城市在建小區海綿化實現思路的探討

時間：2016-08-08 來源：微水會 作者：馬姍姍，許申來，薛祥山，曲直，趙軒，張靜怡

導語

建筑與小區是城市雨水排水系統的起端，是城市海綿化改造的主要內容�；�于海綿城市治水的新理念，本文結合雨水花園、下凹式綠地等低影響開發技術，以某在建小區試點工程為例，采用城市排水管網模擬系統DigitalWater 2.0進行了效果模擬，探討了城市在建小區海綿化的實現思路和技術路線。

文章來源：第十屆中國城鎮水務發展國際研討會 論文

城市在建小區海綿化實現思路的探討

引言

隨著城鎮化的快速發展，自然水循環系統和水生態系統的人為干擾越來越大，由此引發的洪澇災害頻發、水資源匱乏、水污染等儼然成為城市發展中的共性問題[1]。為緩解城市內澇，改善城市水生態環境，國家提出建設“海綿城市”的新理念，倡導構建低影響開發的雨水模式。海綿城市理念是一種可持續的雨洪管理理念，強調雨水的源頭控制，利用分散的、小規模的措施控制暴雨徑流和徑流污染物，充分利用自然過程消解雨水[2]。

基金項目：國家水體污染控制與治理科技重大專項（水專項）滇池流域城市水環境改善關鍵技術研究與示范項目昆明市老運糧河水環境改善關鍵技術研究與工程示范（2012ZX07302002）課題 資助

本文基于海綿城市治水的新理念，結合雨水花園、下凹式綠地等低影響開發技術，以某在建小區試點為例，具體從方案構建、方案效果模擬方面，探討了城市在建小區海綿化的實現思路和技術路線。

1.海綿設施概述

雨水控制利用的工程技術主要包括“滲、滯、蓄、凈、用、排”[3]。

滲透技術主要以改造硬質地面，增加下滲為主。主要措施包括透水鋪裝、滲透塘及包括雨水花園、滯留帶等在內的滲透型生物滯留設施。

滯蓄技術以雨水滯留和貯蓄利用為主，兼有峰值流量削減和補充地下水等作用[3]。主要措施包括雨水罐、雨水濕地、雨水花園、集水池等。貯蓄的雨水可進一步回用，緩解市政供水的壓力。

凈化技術主要是改善水質，對水質進行源頭處理或深度處理，其出水多直接排放或集中處理后回用。主要措施包括初期雨水截流和棄流設施、前置塘、沉淀池、植物緩沖帶等。

2.低影響開發場地規劃

由于原施工圖已完成，在建小區應在原施工圖的基礎上進行海綿化改造。該過程須結合場地各要素的布局和結構，合理規劃雨水徑流量的排放路徑。同時尊重主體工程，保留特殊設施如停車場，盡量避免原施工圖產生大的變動。在建小區的公共場地可操作空間大，地形變動也相對靈活。

城市在建小區LID場地規劃體現在場地分析和雨水系統設計兩個環節。場地分析就是對場地地形地貌、土壤滲透性及周圍環境等現狀條件進行分析。它是場地設計的基礎[4]，必須建立在充足的基礎資料和充分的前期調研的基礎上。包括合理選擇和布局海綿設施，確定其形式和規模；合理進行場地豎向設計，避免場地對區域地上及地下水文環境造成破壞。場地的雨水系統設計應采取適當的分散式低影響開發設施去適應原施工圖地下管線布置，有效銜接雨水管道系統及超標雨水徑流的排放，對雨水進行滯留、凈化和回用，實現雨水系統的優化。

3.雨水設計計算

3.1設計降雨量

為使徑流總量和污染物總量不超過開發前狀態，美國多州采用控制年均80%-90%降雨場次對應的日降雨量值作為低影響開發雨水控制利用系統的設計標準，即設計降雨量[5]。

根據我國氣象科學數據共享服務網氣象資料數據，選取近30年日降雨資料，扣除≤2mm的降雨事件的降雨量，將日降雨量值由大到小排序，統計小于某一降雨量的降雨總量在總降雨量中的比率，此比率對應的日降雨量值即為設計降雨量[6]。我國部分省市年徑流總量控制率為75%、80%、85%對應的設計降雨量值如表1所示。

表1 我國部分城市年徑流總量控制率對應的設計降雨量值

3.2調蓄容積量

根據《海綿城市建設技術指南》，低影響開發設施調蓄容積一般應滿足“單位面積控制容積”的指標要求，設計調蓄容積一般采用容積法進行計算，如公式（1）所示。

V=10HΨF （1）

式中：

V—設計調蓄容積，m3；

H—設計降雨量，mm；

Ψ—綜合徑流系數，可根據面積比例加權平均計算；

F—匯水面積，hm2。

4.在建小區海綿化方案的構建—以某小區為例

4.1方案構建流程

借鑒低影響開發在國內外范圍內應用的成功案例，結合我國海綿城市指南的要求，將在建小區海綿化方案的構建分為以下7個主要步驟，具體見圖1。

圖1 構建海綿設施技術流程圖

4.2 研究區域概況

研究區域總面積為24.4hm2，西臨帶狀綠化帶，東側為一座帶狀公園。其北部為商業區，南部為住宅區，兩部分面積均為12.2 hm2。該區域分兩期施工，一期二期面積分別為13.3hm2和11.1 hm2。根據原規劃方案統計，硬化鋪裝面積9.5 hm2，建筑硬化屋頂6.0 hm2，綠色屋頂1.7 hm2，水系0.1 hm2，綠化7.1 hm2。

4.3方案構建技術步驟

4.3.1 明確施工進度

目前，一期處于施工階段，二期尚未開始建設。其中，一期商業區外部停車場已建成并投入使用，商業建筑主體工程已完工，部分道路混凝土已鋪設；一期住宅區建筑主體1號樓外均已完工，地下車庫及車庫出入口已完工，部分路沿石已立砌。

4.3.2 場地評估

場地評估是設計決策海綿改造方案的重要因素，對于后續方案設計起著重要的作用。在前期基礎資料和實地探勘的基礎上，結合各部門座談意見，對試點區域存在的限制條件和主要問題進行了研究分析。根據研究區域現狀，總結了低影響開發雨水管理規劃設計條件，見表2。

表2 規劃區域設計限制條件分析表

4.3.3 設計目標

根據場地評估結果，取徑流總量控制率為82%，對應的設計降雨量為34.6 mm。由于規劃區域面積較大，若想充分利用雨水，應進一步進行區域劃分，就近解決雨水問題。首先根據區域功能劃分一級分區，即商業區和住宅區各為匯水分區，各自消納自身的雨水徑流，在此基礎上，根據地面高程，確定排水路線，進而劃分二級分區。由容積法計算各分區流量，作為設計的具體量化目標。

4.3.4 海綿設施總體布局

4.3.4.1海綿設施在小區各要素的應用

1）建筑屋頂雨水滲滯區

建筑屋頂多為不透水屋面，徑流系數高達0.95，成為城市徑流的主要產流面之一。降落到屋頂的雨水短時間便可形成徑流，并向下墊面轉移。為減少其產流量，需采取以雨水利用和滲透設施為主的源頭控制設施，如綠色屋頂、雨水桶等。利用綠色屋頂的植物和土壤對雨水截流和吸收，并使用雨水桶收集綠地屋頂的外排水，實現對雨水的源頭管理。超出綠色屋頂和雨水桶處理能力時，利用住宅其他的LID措施進行雨水綜合管理，將建筑超量的雨水排入建筑周邊的雨水花園、下凹式綠地、生物滯留設施等，進一步將場地景觀納入到雨水管理中，既實現雨水管理，又提高住宅環境的整體美感[7]。

2）小區道路雨水滲滯區

原規劃方案中的道路多為瀝青、大理石等硬質不透水表面，作為雨水的主要受納區域，大量的雨水徑流及其攜帶的污染物由雨水口收集后直接排入管道，極易引起道路受淹，造成下一級受納水體的污染�；�于海綿城市自然滲透的理念，在人行道進行透水鋪裝改造，增加地面的透水性，結合側石開口或標高控制（路面標高高于周邊綠化帶標高）等措施，將路面徑流引入附近雨水處理設施，以達到增加下滲、削減洪峰的效果。

3）小區公共場地滲滯蓄區

公共場地的低影響開發是小區海綿化建設的主要內容，在場地內設置的集中式雨水設施和末端處理設施，主要以雨水滯留設施為主，如生物滯留設施，下凹式綠地，雨水花園等。它的主要原理是利用低于路面的洼地貯存、滲透雨水，結合物理處理和生物處理的特點，有效去除污染物、減少雨水徑流量[8]。

4.3.4.2方案布局

規劃區域各要素產生的徑流量，一部分通過綠色屋頂、生物滯留帶、下沉式綠地和雨水花園蓄積下滲，其余部分通過調蓄池集中收集用于周邊帶狀公園的灌溉。住宅區雨水徑流通過植草溝、透水鋪裝、生物滯留池、下沉式綠地、雨水花園、水系綜合處理，一部分用于LID設施的蓄積下滲，一部分利用雨水調蓄模塊集中收集用于景觀水系的循環利用，其余超標部分則通過市政管網排走。

4.3.5 模型模擬

DigitalWater 2.0是基于SWMM和GIS技術的可視化建模與動態模擬評估工具，可模擬雨水花園、雨水桶、滲渠、透水鋪裝等多種LID設施�；�于DigitalWater Simulating 2.0，采用當地暴雨公式，以芝加哥曲線分配1年一遇1h、1年一遇2h、2年一遇2h和5年一遇2h的降雨雨型，以原規劃方案和LID改造后的方案為模型情景模擬。其三個排放口模擬曲線如圖4所示（以1年一遇1h降雨條件為例）。

圖4 規劃區域雨水排放口1年一遇1h模擬曲線圖

對整體區域進行水量平衡分析，各重現期下的模擬效果評估如表3所示。由表3可以看出，經下凹式綠地、透水磚、雨水花園等低影響措施處理后，控制降雨量>34.6 mm，流域出流量均有明顯減少，符合設計目標。

表3 各重現期模擬效果評估表

結語與展望

基于低影響開發技術，結合在建小區特點，場地各要素的布局和結構，組合一系列不同的低影響開發措施，合理規劃雨水徑流量的排放路徑，合理布局低影響開發設施，并基于DigitalWater 2.0模型評估了雨水管理效果，形成了在建小區海綿化完整的規劃思路。

在建小區勢必會對原規劃進行改正，造成施工圖變更，投資預算變更及工程周期變更等一系列問題。如何與原設計單位的實現工作上的交接，如何引導廣大居民理解和支持，并自覺融入海綿城市的建設中，如何解決投資增加問題等，都是后續小區海綿化需要解決的問題，因此需要構建完善的海綿城市激勵機制，為海綿城市后續建設提供指導和依據，推動海綿城市建設的順利進行。

參考文獻:

[1]王建龍，車伍，易紅星. 基于低影響開發的雨水管理模型研究及進展[J].中國給水排水，2010.26（18）：50-54.

[2]焦勝，邱燦紅，徐峰等. 可持續居住區規劃和設計[M]. 北京：中國建筑工業出版社，2010.9

[3]王文亮，李俊奇，車伍，李小靜，任婕. 城市低影響開發雨水控制利用系統設計方法研究[J]. 中國給水排水，2014.30（24）：12-17.

[4]王佳. 基于低影響開發的場地景觀規劃設計方法研究[D]. 北京建筑大學，2013

[5]United States Environment Protection Agency. Technical Guidance for Implementing the Stormwater Runoff Requirements for Federal Projects under Section 438 of the Energy Independence and Security Act [M]. Washington: United States Environmental Protection Agency，2009.

[6]住房城鄉建設部. 海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建[S].2014.10

[7]張善峰，宋紹杭，王劍云. 低影響開發——城市雨水問題解決的景觀學方法[J]. 華中建筑，2012.05：83-88

[8]侯改娟. 綠色建筑與小區低影響開發雨水系統模型研究[D]. 重慶，2014.5

2016（第十一屆）城市發展與規劃大會將于8月16-17日在湖南長沙召開。

此次大會水世界將承辦以下：

➥海綿城市規劃與建設

➥水系統規劃與水生態修復

➥城市綜合管廊線規劃建設管理

三個分論壇。

會議背景：

在中華人民共和國住房和城鄉建設部以及相關國際組織的支持下，由中國城市科學研究會和長沙市人民政府主辦的“2016（第十一屆）城市發展與規劃大會”將于2016年8月16-17日在長沙市召開。 本屆大會主題為“綠色循環 包容韌性 和諧宜居”。作為城市規劃及建設領域的重要國際性學術盛會，它將回顧、總結、推廣過去一年來這一領域里所取得的創新成果，其使命即為這一領域的專家、學者和企業界人士提供一個理論研究和成果交流的學術平臺，本屆會議將特邀國內外數百位在此領域學術卓越的學者專家做精彩的主題報告。

水世界-中國城鎮水網將承辦以下3個分論壇

（www.zhangyanji.com）

歷屆參會人員

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