年徑流總量控制率計算方法比較

鄒 寒（上海市建筑科學研究院有限公司， 上海 201108）

近年，隨著海綿城市建設要求的不斷提升和全面推進，我國大部分地區都出臺了海綿城市建設管理辦法。要求在城市規劃建設管理各個環節落實海綿城市建設理念，建設項目在土地出讓、方案設計、施工圖設計、建設管控、竣工驗收全過程等方面，均需滿足海綿城市的相關要求。除此之外，各個方面的相關標準也逐漸與海綿城市融合，將其要求納入標準中。上海市最新修編完成的地方標準 DG/TJ 08-2090—2020《綠色建筑評價標準》針對用地面積 ＞ 2 萬 m2的建筑與小區項目，將海綿城市專項設計要求提為控制項。這一方面體現了海綿城市要求的更加全面化，另一方面也為建筑與小區綠色建筑和海綿城市的融合提供了很好的基礎。

建筑與小區以其在城市建設中量大面廣的特點，成為雨水徑流產生的重要源頭，同時也是海綿城市建設的重要組成部分。年徑流總量控制率作為建筑與小區海綿城市設計的重要指標，其計算的合理性會直接影響到項目的實際控制效果。在設計中發現有 2 個常見問題亟待解決。① 直接按總量計算是否合理。很多項目為了滿足年徑流總量控制率帶來的徑流控制容積要求，將所有的調蓄容積放到項目邊角位置去消納，下凹式綠地動輒幾百甚至上千平方米，而不考慮匯水分區內的控制需求。② 用于收集回用的蓄水池是否可以計入海綿設施的調蓄容積。換言之，蓄水池對于徑流總量控制是否有貢獻。

針對這 2 個問題，本文以一個假設案例為基礎，采用 3 種不同年徑流總量控制率計算方法進行計算。對計算結果進行對比分析，判斷其合理性，從而提出建議做法。

1 基礎情況

1.1 假設案例信息

項目位于上海市，總用地面積 F 為 10 000 m2，其中綠地面積為 3 000 m2，建筑基底面積為 3 000 m2，其余道路廣場面積為 4 000 m2。項目所在地區年降雨量 h 為 1 164.5 mm，海綿城市設計目標年徑流總量控制率 75%（對應設計降雨量 H 為 22.2 mm），年徑流污染控制率（以 SS 計）50%。項目采用雨水收集回用系統，綠化灌溉、道路澆灑、車庫沖洗采用雨水，地下車庫面積為 8 000 m2。

1.2 設計基礎工作

（1）匯水區劃定和下墊面分析。假設綜合考慮豎向、排水、下墊面等多因素后，將案例分為 9 個匯水分區。各分區內的下墊面情況和綜合徑流系數如表1 所示。

表1 案例各分區信息一覽表

（2）海綿設施布局規模。根據場地下墊面分布、豎向條件和不同分區目標布局海綿設施，選用雨水花園、下凹式綠地和蓄水池 3 種設施。其中，雨水花園和下凹式綠地屬于調蓄型設施，蓄水池用于雨水收集回用，容積為 90 m3，收集雨水范圍是 6～9 分區，具體設施布局位置及規模如圖 1 所示。

圖 1 案例分區及設施布局示意圖

2 年徑流總量控制率計算

本文采用總量直接計算法、分區加權計算法和年徑流控制分別計算法 3 種方法進行年徑流總量控制率計算。

2.1 總量直接計算法

本方法是直接將項目采用的下凹式綠地、雨水花園和蓄水池的調蓄容積做加和得到總調蓄容積，再按照式（1）計算場地的設計降雨量，并利用數據擬合法得到對應的年徑流總量控制率。

式中：H—設計降雨量，mm；

V—調蓄容積，m3；

F—計算匯水面積，m2；

φ—綜合徑流系數。

采用總量直接計算法分別計算總調蓄容積含蓄水池和不含蓄水池 2 種情況下的年徑流總量控制率，計算結果如表2 所示。根據計算，當調蓄容積含蓄水池時，年徑流總量控制率為 75.3%，不含蓄水池時，年徑流總量控制率僅為41.4%。兩種結果差距非常大，說明蓄水池的容積是否納入調蓄對本方法計算結果的影響非常大。

2.2 分區加權計算法

分區加權計算法方法是參考 GB/T 51345—2018《海綿城市建設評價標準》中第 5.1.3 條第 2 款“年徑流總量控制率評價應將各設施、無設施控制的各下墊面的年徑流總量控制率，按包括設施自身面積在內的設施匯水面積、無設施控制的下墊面的占地面積加權平均，得到項目實際年徑流總量控制率”，將每個分區的年徑流總量控制率按照各分區匯水面積進行加權平均，計算項目設計可達到的年徑流總量控制率。對于沒有采用海綿設施控制的分區，參考 GB/T 51345—2018 第 5.1.3 條第 3 款，年徑流總量控制率 R 按照式（2）計算。

采用分區加權計算法分別計算了總調蓄容積含蓄水池和不含蓄水池 2 種情況下的年徑流總量控制率，分別為 67%、44%，如表3 所示。本方法在 2 種不同情況下的計算結果差距也非常大，說明蓄水池的容積是否納入調蓄對本方法計算結果的影響也很大。

表3 含蓄水池情況下各分區年徑流總量控制率計算

2.3 年徑流控制分別計算法

為了進一步判斷蓄水池是否應該納入調蓄容積，提出年徑流控制分別計算法。本方法與前文所述的 2 種方法不同，其計算是以年降雨量為基礎，通過計算滲透、調蓄、回用 3 種控制方式下的年降雨控制量，從而加和求得項目的年徑流總量控制率。以本案例為基礎計算如下。

（1）年滲透量（V滲透）的計算公式如式（3）所示。

式中：h—年降雨量，mm，取 1 164.5 mm。

將相關量代入式（3），得到年滲透量 V滲透為 4 600 m3。

（2）年調蓄量（V調蓄）計算。年調蓄量即每個分區年調蓄量之和，此處計算不考慮滲透和回用的貢獻，僅考慮調蓄設施的調蓄量。年調蓄量的計算公式如式（4）所示。

式中：Fi—分區匯水面積，m2；

φi—分區綜合徑流系數；

Ri—分區年徑流總量控制率，%。

本案例中，僅分區 1、2、4、6 中設有調蓄設施，按照表3 中年徑流總量控制率的結果對計算 4 個分區的年調蓄量，分別為 335.2 m3、515.4 m3、246.1 m3、335.2 m3，總計 V調蓄為 1 432 m3。

（3）年回用量（V回用）計算。采用逐月水量平衡分析計算，雨水收集范圍是 6～9 分區，總收集匯水面積為 5 000 m2。

收集的年可用雨水量 Wya參考 GB 50555—2010《民用建筑節水設計標準》中 5.2.4 條，按照式（5）計算。需要注意的是，當雨水收集范圍內設施為雨水花園或下凹式綠地等調蓄設施時，應利用扣除調蓄量后的徑流產生量進行計算。

式中： 0.6～0.7 —除去不能形成徑流的降雨、棄流雨水等外的可回用系數。

本案例中 6 分區內既有下凹式綠地，又為蓄水池收集范圍，因此在計算時，需扣除 6 分區的年調蓄容積，即335.2 m3。

采用逐月水量平衡分析計算年實際雨水回用量，結果如表4 所示。經計算，年實際雨水回用量 V回用為 1 660 m3。

表4 逐月水量平衡分析表

（4）年徑流總量控制率的計算公式如式（6）所示。

經計算，年徑流總量控制率為 66%，其中年回用雨水量占年徑流總量的 14.3%，說明雨水回用對徑流總量控制是有明顯作用的，因此不應直接在計算中忽略此部分的貢獻。

3 方法對比

通過 3 種方法的計算結果對比分析，得到 3 點結論。① 3 種計算方法計算的結果存在較大差異，總量直接計算法計算的結果可以滿足年徑流總量控制率 75% 的要求，另外 2 種方法計算結果均 ＜ 70%。② 在考慮蓄水池作用的情況下，采用分區加權計算法和年徑流控制分別計算法得到的年徑流總量控制率計算結果相近，且明顯低于總量直接計算法。③ 若不考慮蓄水池的作用，總量直接計算法和分區加權計算法得到的年徑流總量控制率計算結果與年徑流控制分別計算法的結果差距很大，這說明雨水回用量是不應被直接忽略的。進一步分析原因，可以歸結出 3 種方法本身的優缺點，如表5 所示。

表5 3 種計算方法的優缺點對比表

本文提出的 3 種年徑流總量控制率計算方法，從合理性角度看，分區加權計算法和年徑流控制分別計算法明顯優于總量計算法。另外，從計算便捷程度看，總量計算法和分區加權計算法明顯優于年徑流控制分別計算法。因此，在海綿城市設計中，建議優先采用分區加權計算法進行計算，當設有雨水收集回用作用的蓄水池時，可在分區加權計算法的基礎上，用年徑流控制分別計算法進行驗證，并將兩者計算結果取小。

4 結 語

（2）海綿城市設計是一個精細化的工作，為了保證其真正有效，在年徑流總量控制率的計算方法上，必須要改變原有簡單粗暴采用總量直接計算法的方式。建議優先采用分區加權計算法進行計算，當設有雨水收集回用作用的蓄水池時，增加年徑流控制分別計算法驗證。

年徑流總量控制率的計算只是海綿城市設計的基礎步驟，其海綿作用發揮更離不開合理的匯水區劃分、豎向設計、排水設計、植物選擇和設施斷面設計等工作。因此，一定要忌粗糙、忌粗放，從整體化、精細化、景觀化的角度去開展海綿城市設計，才能達到海綿城市預期的控制效果。

本文通過 3 種年徑流總量控制率計算方法的分析對比，得到結論如下。

（1）雨水回用對徑流總量有明顯控制作用，不應直接在計算中忽略此部分的貢獻。