基于海绵城市理论框架下北京生产建设项目水土保持分析

范海洋

（北京市水利规划设计研究院,北京 100048）

1 海绵城市理论

1.1 海绵城市概念

海绵城市目的是为适应自然,合理利用和改善现有资源或已被破坏的资源,使得自然资源自身形成一个健康的、积极的可循环生态系统。在生产建设过程中,内部基础设施的不断完善虽然会给社会带来诸多便利,但同时也导致了城市内涝和水资源缺乏的问题,严重影响了居民的正常工作和生活质量,生产建设项目需要进行水土保持分析。

基于海绵城市理论,充分考虑到海绵城市在生产建设过程中的问题,关注海绵城市建设和城市水土保持治疗的关系,只有这样才能提出合理有效的城市水土保持对策。

1.2 海绵城市与生产建设项目水土保持存在的关系

城市水土保持是指在建设新项目时,对完成的水土流失现象进行预防和处理,另一方面也是对绿化环境的有效措施。海绵城市建设思路的提出为制定水土保持的措施提供了重要的依据和保障。海绵城市在建设过程中,严格国家规定的雨水洪涝灾害的管理要求和标准相统一,建设排水防涝工程并不是最终目的,只是作为一个比较急切的阶段性目标。建设海绵城市的主要目标是为了建设出一个能和有效控制水资源污染、合理预防和治理洪涝灾害、维持生态系统和水资源系统良性循环的可持续发展城市。

雨水径流不但会引起城市出现洪涝灾害,还会加重城市的污染问题,导致灾害的严重性增加。在生产建设过程中要重点关注雨水径流的处理方式,按照地理位置和环境,根据实际情况进行合理的规划,避免引起其他问题。

2 工程概况

项目区位于北京某科技园区,建设项目距离西侧孟祖河管理范围线200 m,距离南侧孟祖河管理范围线150 m,距离南侧京密引水渠管理范围线300 m。根据相关管理条例。从京密引水渠河道两岸向外水平距离100 m范围内为地表水源一级保护区,该范围内禁止建设除了水利工程及取水构筑物以外的所有工程。

根据现场调查,项目区现状为闲置废弃厂房,厂房及公共设施等还未拆除,场地内无大面积的裸露地面,发生扬尘等水土流失危害少。如图1所示,根据项目区周边地形资料、现状路网高程及现场调查情况划定排水分区,该排水分区面积2.67 hm2。排水分区内西北侧现状地面高程54.90 m～54.98 m,东南侧现状地面高程53.42 m～54.10 m,整体地势西北高东南低,坡向东南侧孟祖河,本项目位于排水分区西侧,地势较高,不属于排水分区的低洼易涝区。

图1 项目区所在排水分区图

3 建设防洪及内涝分析与评价

3.1 雨水调蓄设施布置合理性分析

根据主体设计雨水调蓄池及综合管线布置图,雨水调蓄池位于项目区东北角,项目区内雨水可通过内部雨水管线收集至雨水调蓄池,经调蓄后通过东侧雨水管线排至北侧现状利祥路市政雨水管网。根据主体设计,本项目于项目区东北侧雨水出口处配建310 m3雨水调蓄池,满足雨洪利用的要求。绿地中至少应有50%为滞留雨水的下凹式绿地：本项目室外绿化面积1.0 hm2,其中,下凹式绿地0.73 hm2,下凹式绿地比例为73.02%,满足规定要求。

3.2 外排径流总量控制

建设项目总占地面积2.67 hm2,计算分析建设前和建成后3 年一遇降雨条件下,项目区总占地的综合径流系数及径流量变化。

（1）雨水径流总量计算原理

径流总量按下式计算：

式中：zc为雨量综合径流系数；hy为设计降雨量,mm；F为计算面积,hm2。

（2）参数取值

1）设计降雨量hy

项目区最大24小时雨量均值H24h=109 mm,Cv=0.61,取Cs/Cv=3.5,确定项目所在地3 年一遇最大24 小时降雨量109 mm。

2）计算面积

项目建设前后计算面积为项目用地面积2.67 hm2。

（3）计算结果

根据调查,如表1所示,项目区现状下垫面种类为硬屋面、混凝土硬化地面和绿地,项目建设前综合径流系数0.56,径流总量1632.98 m3。

表1 建设前项目区径流系数及外排径流总量表

经调蓄后外排径流总量为921.72 m3,综合径流系数0.32。

（4）外排径流总量分析

本项目实施透水铺装0.64 hm2、室外绿化1.00 hm2（其中下凹式绿地0.73 hm2,覆土绿化0.27 hm2）和雨水调蓄池（310 m3）后,项目区外排雨量径流系数0.32,满足要求。

3.3 内涝水深计算

内涝水位计算按水量平衡原理：

式中：Δhi为第i计算时段地面平均积水深度,mm；Ri为计算时段内设计净雨量,mm；HP为雨水管网排水能力,mm（项目区雨水通过北侧利祥路现状雨水管排入兴昌路现状雨水管,后排入孟祖河,经计算雨水管网排水能力6.63 mm/5 min）。本项目位于孟祖河左岸,项目区段河道有堤防。发生50 年一遇降雨时,排水分区内雨水依地势排入孟祖河。经计算,项目区无内涝风险。

4 水土保持中海绵城市理念的应用

4.1 水土保持制约性因素分析与评价

项目位于某区B3-10 地块,项目建设符合产业基地相关规划,同时已取得规划和国土资源委员会审查意见,明确了项目用地性质、建设规模和绿地率等。项目不在水源保护区、泥石流易发区等敏感范围内,符合国家及地方相关水土保持审批规定。在施工组织设计上,严格控制施工场地、临时堆土等临时工程占地面积,合理安排施工,防止重复开挖和多次转运,并且减少开挖面和堆土面的裸露时间,及时采取相应防护措施。工程施工组织设计基本合理,无水土保持制约性因素。

4.2 工程占地与表土剥离分析与评价

工程总占地面积2.67 hm2,主要建设内容符合一类工业用地（M1）土地利用规划要求。工程施工场地和临时堆土区结合施工组织布置在项目建设用地红线范围内,根据现场踏勘,项目区现状为闲置废弃厂房,厂房及公共设施等还未拆除。现状有科研楼、厂房、值班室等地上建筑,建筑物周围及东侧入口处道路两侧有绿地,施工前需对空地绿地及厂房周围绿地进行表土剥离。

4.3 土石方平衡分析与评价

项目建设涉及土方工程主要为建筑物基础及地下工程、场地平整、室外管线、绿化覆土和建筑垃圾5 部分,根据水土流失防治分区。

1）建筑工程区：建筑工程区主要指本项目新建建（构）筑物建设区域,建设土方主要包括基础及地下工程开挖土方、雨水调蓄池及化粪池等的开挖回填土方、地下室工程。结合现状地面高程和设计高程,施工时实际开挖深度为5.8 m。根据基坑开挖施工工艺,开挖面积9890 m2,共开挖土方6.29万m3。根据地下室肥槽回填面积及回填深度,经计算,共回填土方0.55万m3。综上所述,建筑工程区共开挖土方6.51 万m3,回填土方0.65 万m3。

2）室外硬化区：室外硬化区建设土方主要包括室外场地平整回填土方和室外管线工程建设开挖回填土方。

根据主体设计方案,项目区竖向布置结合现状地势进行设计,生产用房1（1#,2#楼）、生产用房2（3#楼）、生产用房3（4#楼）以及研发用房（6#楼）,室外地面设计高程54.80 m～55.12 m,设计±0高程55.30 m,生产用房4（5#楼）设计±0高程55.00 m。因此在室外道路等硬化区域平整场地时需要回填土方,扣除道路结构层厚度后需平均回填0.3 m,平整面积8800 m2,回填土方0.26 万m3。根据管线布设位置、管径、埋深和管槽开挖坡比,经计算,管线工程共计开挖土方6.47 万m3,按照松实系数换算,管槽回填土方6.35 万m3,见表2。综上所述,室外硬化区共开挖土方6.47 万m3,回填土方6.62万m3。

表2 管线工程开挖回填土方量表

弃方处理：项目剩余土方5.71万m3,主要为建筑物地下工程开挖回填后剩余土方,施工期间场地内施工临建区域产生建筑垃圾0.03万m3,计划全部运至昌平区十三陵渣土消纳场。该消纳场距离本项目13.6 km,属于昌平区合法的建筑垃圾消纳场,主要消纳工程槽土、装修垃圾、建筑垃圾。根据实地调查,目前建筑垃圾填埋库容满足本项目渣土和建筑垃圾的堆放。

4.4 雨洪利用分析与评价

本项目实施后,项目内硬化面积较大,主要包括建筑物楼顶、硬化路面等,这些区域硬化后,地面雨水入渗率下降,地表雨水汇流量大,径流增加,造成新的水资源流失,从水土保持角度分析,并不符合保水的理念。径流总量按下式计算：

工程设计中以雨水回用为目的时,一般采用1 年～2年一遇标准,北京市2 年一遇1 小时最大降雨量81 mm,经计算项目区径流总量1038.02 m3。在项目区内设置下凹式绿地共0.73 hm2（绿地低于周边地面10 cm～15 cm）,用于收集项目区内产生的地表径流。按照雨水回用标准,在2 年一遇降雨条件下,经计算,项目区径流总量1038.02 m3。从水土保持角度分析,这样不仅符合水土保持工作要求,同时还可有效利用积蓄雨水作为植被养护用水,减少管护费用。同时主体设计考虑了项目区透水铺装区域和下凹式绿地设计,可降低厂区地表径流系数。

4.5 防治措施

根据水土流失各防治分区的特点对各防治分区进行措施总体布置。经综合分析,本工程水土流失防治措施体系见图2。

图2 水土流失防治措施体系框图

5 结语

城市生产建设项目水土保持治理是海绵城市建设技术落地的基本支撑之一,两者既是求同存异,又有着互补的关系,利用城市生产建设项目水土保持措施体系可以填补和完善海绵城市建设过程中未考虑或已发生的建设情形。另外,也表明城市生产建设项目水土保持的实质是“海绵区域（体系）”建设,治理效果同样具有海绵效果。因此,城市生产建设项目水土保持可为海绵城市以流域为单元构建建设体系提供更多的理论价值和实践意义。