英國排水理念對中國海綿城市建設的啟示

馬廣超

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

2015年10月，國務院辦公廳印發了《關于推進海綿城市建設的指導意見》，部署推進海綿城市建設-低影響開發雨水系統構建工作，確定了海綿城市建設目標，要求各地海綿城市建設要盡量減少城市開發建設對生態環境的影響。學習國外海綿城市建設經驗，有利于我們更好的推進海綿城市建設。本文將介紹分析英國可持續發展排水系統建設的經驗，并以此為鑒對中國海綿城市建設提出啟示。

1 海綿城市建設項目要求

海綿城市建設的重要文件《海綿城市建設技術指南》強調要構建低影響開發雨水系統，徑流峰值控制是低影響開發雨水系統的重要目標[1]。DB 11/T 1743-2020《海綿城市設計標準》關于徑流峰值控制的第4.2.6條規定，在雨水管渠及內澇防治設計重現期下，項目的外排水總量不大于建設前的水平，并滿足已建成城區的外排雨水流量徑流系數不大于0.5；新開發區域外排雨水流量徑流系數不大于 0.4[2]。DB 11/T 1575-2018《專用排水設施技術規范》第6.5.2條也有類似規定。關于徑流峰值控制的規定是新項目開發啟動前排水評估和規劃的重要依據。在英國等發達國家所有的項目開發時也都有類似的要求，而且要嚴格執行。

2 英國可持續發展排水系統的依據

在英國，所有新建和改造項目無論面積大小，都要遵守政府頒布的《可持續發展排水系統手冊》即《The SuDS manual》(Sustainable Drainage Systems)[3]，在項目開發前都要向政府有關部門提供這個項目的排水戰略報告(Site Drainage Strategy)， 若報告不被通過，項目就不能進一步開展。

項目業主通常會委托設計咨詢公司評估項目可預見的開發和維護風險，并提供避免、減小風險的設計方案及說明風險處理后項目開發是否仍然遺留問題的報告。

可持續發展排水系統要求從開發項目相關的出水口河道水體、開發區流域范圍、過境流量和鄰近地塊等影響排水的4個方面評估開發項目的排水戰略報告[4]。排水戰略報告中最重要的是要保證新建和改造項目流域范圍內在雨水管渠及內澇防治設計重現期下，項目的外排水總量不大于建設前的水平，也是英國政府CfSH(Code for Sustainable Homes)強制要求(Ensure that run-off rates and annual volumes of run-off post development will be no greater than the previous conditions for the site.)[4]。

開發項目如果要向市政管道系統排水，就必須向政府有關部門提交申請資料，證明此開發項目的排水設計符合當地的規劃，開發項目的排水系統、排水量和水質符合可持續發展排水系統的要求。

可持續發展排水戰略報告首先是要分析對比項目開發前后，項目占地范圍內地面徑流系數的變化，以及開發后，開發區域的外排水總量是否比原來開發前大。

3 英國可持續發展排水系統情況

以一個英國開發項目為實例，了解到英國排水系統的具體設置理念和要求。歷史上這個項目地塊在1969年第一次開發，最后一次開發這個項目地塊用于住宅建設和住宅停車場，現在這個地塊要拆除進行重新開發，新建辦公樓和辦公樓停車場，項目開發前政府要求項目開發業主要作排水戰略報告。

報告中第一步，作區域分析，分析開發前后開發地塊內地面徑流系數的變化即地面透水性的變化，根據勘測資料和開發規劃，開發前透水面積10 184 m2，不透水面積8 136 m2；開發后透水面積7 768 m2，不透水面積10 552 m2；開發后不透水面積增加2 416 m2。

第二步，最大徑流量評估，項目開發后的徑流量不能大于開發前的徑流量，在英國徑流量按1到100年重現期進行校核；最大徑流量評估還要校核因氣候變化造成的徑流量增加量，英國標準，按30%的最大徑流增加量計算因氣候變化的徑流增加量。

第三步，計算由于不透水面積的增加造成的排水流量的增加量，英國按100年重現期計算排水流量，按《可持續發展排水系統手冊》的流量計算公式[3]：

Vol=RD·A·10(0.8PIMP/100-SPR)

(1)

式中：Vol為排水體積，m3；RD為100年重現期的6h降雨量，mm；A為不透水面積，hm2；PIMP為不透水面積占總面積的百分比，%；SPR為和土壤類型相關的系數，本項目取值SPR=0.45。

根據上面公式(1)計算結果，開發前這個項目的不透水區域排水量 為164.8m3。開發后這個項目的不透水區域排水量Vol為276.8m3。

從計算結果可知，開發后這個項目地域范圍內的不透水區域排水量比開發前多112.0m3。

這個項目開發后的排水量比開發前大，不符合《可持續發展排水系統手冊》的要求。為滿足《可持續發展排水系統手冊》要求，須采取符合可持續發展排水系統要求的技術措施。為減少開發后的排水量，可采用滲透塘、滲透池、蓄水池、調節塘、調節池等設施。其中選滲水設施前先要作項目地域范圍內的土壤滲透性測試，這個項目地域范圍內的土壤滲透性測試結果不能滿足排水滲透設施的滲水性要求，故滲透塘、滲透池等滲透性排水構筑物不能滿足要求；經過對開發項目內可使用地面和可選擇的調節池計算分析，結果顯示建合適的調節池可減少開發區域的外排水總量，滿足《可持續發展排水系統手冊》要求。

根據這個項目現場實際情況，選擇在線儲存調節池，調節池容積為112.0m3。

調節池選用廠家生產的成品模塊調節池，根據開發區地面布局、調節池容積和廠家選型手冊等選擇合適大小和形狀的模塊組合調節池。

根據這個項目所選的調節池模塊生產廠的廠家資料，每一個調節池模塊尺寸長為1m，寬為0.5m，高為0.4m；一個模塊可儲存水量0.19m3。這個項目根據現場實際可使用的地面，經計算，選調節池長為19m，寬為4m，高為1.6m，模塊組合一排8個，按4層疊放，共用608個模塊，共可儲存水量：

Vstorage=608×0.19=115.52m3可滿足調節池計算容積112.0m3。

圖1 調節池模塊 單位:mm

這個項目所選的是英國典型的調節池，設計安裝如圖2所示。

圖2 調節池安裝

調節池前安裝泥沙分離器，調節池后安裝流量控制器，流量控制器后安裝過濾器。泥沙分離器是利用重力截留排水中的沉淀物，過濾器是從排水中過濾掉包括可漂浮的污染物。

泥沙分離器安裝在調節池前能有效避免排水管道中的泥沙大量進入調節池造成淤積和堵塞；過濾器安裝在項目排水范圍末端避免項目開發區域內的排水污染開發區域外下游流域。從上面的泥沙分離器圖3和過濾器圖4可看到，排水系統上的泥沙分離器和過濾器配合吸泥車維護較為方便，一般要根據安裝位置和周圍環境結合實測數據確定泥沙分離器和過濾器的維護清理周期，在英國，這些工作通常交給專業維護公司來處理。

圖3 泥沙分離器示意

圖4 過濾器

流量控制器(vortexflowcontroldevice)，全稱是渦輪流量控制器，是英國常用的排水系統流量控制設備，它是將流體力學應用到管網限流技術中的排水設施，是一款先進、方便、基于流體力學計算的廠家生產的流量控制產品，其主要功能是控制流出控制器的排水流量，極少需要維修。

連接調節池下游的流量控制器是保證項目開發區域控制外排流量和消減暴雨峰值的關鍵設施。一般檢查井下游管道的流量隨著檢查井中水位的升降而不斷變化。暴雨來時，上游流量增大，水位上升，下游管道中的流量也隨之增大。下面調節池和流量控制器位置示意如圖5所示。假如設計水頭不能達到調節池頂高程時，調節池無法蓄滿水，無法實現調控項目開發區外排雨水流量的作用。

圖6是流量控制器水頭和流量關系圖。

從圖6可看出，流出控制器的流量在水頭達到流量控制器運行起點后，流量基本不再隨水頭的增大而變化了，利用流量控制器的這個特性，流量控制器配合流量控制器上游的調節池調節控制暴雨時開發區域的外排雨水流量，消減下游暴雨峰值。

通過一系列設計步驟顯示，合理正確的設計可使這個開發項目的排水戰略規劃符合《可持續發展排水系統手冊》的要求。在設計重現期下，項目的外排水總量小于建設開發前的水平這項要求是英國可持續發展排水系統的最根本要求，它也體現了低影響開發雨水系統的根本要求。

圖5 調節池和流量控制器位置示意

圖6 流量控制器水頭和流量關系

英國制定的可持續發展排水系統也符合整個歐盟的項目開發排水要求[3]，美國、澳大利亞、加拿大等發達國家對項目開發排水要求基本與英國的可持續發展排水系統要求一致。

4 結 論

實質上，英國可持續發展排水系統對新建和改造項目的要求與我國海綿城市建設要求是一致的，海綿城市建設基本原則就是低影響開發雨水系統構建的基本原則，低影響開發雨水系統的目標就是要做到徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等不同的控制目標。總結英國可持續發展排水系統建設經驗，對我國海綿城市建設的啟示主要有以下幾點：

(1) 政策方面要完善相關法律建設，建議全面推廣DB11/T1743-2020《海綿城市設計標準》關于徑流峰值控制的第4.2.6條規定，使海綿城市建設有一個可操作的根本標準。

(2) 設計方面對海綿城市建設采用排水流量控制的方法，設計時借鑒英國可持續發展排水系統建設經驗，減小城市排水系統開發時下游管網的管徑，消減暴雨影響。

(3) 在海綿城市建設推廣時積極引進英國等發達國家的相關技術和管理經驗，利用英國排水管網流量控制器、過濾器、模塊化滲透池和模塊化調節池等排水設施，充分考慮工業化生產和規范化維護管理，實現徑流控制、消減暴雨峰值和減少徑流污染等目標。

(4) 在實際的項目開發時，借鑒英國可持續發展排水的建設技術和理念，因地制宜的進行項目示范推廣，總結經驗。

英國可持續發展排水系統以徑流峰值控制為基礎，通過徑流峰值控制同時達到徑流總量控制和徑流污染控制，在條件符合的基礎上再進一步作雨水的資源化利用。英國可持續發展排水系統的控制目標和實施措施及原則對我國海綿城市的建設具有一定的借鑒意義。