海綿城市理念下的老舊建筑小區改造效果評估研究

董 慶 王常才 陳小龍

（安徽交通職業技術學院 安徽 合肥 230051）

0.引言

根據習近平總書記關于“加強海綿城市建設”的講話精神，以及《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》（國辦發〔2015〕75號）等國家法規政策要求，大力推進“海綿城市”建設。近年來，部分一、二線城市在經受短時強降雨或持續較強降雨過程中，多次出現大面積積水與內澇現象，某一線城市在春季的兩天內全市平均降雨量達到137 毫米，部分區域最大累計降雨量甚至達到326 毫米，持續的強降雨造成城市下穿橋、市政低洼區等多個區域大面積積水與內澇進一步誘發城市交通擁堵，影響了市民的正常生產、生活，導致了經濟財產損失，甚至人員傷亡。當今城市所面臨的積水與內澇現象，不僅僅是與全球氣候變化有關，也與多年來城市的擴張，地表大面積硬化，忽視自然水文狀態，城市防排水設計理念、管理水平與設施落后等因素有密切的關系。在城市現有的條件下，通過海綿城市建設，避免或緩解內澇災害的發生，保證城市在雨季的正常社會經濟活動，當前海綿城市試點建設工作正在穩步推進中。通過低影響開發建設和改造理念，為城市徑流和污染控制探索一條新的解決途徑[1-2]。

海綿城市建設，重點是通過低影響開發理念，實現雨水源頭控制。海綿城市基本的雨水控制單元是城市地塊，對于地塊徑流控制工程，宜優先進行新建地塊和道路的設施規劃建設。對于存在大量現狀建成項目的老城區而言，由于種種客觀原因限制而無法順利進行改造，需結合實施難度和排水區域統一安排。優先對老城區范圍內的公園、廣場和現狀綠地進行改造；其次，對政府大院、醫院、學校等公共單位的庭院、屋頂、綠地進行改造；再次，對能夠進行改建的住宅小區和城市道路進行改造。住宅小區是最小的改造地塊和控制單元，其建設和改造效果對老城區海綿城市改造，提升老城區雨水控制和利用能力，消除暴雨積水具有示范意義。

1.改造方案

現以某城區已建成小區為例，依據其現狀探討利用海綿改造方法及成效。該小區面積約12.5ha，其中建筑物面積4.2ha，綠地面積3.5 ha，道路面積4ha，廣場面積0.8ha，地表高程范圍為44.5-47.5m。近年來，該小區幾乎年年被淹，局部低洼地帶積水深度超過0.5m，給小區居民造成較大經濟損失，急需海綿改造。

小區實施的改造措施主要有：安裝雨水桶收集屋面雨水、改造現有綠地為下凹綠地、改造休閑廣場為雨水花園、管道清淤等。考慮到小區建成年代較早，人口車輛密集，為不影響居民正常生活，不對道路進行破壞性改造。擬小區改造4 個措施。（1）雨水桶，104 個雨水桶總調蓄52m3；（2）下凹綠地，下凹綠地平均深度250mm，共改造下凹綠地1ha，調蓄容積 2500m3；（3）雨水花園，雨水花園蓄水深度0.8m，暴雨前可排干，面積0.3ha，調蓄容積 2400m3；（4）管道清淤與改造，對老舊管道進行清淤，跟換破裂、坍塌等問題管道。改造后，該小區總調蓄容積達4952m3，在不考慮外來水量的情況下，控制降雨量達到39.6mm，則此區域年徑流總量控制率為百分之八十八，已經超過了城市海綿試點建設年徑流總量控制率百分之七十五的目標值。

2.模型構建

傳統的排水管網設計理念采用的是推理公式法，其核心是建立在恒定均勻流的基礎上，這與現實排水情況有很大的差別，而且推理公式主要考慮洪峰流量問題，對排水系統的超載水量、地面積水過程以及區域管網配合影響缺乏分析，并且，隨著工程技術的發展，管渠直徑不斷放加大，排管設備功率在逐步增加，這就使得排水系統的負荷在逐步遞增[3]。種種現象表明，傳統的推理公式法對城市規劃設計人員科學、合理的制定排水系統方案已經缺乏指導意義，這就迫切的需要找到更加符合實際的排水系統分析模型。美國SWMM（storm water management model） 模型在一維城市排水管網建模應用中有著豐富的實踐經驗和技術積累，在城市暴雨管理中得到了廣泛的應用。但該模型主要關注一維過程，缺乏從二維角度模擬分析地面的淹沒過程和通過管道的回水過程。

DigitalWater Simulation 主要針對排水管網一維、二維動態耦合模擬計算，其特點是支持自動生成多類型降雨過程線，同時能實現多情景建模方案對比，對城市排水防澇規劃編制起到指導作用。DS 模型在GIS（地理信息系統）技術的基礎上，對排水設施和模擬結果進行全方位、多維度、多角度、多視圖的可視化分析和展示，彌補了SWMM 在地圖顯示和結果表達方面的不足，實現了對地表積水過程的模擬計算。

收集整理排水管網數據，其中管線100 條，檢查井101 個；收集整理地表土地利用數據，主要土地利用類型為建筑物、道路及公園綠地；劃分匯水分區，將研究區劃分為96 個子匯水區；利用DigitalWater 構建一維地表匯流與管網輸送水力模型。匯水區面積、管線長度、不透水比例等通過GIS 技術獲取，模型中下滲、洼蓄、地表糙率等參數參考SWMM 手冊和相關文獻確定，LID 設施參數按設計參數取值，在此不再贅述[4-7]。根據地形數據（DEM），結合建筑物、綠地、道路等土地利用數據構建二維地表模型，網格大小為3m×3m，構建一維管網與地表二維耦合模型。

住建部《城市排水（雨水）防澇綜合規劃編制大綱》（建城[2013]98號）新修訂《室外排水設計規范》GB50014-2006（2014年版）[8]中關于城市內澇防治標準的要求，確定該區域內澇防治標準為20年一遇。使用暴雨強度公式生成設計重現期為20年，降雨歷時2 小時，總降雨量為84mm 的降雨過程曲線，作為模型計算輸入的降雨條件，二十年一遇2小時降雨量從0min 至120min，每隔20 分鐘采集一次降雨強度分別為 0mm/h、50mm/h、300mm/h、70mm/h、50mm/h、20mm/h、0mm/h。基于上述模型輸入條件，進行改造前現狀模擬和改造后效果模擬。

3.模擬評估

改造前模擬結果顯示，由于降雨強度大、管道淤積、缺乏調蓄、管網排水能力不足等原因，小區排水管網出現多處溢流，造成大范圍內澇。在20年一遇降雨條件下，最大內澇水量為2702.6m3，內澇水深＞0.15m的范圍為 4788m2，內澇水深＞0.3m 的范圍為 2079m2，內澇水深＞0.5m 的范圍為549m2，最大淹沒深度為0.7m，淹沒范圍和深度與實際歷史記錄較為相符。當積水深度大于0.3m 時就會影響車輛行駛，影響居民正常生活，需要重點關注。

在相同降雨條件下，海綿設計改造后，基本能消除小區內澇。改造后小區最大內澇水量為278.3m3，淹沒水深不超過0.15m，最大淹沒深度僅為0.11m，不形成內澇，對居民正常生活和財產安全不構成威脅，基本無風險。改造前后模擬結果統計詳見表1。

表1 模擬結果統計表Tab.1 Results of the projects

由表1 可知：小區海綿改造后，相對于改造前內澇水量消減了89.7%，＞0.15m 的淹沒范圍減少了100%，最大淹沒水深0.1m 左右。改造方案起到了很好的雨水控制作用，基本消除了內澇風險。

4.總結

經過合理的海綿設計改造后，妥善的改變了建筑小區原有的大范圍內澇現象。海綿設計改造可以通過合理布置雨水桶來收集屋面雨水；利用小區綠地下沉式設計，有效的實現對雨水的調蓄、下滲、凈化；建筑小區公共廣場等區域結合景觀噴泉水池等設施，綜合處理集中雨水的調蓄、凈化和利用。人行道采用透水鋪裝，道路綠化帶建設為生物滯留帶，可有效消納和凈化路面雨水。具體措施需結合改造環境和條件優化選擇，多種低影響開發措施的有效組合，對建筑小區進行海綿城市改造，能有效控制降雨徑流，消除內澇積水風險。總之，建立在小區公共區域的雨水綜合處置設施即有利于減少和消除城市建筑小區積水、內澇現象的發生，也使得過量的雨水不至于直接排除到城市下水道，有效的減輕城市雨水管網的高峰壓力，保護城市環境，緩解交通擁堵現象。