海綿城市建設工程設計技術研究
——以佛山科學技術學院新校區北院為例

陳永文

（佛山市代建項目管理中心，廣東 佛山 528000）

1 工程概況

佛山科學技術學院新校區北院位于佛山市南海區獅山鎮仙溪湖畔，新校區環繞仙溪水庫，被水庫分成了南北2 個片區。本次海綿城市建設工程為新校區北院的南區部分，具體范圍是在廣云路以北，仙溪水庫以南，水庫西路以東，虹嶺路以西。

項目建設主要包括透水鋪裝、生態停車場、下沉式綠地、雨水花園、蓄水池等海綿設施。建設規模包括透水鋪裝6 624m2、生態停車場1 082m2、下沉式綠地13 280m2、雨水花園10 411m2、蓄水池600m3。

2 設施選擇與工藝流程

根據項目片區及自身面臨的突出問題和需求，并基于自然凈化的雨水利用設計理念，優先選擇以綠化吸收為主、回收為輔的海綿設施，如雨水花園等。根據匯水情況，通過集中與分散相結合的布置方式對雨水進行匯集。針對不透水鋪裝面積大等問題，選擇透水鋪裝進行設計。由于場地縱向坡度大，雨水流速快，可設置橫向截水溝對屋面和道路匯集的雨水進行截流，有效地將雨水引入綠地中的調蓄設施。根據項目情況修建雨水收集回用設施，如蓄水模塊，可用于景觀水池補給和綠地澆灌，以減少自來水用量。針對不同的下墊面條件，分別采取相應的輔助措施，對徑流雨水進行導流、傳輸與控制。本文著力構建如圖1 所示的“源頭減排”“管渠傳輸”“排澇除險”多層級、高耦合雨水綜合控制利用系統。

圖1 雨水綜合控制利用系統

3 匯水分區及工程布局

3.1 豎向設計與匯水分區

海綿排水分區是地塊海綿化建設中徑流量計算和管控的獨立單元。各排水分區根據區域綠化率、鋪裝條件等進行海綿化建設，分區內部滿足徑流總量控制率、徑流污染削減率、雨水資源回用率等海綿指標，總體實現海綿建設目標。

圖2 是海綿排水分區圖。通過對地塊設計高程及管網系統的分析，可將地塊劃分為6 個海綿排水分區。

圖2 海綿排水分區圖

3.2 匯水分區設計

根據各匯水分區計算所得出的徑流控制量和下墊面徑流情況，合理進行海綿設施布置，海綿設施總平面布置圖如圖3所示。校區屋頂、硬化路面、透水鋪裝等下墊面徑流通過周邊植草溝、雨水花園及礫石系統等海綿設施進行滲、滯、蓄、凈，并將海綿設施通過溢流口與雨水管網銜接，部分溢流雨水通過小區管網末端設置的蓄水池進行調蓄回用，超出容納能力的雨水則進入市政雨水管網。

4 徑流量及雨水資源利用率分析

4.1 設計徑流控制量計算參數

根據佛山市科學技術學院仙溪校區南區用地類型和規模，參照《海綿城市建設技術指南》【1】中各種下墊面雨量徑流系數參考值，并結合項目自身特征，采用加權平均法，計算校區綜合雨量徑流系數。

綜合雨量徑流系數計算公式為：

式中，φ 為綜合雨量徑流系數；F 為匯水面積，hm2；φi為 i區域綜合雨量徑流系數；Fi為i 區域匯水面積，hm2。

圖3 海綿設施總平面布置圖

設計徑流控制量計算公式為：

式中，V 為年徑流控制量，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。

4.2 徑流控制量分析

1 號子匯水分區用地面積3.31hm2，采用的雨水設施主要為植草溝、雨水花園（生物滯留設施）、下沉綠地、透水鋪裝。其中，植草溝上部分臨時蓄水高度5mm，下沉綠地上部臨時蓄水高度200mm，種植介質土厚500mm，雨水花園上部臨時蓄水高度200mm，種植介質土厚500mm，底部礫石厚200mm。由于種植土進行了換填，滲透性較好，結構層空隙蓄水能力可較好發揮，故實際徑流控制量應考慮除表層蓄水能力外的土壤、礫石孔隙蓄水能力。考慮到施工或維護造成的誤差，容積將存在一定的折減，系數宜取0.8～1.0。經計算1 號匯水分區總徑流控制量為485m3（見表1），對應降雨量28.51mm，對應控制率72%，滿足徑流控制量要求。

根據本項目用地條件和雨水設施布局，按照1 號子匯水分區設施凈流控制量計算方法，詳細計算1～4 號、6 號（5 號區域位于二期建設范圍）子匯水分區內雨水設施徑流控制量（見表2）。

表1 1 號子匯水分區雨水設施徑流控制量計算表

表2 各子匯水分區海綿設施規模計算表

經計算，除了2 號、4 號以及6 號匯水分區，其余匯水分區基本可通過分區內的綠色雨水設施實現雨水源頭消納，在2號和4 號子匯水分區內2 個雨水管網末端設置調蓄池，對分區內雨水進行集蓄利用，實現區域達標；另外，6 號匯水分區由于地形劣勢，需通過截水溝將雨水轉屬至4 號匯水分區進行消納，以實現項目整體徑流控制量達標。由于展示區大部分位于3、4 號自匯水分區，因此，3 號自匯水分區管網末端亦設置調蓄池。

綜上所述，本項目海綿設施布置滿足雨水徑流控制量的目標。

4.3 雨水資源利用率試算與達標評估

根據 GB/T 51345—2018《海綿城市建設評價標準》【2】實現目標所需的雨水資源利用量計算公式為：

式中，α 為季節折減系數；ψ 為綜合雨量徑流系數；H 為多年平均降雨量，mm；A 為匯水面積，m2；β 為雨水收集率，%。

其計算結果見表3。

表3 雨水資源利用量計算表

根據項目環評報告的相關資料顯示，佛山科學技術學院南區年供水總量9.698×105m3，通過布設海綿設施，年可利用雨水量為 1.204×105m3，雨水資源利用率達12.41%，滿足本項目雨水資源利用率為3%的設計指標。

5 結語

海綿城市建設對于改善區域水環境、提升水資源利用率具有重要意義。本文以佛山科學技術學院新校區北院實際工程為例，系統分析了海綿城市建設中設施布設的過程和要點，并通過徑流量及雨水資源利用率分析，驗證了設計成果的合理性。研究成果可供類似工程設計計算參考。