海綿城市設計方案中的雨水調蓄容積計算

劉 劍 孫大偉

(常州市規劃設計院，江蘇 常州 213003)

0 引言

為了實現城市建設與環境保護的協調發展，我國近年來把海綿城市的建設作為工作重點。常州市作為江蘇省海綿城市建設第一批試點城市，編制完成了《常州市海綿城市建設專項規劃》《目標與指標體系研究報告》《建設導則》《實施方案》和《標準圖集》，積極開展金融商務區和新龍國際商務城兩個試點區的海綿城市建設工作，對已建地塊進行海綿化改造，新建地塊提出海綿城市建設指標要求，編制地塊的海綿城市建設專項方案和施工圖，經審批通過后方能進行后續施工。

根據專項規劃，年徑流總量控制率被確定為常州海綿城市建設的一個重要控制指標，要求中心城區的年徑流總量控制率在75%以上，2020年有20%的建成區面積，2030年有80%的建成區面積達到目標要求，并根據控規編制單元提出了各自的年徑流總量控制指標。在各個地塊的海綿設計專項方案中，根據指標要求進行雨水調蓄容積的計算就是一個主要的工作。

1 “指南”規定的計算方法

根據住房和城鄉建設部發布的“海綿城市建設技術指南”(以下簡稱“指南”)，地塊的設計調蓄容積一般應采用“容積法”進行計算，計算公式如下：

V=10HΦF

(1)

其中，V為設計調節容積，m3；H為設計降雨量，mm；Φ為綜合雨量徑流系數；F為匯水面積，hm2。

從式(1)可以看出，在匯水面積確定的情況下，雨水調蓄容積大小由兩個影響因素組成：設計降雨量和雨量徑流系數。在海綿設計方案中，設計降雨量根據年徑流總量控制率指標，查閱對應的曲線和表格得出(見表1，圖1)。

表1 常州市年徑流總量控制率與對應設計降雨量

假定有一個地塊，總用地面積5 hm2，綜合徑流系數為0.6。根據海綿建設要求，年徑流總量控制率目標為75%，對應的設計降雨量為23.2 mm。

根據式(1)，可計算出本地塊的雨水調蓄容積為V=10×23.2×0.6×5=696 m3，即可滿足年徑流總量控制要求。

2 問題提出

海綿城市建設中，雨水調蓄通過建設下凹式綠地、雨水花園、濕塘、滯蓄模塊等設施來實現，是海綿工程投資的重要組成部分，減少調蓄容積可以降低工程投資。從上述計算過程可以看出，減少雨水調蓄容積有兩個途徑，一個是降低設計降雨量也就是年徑流總量控制率，另外一個就是降低綜合徑流系數。但是不管怎么降低，對于一個地塊來說，只要有年徑流總量控制目標，即使是全部做低徑流系數的綠地，也必然需要一定的調蓄容積，否則就不符合要求，顯然是不太合理。

對于前述的示例地塊，假定不做任何調蓄設施，其綜合徑流系數為0.6，對于一場降雨來說，60%的雨量形成徑流外排，40%的雨量通過滲透、蒸發等方式留在地塊內，根據“指南”規定的年徑流總量控制率的定義，即“場地內累計得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的百分比”，該地塊的年徑流總量控制率應為40%。即，在不做任何調蓄設施的情況下，年徑流總量控制率應由下式計算：

α=(1-Φ)×100%

(2)

其中，α為年徑流總量控制率。

繼續討論前述的示例，對于不超過23.2 mm的一場降雨，地塊設置容積為696 m3的調蓄設施能夠儲存全部的徑流量，而不發生外排，超過23.2 mm的降雨，將產生外排流量。假定某場降雨為50 mm，在開始降雨至23.2 mm期間，地塊產生的徑流全部儲存不外排。超過23.2 mm開始，因為調蓄設施已滿，不能再儲存雨水，此時雨水徑流開始外排。但是并非所有的降雨均形成徑流外排，還有40%的降雨通過滲透等留在了地塊內，因此實際達到的年徑流總量控制率超過了設計目標，應為75%+(1-0.75)×0.4×100%=85%。即在有雨水調蓄設施的情況下，實際年徑流總量控制率應由式(3)計算：

αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%

(3)

其中，αS為實際年徑流總量控制率。

也就是說，對于一定的年徑流總量控制率目標，實際確定的雨水調蓄容積應比“容積法”的計算結果小，從而可以節省工程投資和造價，具有一定的經濟意義。

3 改進的計算方法

為了合理確定雨水調蓄容積，在“指南”規定的“容積法”基礎上，可以采用“試算法”進行計算。

首先假定調蓄容積為600 m3，代入式(1)，可計算出設計降雨量為20 mm，查閱曲線圖，得出對應的年徑流總量控制率為70.8%，代入式(3)，可計算出實際年徑流總量控制率為70.8%+(1-0.708)×(1-0.6)×100%=82.5%，超過了設計目標。

為了控制造價，考慮進一步減小調蓄容積，假定調蓄容積為500 m3，計算出設計降雨量為16.7 mm，對應的年徑流總量控制率為65.4%，實際年徑流總量控制率為79.2%，仍然符合目標要求。如果有再進一步減小調蓄容積的要求，還可以繼續試算。

4 結語

1)地塊在不做調蓄設施的情況下，年徑流總量控制率由下式計算：α=(1-Φ)×100%。

2)在建設雨水調蓄設施的情況下，地塊的實際年徑流總量控制率由下式計算：αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%。

3)對于一定的年徑流總量控制率目標，實際確定的雨水調蓄容積可采用“試算法”計算，比“指南”規定的“容積法”的計算結果小，從而可以節省工程投資和造價，具有一定的經濟意義。