重慶市建筑小區海綿城市設計方法研究

陳雪，吳天順

（中煤科工重慶設計研究院(集團)有限公司，重慶 400016）

0 引言

近年來，隨著我國城鎮化建設不斷加快，雨洪問題越來越突出，例如城市下墊面的不透水率增加，自然地面比例逐漸減小，雨水徑流量增大等，加大了排水管網系統的壓力，加劇了城市暴雨內澇的產生，地面污染物隨地表徑流進入自然水體造成了嚴重的面源污染[1]。為此，全國各地積極推進海綿城市建設，力求解決水生態與城市發展的矛盾。

目前，重慶市已陸續推出了適合本地的海綿城市設計導則、規范、圖集，要求各項目在設計階段就應重視雨洪問題，加強雨洪管理。本文結合各地已建、在建項目的設計經驗，對典型的建筑小區項目海綿城市設計過程進行詳細剖析，為海綿城市的設計及計算提供理論和實踐參考。

1 項目概況

1.1 工程基本情況

項目總用地面積22520.08m2，總建筑面積121084.32m2，總計容建筑面積99679.43m2，主要包含高層住宅、商業、地下車庫等。根據海綿城市專項規劃要求，該地塊年徑流總量控制率不低于80%，年徑流污染去除率不低于50%。項目總平面布置見圖1。

圖1 項目總平面

1.2 降雨條件及降雨特征

項目所在位置屬亞熱帶溫濕季風氣候區，氣象條件具有空氣濕潤、春早夏長、冬暖多霧、秋雨連綿的特點，年無霜期349d左右。

降水量：多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5—9月，期間降雨量最高達746.1mm左右；日最大降雨量206.60mm（2007年7月17日，115年一遇），日降雨量大于25mm以上的大暴雨日數占全年降雨日數的62%左右，小時最大降雨量可達62.1mm。

根據重慶市各區縣24h暴雨雨型分區表，該工程所在區域暴雨雨型屬于1區，雨峰位于中間靠前，雨型急促，短時易形成暴雨或強降雨[2]，設計暴雨過程如圖2所示。

圖2 設計暴雨過程

1.3 工程地質條件

項目所在地位于重慶主城南部，距離長江支流僅1.3km，地塊四周市政道路路網成熟，地下管網齊全，運行良好。

1.3.1 地形地貌

場地屬剝蝕丘陵地貌，擬建場地北側、西側、南側為市政道路，東側為已平場場地，擬建場地已完成平場，場地內地形坡角＜5°。場地及附近北側最高標高265.0m，西南最低標高251.50m，相差13.50m，與場地四周道路及其他場地高差小于3m。

1.3.2 地質構造

場地位于大盛場向斜東翼,在場外北側斜坡上測巖層產狀：傾向245°∠20°～30°，場地優勢傾角25°，呈單斜產出，層面結合很差，有泥化夾層，為軟弱結構面。

1.3.3 地層巖性

根據現場調查及區域地質資料分析，場地內未見斷層及活動性大斷裂通過，地質構造簡單。據地面調查和鉆探揭示，場地覆蓋層為素填土，下伏基巖為侏羅系中統沙溪廟組（J2s）泥巖。

1.3.4 水文地質條件

場地地下水主要賦存于土層孔隙和基巖風化網狀裂隙中，按含水介質可分為基巖裂隙水和松散堆積層孔隙水兩種類型。

（1）基巖裂隙水

場地泥巖為隔水層，砂巖為相對透水層，基巖裂隙水主要賦存于近地表強風化帶，主要受大氣降水補給，降水多以地表徑流形式運移，對裂隙水的補給微弱。裂隙水具有就地補給、就近排泄、徑流途徑短的特點，從高處往低處地段排泄流出場區或匯集于低洼地帶，水量小，受氣象因素影響變化明顯。

（2）松散堆積層孔隙水

場地松散堆積層孔隙水主要由大氣降水的滲透補給，雨季時地表水下滲將形成松散土層孔隙水，由高往低排泄流出場區或匯集于低洼地帶。

（3）地下水的補給、逕流及排泄條件

場地總體地勢由北側向南側緩傾，地形條件有利于水體的自然排泄。巖土體中的地下水主要接受大氣降水與地表積水的補給，水量與季節有關，大氣降水、地表水及地下水多沿坡面或基巖面向東側地勢低洼地段排泄，地下水補給條件差，徑流及排泄條件較好。

1.4 海綿技術適宜性分析

項目所在區域第四系覆蓋層厚度較小，地勢北高南低，降雨雨型急促，容易形成地表徑流，為加強地下水的補給，應在海綿設施上加強滲透措施，形成雨水就地消納與區外轉輸相結合[3]。

2 海綿城市設計

2.1 設計流程

年徑流總量控制率的計算是一個試算過程，首先擬定各匯水分區的年徑流總量控制率，然后進行加權計算，滿足要求即得出結果，不滿足要求則需重新擬定各匯水分區的年徑流總量控制率，直至達到指標要求。最后應根據各匯水分區的年徑流總量控制率計算調控容積，確定LID設施規模。

2.2 計算方法

年徑流污染控制率的計算在《指南》中也有介紹：“城市徑流污染物中，SS往往與其他污染物指標具有一定的相關性，因此，采用SS作為徑流污染物控制指標，各分區年SS總量去除率=年徑流總量控制率×低影響開發設施對SS的平均去除率。城市或開發區域年SS總量去除率，可通過不同區域、地塊的年SS總量去除率經年徑流總量（年均降雨量×綜合雨量徑流系數×匯水面積）加權平均計算得出。”[4]

《低標》中各個匯水分區年徑流污染去除率按式（1）進行計算[2]：

式中：PZ——匯水分區年徑流污染去除率；PW——匯水分區LID設施污染物去除率（以SS計）；PT——匯水分區年徑流總量控制率。

該計算方法與《指南》中的計算方法一致，但對于項目年徑流污染總量去除率的計算，《低標》則以“各匯水分區面積×雨量徑流系數×徑流污染濃度”的占比為權重進行計算[2]，其中徑流污染濃度可實測而得，也可采用《低標》中附錄所列數據。

《指南》與《低標》所列的項目年徑流污染總量去除率的計算方法較為復雜，而參考《導則》計算示例，年徑流污染總量去除率仍采用各匯水分區面積占比作為權重進行計算[5]，此方法簡單，容易理解和掌握，故項目采用《導則》中的方法計算年徑流污染去除率。

2.3 海綿城市建設前下墊面分析

該項目在海綿城市建設前，根據重慶市地方標準《居住建筑節能65%（綠色建筑）設計標準》（DBJ50-071—2020）（以下簡稱《綠建》）中第6.1.3條“場地應有效組織雨水的下滲、滯蓄或再利用，實施外排總量控制；場地年徑流總量控制率有規劃要求時，不低于所在區域海綿城市專項規劃的要求；無規劃要求時，不應低于55%”[6]的要求，確定項目室外場地除綠地以外大量區域采用透水鋪裝，并在部分商業屋面設置綠色屋頂，各項下墊面計算指標見表1。

表1 海綿城市建設前下墊面情況

項目在海綿城市建設前場地年徑流總量控制率為1-φ=56%，滿足《綠建》指標要求，但不滿足海綿城市專項規劃年徑流總量控制率不低于80%的指標要求，因此項目需要進行海綿城市專項設計。

制定促使農村消費經濟的金融對策首先需要從根本上提高農村人口的經濟收入和購買能力，中國的富裕離不開農民的富裕，讓農民變得更加富裕需要挖掘農民內部的增收潛力。我國農村消費水平雖然在近幾年大幅度提升，但是農村居民的恩格爾系數偏高，更多的農民會更愿意將自己的收入花費在食物上，21世紀初雖然已經突破36.5%，但是相對于城鎮居民36.7%的恩格爾系數來說還是偏低。所以我們需要通過調整和優化農業結構、加大對農業的投入，以及通過政府的介入切實減少農民的負擔，重振鄉村企業，大幅度提高農村的收入水平，從根本上提高農村人口的購買力，讓更多的農村人口的愿意把錢花費在非食物方面。

2.4 匯水分區劃分

地塊所在區域北高南低，東高西低，周邊市政道路規劃齊全，規劃道路上均設有市政雨水管網，不考慮外部雨水匯入本地塊內部進行轉輸外排。根據場地平面及豎向布置、雨水徑流方向，以及市政雨水管網接口情況，將地塊內部分隔成6個匯水分區，匯水分區劃分見圖3。

圖3 匯水分區

2.5 LID設施控制容積計算

根據項目特點，確定LID雨水系統流程（圖4）。

圖4 LID雨水系統流程

以單個匯水分區為例，每個匯水分區可分解為LID設施控制區域、自然受控區域以及不受控區域三種。其中，LID設施控制區域為通過排水溝、植草溝或地面徑流，使覆蓋范圍內的雨水能有效匯入LID設施中進行容積調控的區域（該項目容積調控主要采用雨水花園實現）；自然受控區包括綠地、綠色屋頂以及透水鋪裝，該部分產生的徑流應為自然消納后的超標雨水，無需再進行容積調控，直接排至小區雨水管網即可，同時綠地、綠色屋頂以及透水鋪裝也具備去除徑流污染的功能；不受控區域主要為因客觀原因無法有效收集雨水或收集困難的區域，該部分產生的徑流雨水直接排入小區雨水管網中，未進行容積調控。

在每個匯水分區內預先布置雨水花園，并進行試算，最后得到滿足指標要求的設計成果，詳細計算見表2。

表2 LID設施控制容積計算明細

雨水花園下滲量按式（2）進行計算[3]：

式中：WP——滲透量（m3）；K——滲透系數 （m/s），取K=0.00001（m/s）；J——水力坡降，一般可取J=1；AS——有效滲透面積（m2），按雨水花園水平投影面積簡化計算；tS——滲透時間（s），指降雨過程中設施的滲透歷時，一般取2h。

經計算，項目的徑流控制容積V=235.62m3，雨水花園可蓄水容積（含2h下滲量）VLID=237.43m3，VLID＞V，達到了徑流控制容積要求。

年徑流總量控制率計算見表3，年徑流污染去除率計算見表4。

表3 年徑流總量控制率

表4 年徑流污染去除率

經計算，該項目年徑流總量控制率為80.63%，年徑流污染物去除率為55.58%，滿足規劃指標年徑流總量控制率不低于80%和污染物去除率不低于50%的指標要求。

2.6 雨水花園設施布局

在確定每個匯水分區內雨水花園大小之后，應在平面中進行合理布局，使其控制區域內的雨水有效匯入設施中。硬化屋面的雨水可通過在建筑周邊設置排水溝，將雨水轉輸進入雨水花園，同時，部分硬化路面也可通過路邊的開孔路緣石排入排水溝或植草溝中，最后進入雨水花園。

雨水花園應布置在匯水區域內地勢較低的位置，便于雨水重力流進入。在高層建筑旁設置雨水花園時還應考慮消防撲救面的影響，保證消防車撲救。雨水花園中雨水入滲影響建筑物或道路基礎時，應考慮設置防滲層。此外，室外地下構筑物、綜合管網附屬設施均應同雨水花園的平面、豎向進行協調，綜合考慮。雨水花園的滲排管以及溢流管排出口標高應滿足雨水自流進入周邊雨水管網，并與雨水管網管頂平接的要求。

由于雨水花園服務范圍包括部分硬化路面,在硬化路面上設置的雨水口應保證徑流雨水先匯集進入雨水花園，超標雨水再排入傳統雨排水設施中。雨水花園布置見圖5。

圖5 雨水花園布置

3 結論

建筑小區項目通過海綿城市建設加強雨洪管理，源頭減排效果顯著。LID設施形式多樣，在海綿城市設計中可采用多種LID設施組合，以達到年徑流總量控制率的目標。其中，為降低工程投資及運行費用，減少維護成本，無地下構筑物、無能耗的LID設施組合是項目中最常用的手段之一。本文主要將雨水花園作為主要的雨水調蓄設施，流程較為簡單，工程投資增長幅度小，不僅設計人員容易掌握，建設方也較為容易接受，可為同類項目的海綿城市設計提供參考。