廣州市海綿城市建設的研究
——以中交四航科技園工程為例

于海濤

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市化進程，城市不透水地面面積增加，使得徑流量及徑流系數明顯提高，對設計洪水過程有明顯的放大作用[1]。我國住房城鄉建設部借鑒國際成功經驗，結合我國國家政策和實踐經驗發布《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》，推進海綿城市的建設，控制不透水面積比例，維持開發前后水文特征不變。本文介紹中交科技園項目的海綿城市設計思路，分析設計過程中遇到的問題，促進海綿城市建設事業的健康發展。

1 工程概況

中交科技園項目位于廣州市白云區，廣州白云區位于南亞熱帶季風氣候區，處于北回歸線以南，降雨資源豐富，10 年平均降雨量約為1847mm，且降雨主要集中在5—7 月，根據《2022 年度廣州市白云區氣候公報》，白云區場全年最大日降雨量132.3mm，5 月降雨量為394.2mm，占年降雨量21.5%。

項目用地總面積為12033.57m2，綠地總面積為4212.95m2，綠地率為35.01%，為新建公共建筑。

2 控制目標

根據《廣州市建設項目海綿城市建設管控指標分類指引（試行）》中對廣州市新建共建海綿城市的設置要求，結合《廣州海綿城市專項規劃（2016—2030）》中心城區海綿城市建筑管控圖中確定年徑流總量控制率71%、設計降雨量26.5mm 的要求，確定項目海綿城市的控制指標如表1 所示。

表1 海綿城市控制指標

3 方案設計

項目內包含高層的實驗大樓及單層的模型試驗展廳兩棟單體，具體方案為將屋面雨水消能排至下沉綠地，將道路徑流引入周邊綠地、透水鋪裝、下沉式綠地滯留下滲，經海綿設施處理后，在棄流井的處理后進入雨水調蓄池，最終排入市政雨水管網，海綿城市設計系統流程如圖1 所示。

圖1 海綿城市設計系統流程

綠色屋面是在屋面設置綠被層、基質層、排水層、保護層等，分為簡單式綠色屋頂和花園式綠色屋頂，不同分類其基本構造及植物有所不同。當雨水到打綠色屋面，首先被屋面植物截留，下滲入屋面墊層，再緩慢釋放至排水系統，超過下滲量的雨水則形成屋面徑流，直接排入排水系統。綠色屋面能顯著延緩并消減徑流峰值，能有效截留屋面徑流，并且與前期干燥天數呈顯著正相關，與暴雨強度呈負相關[2]。因此在屋面結構承載力允許條件下，設置綠色屋面，有利于提高項目范圍徑流控制，減少后續海綿設施的負荷。

廣義的下沉式綠地指具有一定調蓄容積，可以調蓄和凈化徑流雨水的綠地。而狹義的下沉式綠地則是由低于周邊200mm 的綠地[3]，當雨水進入下沉式綠地后，綠地發揮截留和下滲的功能，當水量超過下滲能力時，雨水在下沉式綠地中積蓄。當水深到達溢流高度后，經綠地溢流雨水口排至雨水管渠。狹義下沉式綠地適用范圍廣，建設和維護費用低。

本項目在綠地中設置調蓄水深0.1m 的下沉式綠地，屋面雨水經雨水管到達綠地中的消能滲透雨水口，使得屋面雨水進入下沉式綠地，而非直接進入雨水排水管網系統，提高對場地內雨水的滯留利用率。為減少雨水管進入消能滲透雨水口的重力沖擊，實驗大樓塔樓雨水管排至五層裙樓，再經過裙樓屋面匯水，經雨水管進入消能滲透雨水口。裙樓屋面因雨水量增加，增加了排水立管，雖然增加成本，但是使得雨水更均勻地進入下沉綠地，有利于雨水的下滲和對雨水徑流的控制。在路面與下沉綠地邊界設置開口路沿石，保證雨水能通過路面或透水混凝土進入下沉綠地，而在道路中減少普通雨水斗的設置，避免雨水直接經雨水斗進入雨水排水系統管網系統。

透水鋪裝可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝，透水鋪裝多為多孔結構，使得雨水能通過孔隙下滲至土壤或滲排管。本項目在人行道、室外停車位設置透水鋪裝。

雨水調蓄池是具有雨水儲存功能的集蓄利用設施[3]，通常設置在項目內雨水管網末端，當地表徑流進入場地雨水管網后，經過棄流井后進入雨水調蓄池，以起到對雨水量的消減作用，主要包括鋼筋混凝土調蓄池、成品玻璃鋼調蓄池及塑料模塊調蓄池等，也可以在雨水調蓄池基礎上增加雨水處理設備，進行雨水回用，促進對雨水資源的利用，實現節約資源的目標。

項目中存在下沉綠地、透水鋪裝等設施在地下室頂板上方的情況，在海綿設施下設置滲排管以更好地排放海綿設施的滲透排水。海綿設施中雨水的下滲可能對建筑基礎造成影響，因此在地下室邊線及建筑邊線3m 范圍內不設置海綿滲透設施。海綿城市最終設計方案可以與園林結合，草木選取應能適應海綿設施中環境，實現美觀與實用相結合，可以對雨水花園進行深化設計，增加小橋、滲透塘等園林景觀，保證海綿設施再雨水調蓄時也不影響正常使用。

4 指標選用及計算

（1）年徑流總量控制率。根據《廣州市建設項目海綿城市建設管控指標分類指引（試行）》對各類型下墊面徑流系數的取值標準，在項目總平面圖中，依照雨水徑流方向劃分匯水分區，對各海綿設施進行布置，統計各自面積，匯水分區的場地綜合徑流系數計算如表2所示。

表2 綜合徑流系數計算

本項目的設計調蓄容積計算公式如式（1）所示。

式中：V設計——設計調蓄容積，m3；H——設計降雨量，mm；φ——綜合雨量徑流系數；F——匯水面積，hm2。

經計算，匯水分區一設計調蓄容積V1=118.75m3，匯水分區二設計調蓄容積V2=52.75m3，總調蓄容積為171.50m3。項目中設置的海綿設施僅下沉綠地有調蓄容積，下沉深度為0.15m，根據下沉綠地的面積計算現狀下沉綠地的實際調蓄容積，跟設計進行對比，如果滿足V實際≥V設計，則調蓄容積滿足設計要求；如果V設計＜V實際，則應該增加調蓄水深、增大下沉綠地面積、設置其他具備調蓄容積的海綿設施等措施，使得V實際≥V設計，本項目匯水分區一下沉綠地調蓄容積＜設計調蓄容積，需設置雨水調蓄池，調蓄容積計算如表3 所示。

表3 各匯水分區設計調蓄容積與實際調蓄容積

（2）年徑流污染削減率。新建項目年徑流污染消減率要求達到50%，根據項目各海綿設施的面積及對應固體懸浮物削減率計算平均削減率，年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×低影響開發設施對SS 的平均削減率，計算結果如表4 所示。

表4 年徑流污染控制率計算

（3）雨水徑流峰值控制計算。建設后的雨水徑流量不應大于建設前的雨水徑流量，梁小光[4]結合國際經驗對雨水徑流峰值計算進行了詳細總結，依據相關公式計算雨水徑流控制峰值容積如表5 所示。

表5 雨水徑流控制峰值容積

雨水徑流控制峰值容積大于場地內下沉綠地的調蓄容積，需增設60m3的雨水調蓄池。不過根據許文斌等[5]的研究源頭全程調蓄、末端全程調蓄、末端脫過調蓄的調蓄效果有所不同，源頭全程調蓄所需調蓄容積約為末端全程調蓄的50%，末端脫過調蓄所需調蓄容積約為末端全程調蓄的22%。而下沉綠地應當屬于源頭全程調蓄，在降雨起始階段雨水就已經匯入下沉綠地，而非在是降雨開始或降雨量較小的情況下優先排入市政管網。相比之下，雨水調蓄池通常在接入前端設置分流井、棄流井，當水量較少的情況下，雨水會直接排入市政管網，而當雨水量大時才進入調蓄池，充分發揮對雨水的調蓄作用。

（4）單項指標。下沉式綠地率=廣義的下沉式綠地面積/綠地總面積=2561.19/4123.89=62.11%＞50%。

透水鋪裝率=透水地表面積/人行道、室外停車場、步行街、自行車道和建設工程的外部庭院總面積×100%=497.14/575.38=86.45%＞70%。

綠色屋頂率=綠色屋頂面積/建筑屋頂總面積=730.4/4966.07=14.71%＜60%。

可滲透地面率=透水地面面積之/占室外地面總面積=4621.31/7067.50=65.39%＞40%。

滲透排空時間計算公式如式（2）所示。

式中：ts——滲透排空時間，h；Vsj——設施的設計有效調蓄容積，m3；α——綜合安全系數，一般取0.5~0.8，取0.7；K——土壤滲透系數，m/s；AS——有效滲透面積，m2。

結合項目詳勘報告，項目土質主要是粉質黏土和中粗砂，土壤滲透系數約為0.12m/d，經計算，滲透排空時間為20.57h，滿足不超過24h 的要求。

綜上所述，除鼓勵性指標綠色屋面率不滿足要求外，其他指標均滿足設計要求。本項目屋面設有高位水箱、光伏發電裝置，另有一棟單體為鋼結構屋面，限制了屋面綠化的設置，因此，不實現屋面綠化的指標。

5 結語

廣州地區雨量豐富，降雨集中，城市內澇問題容易出現，海綿城市是解決問題的有效途徑。本文通過對海綿設施的設置及技術指標的實現進行了分析，對調蓄容積及徑流峰值計算進行探討，雨水徑流峰值控制仍需深入研究。如何布置海綿設施，保證海綿城市的充分利用，在實際中實現設計指標，需要進一步探索。