现径流总量控制、径流污染控制及雨水资源化利用等强制性管控指标。文章以崇州市天府国际慢城项目为例，结合区域水文气象、水文地质、水资源等特点及现状问题分析，按照系统性、因地制宜、经济高效的原则选择海绵措施及其组合系统。

2 项目概况

天府国际慢城项目位于崇州市白头镇五星村桤木河湿地公园，总占地面积10 219.52 m2。场地北侧距桤木河约140.00 m，东南侧距桤木河约70.00 m，东侧约30.00 m为一水塘。项目为村庄产业用地，用地形状较不规则，建成后地势呈北高南低。

3 海绵城市建设适宜性及现状问题分析

3.1 海绵城市建设适宜性

崇州属四川盆地亚热带湿润季风气候，四季分明，雨量充沛，日照偏少，无霜期较长。年平均降雨量1 379.48 mm，春季179.10 mm、夏季588.00 mm、秋季218.40 mm、冬季29.90 mm。

根据天府国际慢城项目岩土工程勘察报告，场地内自上而下依次为人工填土（粉质粘土为主）、粘性土、粉土、砂及卵石组成，卵石层渗透系数k值为25.00 m/d，土壤渗透性能较好，土层厚度＞5.00 m。

根据拟建场地内及相邻区域的水文地质调查，场地平均高程528.40 m，场地内无地表水，主要由大气降水补给。枯水期，项目北侧及东南侧桤木河水位标高526.59 m，东侧水塘水面标高526.81 m。

综上所述，项目所在位置不处于地质灾害区域，且无特殊污染物，场地内土壤渗透性能好，适宜构建海绵城市；项目位置紧邻桤木河湿地公园，生态本底条件好，可利用其湿地对末端雨水进行净化。

3.2 现状问题分析

①项目市政预留雨水接口方向单一，接口能力不足，若场地内仅采用雨水管网排水，大部分区域雨水难以重力排至周边市政雨水接口。②项目位于桤木河湿地公园内，且东南侧距桤木河仅70.00 m，该项目未经控制的径流雨水会对现状河流造成污染，故需通过源头减排来控制。

4 海绵城市建设目标

根据崇州市海绵城市建设工作领导小组办公室对该项目下达的《崇州市海绵城市专项规划》及《崇州市海绵城市建设条件通知书》确定海绵城市控制目标，见表1。

表1 海绵城市控制目标表

该项目海绵城市控制目标的实现主要采用容积法进行确定，具体设计流程如图1所示。

图1 海绵城市设计流程图

5 海绵城市建设条件分析

5.1 下垫面条件

根据项目总平图进行下垫面类型划分及有效面积核算，包括硬质屋面3 769.60 m2、室外木平台293.98 m2、绿地2 073.71 m2、车行道2 855.86 m2、人行道285.08 m2、停车位941.83 m2六类，参考《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》中各类型下垫面雨量径流系数取值，采用加权平均法计算，海绵城市建设前地块综合雨量径流系数为0.68。

5.2 竖向设计及汇水分区

项目整体地势较为平整，主入口处为最低点，标高527.90 m；中间最高点标高531.60 m，有利于地表径流排放。项目场地内采用雨污分流制排水，仅有1 处雨水排出口接入市政雨水管网，位于主入口方位，如图2所示。

图2 场地竖向及管网分布图

按照场地竖向及排水组织关系将该项目划分为5 个汇水区，分别对各汇水区进行雨量及面源污染控制，如图3所示，各汇水分区下垫面情况见表2。

图3 汇水分区示意图

表2 各汇水分区下垫面解析一览表

5.3 建筑屋面雨水径流分析

该项目建筑屋面设置5条天沟，有组织地集聚雨水，并通过屋面四周设置的10根雨水立管汇至雨水调蓄池，如图4所示。

图4 建筑屋面雨水收集示意图

6 海绵城市控制指标

6.1 年径流总量控制率

项目采用容积法进行计算，以径流总量控制为目标，控制地块内各海绵城市设施的设计调蓄容积之和，即总调蓄容积，一般不低于该地块“单位控制容积”的控制要求。

设计调蓄容积计算公式：

式中：V－设计调蓄容积，m3；H－设计降雨量，mm；Φ－综合雨量径流系数；F－汇水面积，hm2。

以汇水分区1为例，先计算海绵城市拟设计后的综合雨量径流系数指标，其中拟设计的海绵体依据下垫面实际情况确定具体规模。初步设计方案为将普通停车位设计为植草砖停车位（雨量径流系数0.30），人行道及车行道设计为透水混凝土路面（雨量径流系数0.25），常规绿地的5%设计为生物滞留设施（雨量径流系数0.15）。汇水分区1设计调蓄容积计算见表3。

表3 汇水分区1设计调蓄容积计算表

为消纳在设计降雨条件下产生的所有雨水，汇水分区1应设置≥6.65 m3的调蓄容积。其中，生物滞留设施可调蓄23.40×0.25=5.85 m3，未调蓄的雨水（8.00 m3）通过雨水管网进入桤木河湿地塘进行调蓄处理，满足汇水分区1所需控制容积要求。

重复以上计算过程，可分别计算出各汇水分区设计调蓄容积，并通过选择合适的海绵措施来控制各汇水区雨水量，具体计算结果见表4。

表4 天府国际慢城各汇水分区海绵城市计算结果表

经核算，实际调蓄容积125.27 m3，实际可控制26.47 mm（24 h）的雨水，年径流总量控制率可达75.48%＞75.00%，满足设计目标。该项目海绵设施总体布局如图5所示。

图5 海绵设施分布图

6.2 面源污染控制率

面源污染控制主要考虑固体悬浮物（SS）指标，即雨水经过海绵设施的预处理、物理沉淀和生物净化等作用后，建设场地内累计一年得到设计控制的雨水径流固体悬浮物（SS）总量，占全年雨水径流固体悬浮物总量的比例。

面源污染控制率计算公式：

式中：C－面源污染总削减率；η－年径流总量控制率；Ci－各类单个海绵设施对固体悬浮物（SS）削减率；F－各类单个海绵设施汇水面积之和，m2，即F=∑Fi。

雨水调蓄池容积为40.00 m3，主要收集屋面雨水，其等效汇水面积为1 773.68 m2；生物滞留设施调蓄容积为30.00 m3，主要考虑收集室外平台、道路及周边绿地径流雨水，其等效汇水面积为4 578.99 m2；桤木河湿地调蓄容积为55.27 m3，主要调蓄各汇水分区未控制雨量，其等效汇水面积为3 866.85 m2。

根据《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》中各类海绵设施对固体悬浮物（SS）的削减率，设定该项目海绵体对SS 的削减率：生物滞留设施SS=75.00%；雨水蓄水池SS=85.00%；湿塘SS=70.00%；透水混凝土路面/植草砖停车位SS=80.00%。

经计算，该项目面源污染削减率C=57.60%＞50.00%，满足设计目标。

6.3 雨水资源化利用率

该项目雨水资源化利用途径主要为道路浇洒及绿化浇灌。按照《民用建筑节水设计标准》中规定，道路广场的浇洒用水定额可按浇洒面积1～2 L/（m2·次）计算，结合崇州市的实际情况，该项目室外道路浇洒取2 L/（m2·次），每年浇洒天数取30 d；绿化浇灌定额0.28 m3/（m2·a），结合崇州市的气候条件、植物种类，平均每周浇灌一次，每年绿化浇灌天数取52 d。故该项目总用水量为766.33 m3/a，见表5。

表5 天府国际慢城雨水资源利用量表

该项目雨水利用策略为收集屋面雨水，由雨水管道收集进入雨水蓄水池储存并回用，考虑到实际降雨频率、持续干旱时间间隔及浇灌频次，雨水蓄水池有效容积按储存2 d的平均日用水量计算，即蓄水池有效容积应为34.88 m3，即屋面雨水满足回用要求。

由表5可知，道路浇洒及绿化浇灌全年总用水量为769.00 m3。根据崇州市水文气象资料，崇州市年平均降雨量1 379.48 mm，则该项目年均降雨量为14 097.60 m3。故雨水资源化利用率为5.45%＞3.00%，满足设计目标。

7 结论

①以天府国际慢城海绵城市建设项目为例，对其政策需求、本底条件及现状问题进行深入分析，选取合适的海绵措施，通过计算以满足年径流总量控制率、面源污染控制率及雨水资源化利用率三大设计目标。②海绵设施中植物选配扮演着重要的角色，如植物的耐涝性、耐旱性、景观性及根系发达等，对维持土壤渗透率及吸收雨水中污染物起着至关重要的作用，下一步应侧重于海绵植被的研究，以保证海绵设施顺利运行。③该项目参照成都市建设项目海绵城市专项设计编制规定及审查要点，并结合崇州市实际情况系统性阐述年径流总量控制率、面源污染控制率及雨水资源利用率的计算过程及方法，成为当地海绵办的标准性范本，为崇州市同类型工程项目海绵城市专项设计及报审提供参考，以形成有效指导低影响开发建设的目标和途径。