老舊小區海綿改造中年徑流總量控制率的計算方法對比及應用

王曉蕾，周 桓

（中國市政工程西北設計研究院有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430000）

隨著中國海綿城市建設的開展，逐步對一大批老舊小區進行了海綿改造，解決了小區內澇問題，增強了小區調蓄雨水的能力，減少了直接排入市政管網的雨量，增加了雨水回用設施，更有利于城市的可持續發展。

在海綿改造設計中，年徑流總量控制率是評估改造效果的重要指標[1]，該指標主要有三種計算方法：①采用綜合年均雨量系數φn進行計算；②斷接法，考慮到在老舊小區海綿改造設計過程中，常針對部分無雨水口的不透水下墊面的雨水徑流進行斷接，即雨水徑流先排入海綿設施中滲透、滯留、調蓄，超量雨水再排往市政雨水管網，因此，需要在第一種算法的基礎上引入雨量徑流調整系數k[2]，再進行計算；③容積法，主要是利用海綿設施的調蓄容積進行計算。

本文以武漢市某小區海綿改造實際工程設計為例，對上述三種年徑流總量控制率計算方法進行了詳細的梳理和探討。

1 海綿改造年徑流總量控制率計算方法

1.1 綜合年均雨量系數法

海綿改造前后的年徑流總量控制率均可采用此種方法計算，常用于改造前的控制率計算。此方法默認小區內雨水通過雨水口直接排往雨水管網，此時小區內現狀年徑流總量控制率可以通過綜合年均雨量系數φn進行計算。

根據《武漢市海綿城市建設設計指南》（2019-02）[3]（以下簡稱《指南》），區域內綜合年均雨量徑流系數φn按照以下公式進行計算：

式（1）中：φni為計算區域內某種下墊面年均雨量徑流系數，取值詳見《指南》中的表6.10；Fi為某種下墊面的面積，m2。

則小區年徑流總量控制率n為：

1.2 斷接法

斷接法僅適用于海綿改造后的控制率計算，其本質上依然是先計算綜合年均雨量系數φn，再由式（2）算得年徑流總量控制率n，但由于改造后增加了透水鋪裝、雨水花園、下凹綠地等海綿設施，從而需要對綜合年均雨量系數φn的計算方法進行改良，與式（1）有所區別。

在海綿改造設計過程中，對于現狀不透水下墊面情況較好，周邊又缺少雨水口的情況，考慮將雨水徑流先斷接入海綿設施，經過海綿設施滲透、滯留、調蓄后，超量雨水再排往市政雨水管網。例如，將小區現狀屋面的雨水接入雨水桶當中，或將現狀水泥路面的雨水先進行斷接，即排入鄰近的下凹綠地當中，通過土壤自然下滲，如有超量雨水，再通過溢流式雨水口排往雨水管網。根據《指南》，此種情況下海綿改造后的綜合年均雨量系數不能完全按照式（1）進行計算，為了體現出斷接措施的作用，需要在公式中引入雨量徑流調整系數k。從而將小區內全部下墊面分為三類：第一類是經過海綿改造的下墊面，如透水磚人行道等；第二類是將雨水斷接入海綿設施的不透水下墊面，如上述將雨水斷接入雨水桶的屋面；第三類是未經改造，且無斷接措施的下墊面，如無斷接措施的水泥路面。系數k與第二類下墊面相關聯，因此，改良后的綜合年均雨量系數φn計算公式變為：

式（3）中：k為斷接非海綿設施雨量徑流系數調整系數，取值詳見《指南》中的表6.11；φna、φnb、φnc分別為海綿設施下墊面、斷接非海綿設施下墊面、非海綿設施下墊面的綜合年均雨量徑流系數，算法與式（1）相同；Fa、Fb、Fc分別為上述三類下墊面對應的面積，m2。

1.3 容積法

容積法同樣僅適用于海綿改造后的控制率計算。海綿改造后，區域內增加了雨水花園、下凹綠地等海綿設施，這些設施具有滯留、調蓄雨水的能力，因此可以通過計算具有調蓄功能的海綿設施的容積、場均雨量徑流系數φc，從而求得設計可控降雨量H，最后查表得到年徑流總量控制率。

容積法計算年徑流總量控制率的公式如下：

式（4）（5）中：H為設計降雨量，mm；V為設計調蓄容積，m3；φc為綜合場均雨量徑流系數；F為總匯水面積，hm2，F=∑Fi；φci為計算區域內某種下墊面場均雨量徑流系數，取值詳見《指南》中的表6.10；Fi為某種下墊面的面積，m2。

最后將計算得到的設計可控降雨量H代入《指南》的表6.15中，可查找到對應的年徑流總量控制率。

2 武漢某小區海綿改造案例

2.1 小區現狀概況及改造方案

該小區位于武漢市江岸區，始建于2002年。小區內部現狀下墊面主要分為硬質屋面、混凝土車行道、植草磚、硬質鋪裝人行道、綠化、硬質鋪砌水景等，具體分布情況如圖1所示。小區現狀人行道、車行道為不透水下墊面，且局部存在破裂和凹凸不平等問題，導致居民出行舒適性較差，雨季存在局部漬水等問題。

圖1 某小區海綿改造前下墊面分類圖

根據小區現狀建設條件，海綿改造主要采取的措施有雨水花園、下沉式綠化帶、生態停車場、透水鋪裝等，改造后下墊面分布情況如圖2所示，雨水徑流路徑如圖3所示。

圖2 某小區海綿改造后下墊面分類圖

圖3 某小區改造后雨水徑流路徑圖

2.2 年徑流總量控制率的計算結果及分析

按上述方法計算后，該小區海綿改造前后年徑流總量控制率如表1所示。

表1 年徑流總量控制率計算結果表

該小區經過增加透水鋪裝、雨水花園等一系列海綿措施改造后，對于年徑流總量控制率必然是有所提高的，而根據表1的計算結果，容積法計算得出的年徑流總量控制率卻小于海綿改造前。通過對海綿改造措施的分析，由于小區內可用來建設有調蓄功能的海綿設施的面積很少，面積占比1.88%，而可改造為透水下墊面的面積較大，面積占比9.45%，因此，該小區主要是通過滲透的方式提高年徑流總量控制率，而不是利用有調蓄功能的海綿設施，不適用容積法計算。

另外，由表1可知，海綿改造后斷接法的計算結果比綜合年均雨量系數法提升了2.3%，說明斷接措施具有控制降雨徑流的作用。因此，在該小區中采用斷接法進行計算，能顯著體現出海綿改造中斷接措施的效果。

3 結論

綜上所述，可以得出三種計算方法在海綿設計中的適用情況。綜合年均雨量系數法常用于海綿改造前的控制率計算，海綿改造后的控制率計算，常采用容積法與斷接法。容積法計算年徑流總量控制率適用于海綿改造區域內設置了較多具有調蓄功能的海綿設施的情況，如區域內設置了較多雨水花園、下凹綠地、雨水桶、雨水調蓄模塊等。而采用斷接法，即將硬化下墊面的雨水徑流優先引入海綿設施進行滲透、滯留、調蓄，不僅是符合海綿城市建設理念，而且在老舊小區海綿改造中可操作性強，因此推薦采用斷接法，提高海綿改造的效果。綜上所述，斷接法計算年徑流總量控制率的適用條件是：①海綿改造含有采取了斷接措施的不透水下墊面；②海綿改造區域內滲透下墊面改造面積占比較大，而具有調蓄功能的海綿設施改造面積占比較小。