居住小区中海绵城市设计问题分析

陈扬

【摘要】本文通过对源头减排类型中居住小区海绵城市建设体系进行分析，从政策规范、设计过程、发展方向等方面讨论了精细化海绵城市建设的设计目标及实现方法，对于海绵城市优化设计有着借鉴作用。

【关键词】海绵城市;方案设计;材料与设备;发展

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.008

1、海綿城市建设背景及现状

1.1政策文件的要求

自2013年颁发了《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》、《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》（国办发〔2013〕23号）等政策法规以来，在各地城市建设与开发过程中，低影响开发模式被逐步推广开来。在《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》中提出了要提升我国城镇化质量。2014年住房城乡建设部发布了《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》，文中指出我国大多数城市土地开发强度普遍较大，必须从规划、设计、建设、运行维护等方面构建低影响开发雨水系统。根据住房建设部要求，各省市建设厅又制定发布了结合本省情况的海绵城市设计导则，例如《江苏省海绵城市建设导则（试行）》，《浙江省海绵城市建设导则（试行）》，《南京市海绵城市规划建设指南》等，补充了海绵城市建设管理流程以及规划设计依据。

1.2规范及政策的新发展

随着第一批海绵城市建设工程的竣工，2018年又颁布了GB/T51345-2018《海绵城市建设评价标准》，其目的之一就是对建筑小区源头减排的有效性进行评判。标准中除了年径流量、径流污染控制外还提出了径流峰值控制与新建项目硬化地面率不宜大于40%的要求。在5.2节中对于源头减排项目的实施有效性评价中要求：“径流峰值控制应采用设计施工、模型模拟评估资料查阅与现场检查相结合的方法进行评价”。通过将《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》与《海绵城市建设评价标准》进行对比，可以发现海绵城市建设要求有逐步向量化、精细化程度转变的趋势。

2、海绵城市设计实践中存在的问题

以住宅小区为例，目前在进行海绵城市设计时的主要依据是建设部发布的《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》以及各省市所发布的海绵城市设计指南。在指南中明确了年径流总量控制率与面源污染削减率的要求。例如南京市规定了居住用地新建项目年径流总量空置率应≥80%，面源污染削减率应≥50%。扬州市将规划区具体细分为30个海绵城市建设管控分区，按照规划中提出的海绵城市总体布局要求，确定区内各类地块可以实现的雨水径流控制率。《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》在给出的计算方法中，对于径流总量空置率列出了：容积法、流量阀、水量平衡法等，并分别明确了不同类型海绵设施的计算方法。但是对于SS总去除率的描述并不充分，江苏省及省内各市技术指南均未给出计算公式。

在目前住宅区海绵城市设计中，一般仅根据规划给出的年径流量控制率和面源污染消减率计算出下凹绿地、雨水花园、透水铺装等海绵设施面积，再根据具体项目景观布置做足所需设施面积。但此种做法存在一些天然的缺陷，具体如下：

1）海绵城市建设的主要目的之一就是对雨水进行调蓄与利用，降雨存在各种情形，没有针对性的设置海绵设施将无法对不同雨量雨情中的雨水进行充分利用。

2）汇水分区、管网设计仅凭借经验划分，未能充分利用已设置海绵设施对降雨进行滞纳。

3）竖向设计时仍按原有设计方法，将绿地标高设置高于小区道路标高，则无法将道路上的雨水引向绿地，导致出现不合理的雨水径流方向。

综上所述，虽然海绵城市建设已经实行了一段时间，但居住小区的低影响开发雨水系统设计方面仍存在许多可以改善的地方。

3、居住小区海绵城市建设实例分析

项目地点位于扬州市，项目所在位置交通网完善，交通便利。其地块用地面积为62008m2，总建筑面积为149820.43m2，地下建筑面积为42364.13m2，覆土厚度为1.5m。在海绵方案设计中，地库顶面覆土影响海绵城市海绵设施种类的选用及布置，因此在海绵方案的选择中应充分考虑和论证地库覆土对于海绵设施的影响，以便选出适合本项目的海绵方案和设施。整个场地下垫面分为建筑屋面、绿化场地、硬化场地，绿地主要集中在住宅区，住宅区绿地面积较大，绿地率为25%。场地下垫面图详见图1，面积统计详见表1。

3.1 设计前期准备

1） 高程分析，经查看土建设计图纸，本地块场地分为2块台地，南侧高程为26.50m，北侧高程为28.00m。周边道路由北向南，由东向西逐渐降低，西南角最低。

2） 小区地库范围内覆土深度基本满足管网及下凹绿地与雨水花园设计需求，道路铺装中人行通道均可布置为透水铺装。通过分析，项目内绿色空间分布均匀，场地相对较为平整，有利于后期布置海绵措施，达到海绵目标。通过对场地的基本评估及查找规划条件，确定设计的具体量化目标，详见表2。

3.2 海绵城市建设技术选择

海绵城市建设严格执行雨污分流的排水策略，从而达到减少城市径流外排满足年径流总量控制率的要求。结合项目整体设计要求，对海绵城市建设设施进行选择与设计，优选技术先进、经济可靠的技术措施，确定总体布局方案。在住宅小区的海绵城市建设中主要采用渗透技术与储存技术，其包含了透水铺装、透水沥青混凝土、下凹式绿地绿色屋顶雨水模块及雨水罐等组成的雨水回用设施等。

需要注意的是，绿色屋顶在实际应用时往往会遭到来自建设方的较大阻力。原因主要有2点：

1）在目前设计规范要求下，住宅屋面布置的太阳能光热设备占据了屋面大部分面积，不利于绿色屋顶的设置。绿色屋顶的建造，会增加其成本。成本不仅包括建设成本还包括后期管理成本。绿色屋面植物如不按时照料容易破坏屋面设施设备。如在底层商业屋面一般设有排风口、空调设备及其他设备等。从绿色建筑设计理念出发，应考虑适当增大雨水回用设施设置规模，小区建设应优先将有限的雨水资源滞留在小区范围内。将收集的雨水经过沉淀消毒后用于小区内绿地灌溉及消防用水补给。1B490CC2-5DC6-4534-B96D-7F1CF9027BF5

2）海绵设施的指标计算

本项目以年径流总量控制率为目标，采用容积法计算校核设施设计规模。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）》容积法公式：

V=10·H·φ·F

式中：V——设计调蓄容积，m3;

H——设计降雨量，mm;

φ——綜合雨量径流系数;

F——汇水面积，ha。

本项目共设置雨水花园1350m2，下凹式绿地1050m2，植草沟800m2。

雨水花园蓄水层厚度为250mm，换土层厚度为500mm，碎石层厚度为350mm;下凹式绿地蓄水层厚度为100mm。换土层空隙率取0.2，碎石层空隙率取0.3;植草沟深度200mm，坡降顺道路坡度为0.003，蓄水层厚度乘以折扣系数0.5，同时设施梯形断面折减系数取0.7，通过采用海绵设施，可控制的雨量体积为：

VS（渗透设施的有效存储体积）=[1350×（0.25+0.5×0.2+0.35×0.3）+1050×0.1+800×0.2×0.5）]×0.7=559.475m3

新建2个雨水蓄水池，总调蓄容积为430m3。

V=559.475+430=989.475m3

年径流总量控制率采用容积法（V=10HφF）计算本项目控制雨量H：

H=989.475/（10×6.20×0.659）=24.2mm>24mm（对应年径流总量控制率75%，详见图2）。

年SS污染去除率计算

通常来说SS去除率的计算可以采用容积加权计算法与面积加权计算法。面积加权计算法的公式为：SS=K*Σ（si*Fi）/ΣF ;容积加权计算法公式为 ：SS=K*Σ（si*Vi）/ΣV。从实际情况看面积加权平均法更为准确，其原因有以下两点：

（1）用容积法计算时，透水铺装及绿化屋面并未参与计算，而实际情况是透水铺装与绿化屋面对于SS去除率是有影响的。

（2）在降雨量较大情况下，雨水不能完全汇入低影响开发设施时，容积法无法反映出这部分对于SS去除率的影响，造成计算值偏大[1]。

从以上两点来看，SS去除率的设计要求就是尽量均匀布置海绵设施，从而达到削减水体污染目的。本案海绵设施布局图详见图3。本项目采用面积加权法计算SS=0.67*（1000*0.85+4410*0.9）/8010=60.7%，满足要求。

海绵设施设计过程中应充分分析场地现状，创造适宜植物生长的环境条件。在植物品种的选择和配置中，充分发挥植物在调蓄径流、净化水质和美化水体景观等方面的作用。在特殊条件下应通过针对性的雨水设施设计，创造适宜植物生长的环境。在进行雨水排水设计时应注意：建筑落水散排入绿地，汇入海绵设施;植物选型应与景观设计相结合，以保证后期海绵设施的长效运行。

4、设施及技术与未来设计发展方向的展望

海绵城市建设作为我国推行高质量城市发展的政策，决定了海绵城市将带动一个巨大的新兴产业链，目前已有不少厂家开展了海绵设施的研发与生产工作[2]。

4.1新型海绵城市设备材料

从工程建设来看，应综合选用成本低、维护简单或根本不需要维护的设施设备。例如高密度聚乙烯制成的便捷下沉式储水罐。将预设好长度的开洞聚乙烯管两端封堵，形成一个储存下渗雨水的罐体;其优势在于它可以在降雨时储存雨水，干燥时逐步将雨水渗透到土壤中，既可以作为存储容器，又可以作为渗透媒介为植被提供灌溉，且基本不需要维护。此外还可以对雨水回收池进行装配化与集成化改造，取代原有混凝土雨水池，能够有效节省施工时间与成本。

4.2海绵城市设计中降雨模型的运用

在城市排水设计中引入SWMM模型对城市暴雨情况进行模型计算，对比不同排水设计方案找出最优方案是市政行业中较为常见的设计方法。近年来，居住小区海绵城市设计也在逐步引入模型计算，其目的主要是对不同降雨模式下小区径流控制进行模拟以及对绿地类海绵设施的布置方案进行优化[3]。居住小区不同于市政设计需要分析大量数据，小区内雨水情况更好模拟，所以在居住小区海绵城市设计中引入模型验证是必要的，也是可行的。

结束语：

本文通过对源头减排类型中居住小区的海绵城市建设体系进行分析，从政策规范、设计过程、发展方向等方面讨论精细化海绵城市建设的设计目标及实现方法，对于海绵城市优化设计有着借鉴作用。

参考文献：

[1]韦峰，黄任，陈海，等.建筑小区年径流总量控制率和年SS总量去除率的计算分析[J].给水排水，2018（3）：79-81.

[2]尹伟华.新型环保材料在“海绵城市”建设中的应用技术研究[J].橡塑技术与装备，2021（14）：31-35.

[3]汤梓杰，刘浩泉，杨侃，等.基于AMPSO算法的住宅区LID布设方案优化研究[J].水利水电技术，2021，52（11）：73-84.1B490CC2-5DC6-4534-B96D-7F1CF9027BF5