劉彩虹

江蘇省建筑設(shè)計研究院蘇州分院 江蘇蘇州 215128

海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)、城市雨水管渠系統(tǒng)及超標(biāo)雨水徑流排放系統(tǒng)[1]：通過低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)對雨水進行滲透、儲存、調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)輸與截污凈化，有效控制徑流總量、徑流峰值和徑流污染，并與城市雨水管渠系統(tǒng)共同組織徑流雨水的收集、轉(zhuǎn)輸與排放，超標(biāo)雨水則可通過雨水管渠排入自然水體或雨水調(diào)蓄池中。

“海綿城市”理念應(yīng)用在項目上主要是以年徑流總量控制率和年SS總量去除率為項目設(shè)計目標(biāo)，通過設(shè)計低影響開發(fā)設(shè)施（如透水鋪裝、植草溝、生物滯留池、下凹式綠地等），并與地塊內(nèi)雨水管網(wǎng)有效鏈接起來，以慢排緩釋和源頭減排的方式有效控制地塊內(nèi)徑流雨水外排量。

下面以昆山周市高中為例，整體介紹“海綿城市”理念在項目中的應(yīng)用體現(xiàn)。并根據(jù)項目實踐，對海綿專項設(shè)計中存在的幾點問題進行探討。

研究區(qū)概況：

昆山地處長江三角洲，位于江蘇省東南部。昆山屬北亞熱帶南部季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛。多年平均降雨量1133.3毫米，昆山降雨呈明顯季節(jié)特征，且目前頻現(xiàn)極端氣候。統(tǒng)計全年暴雨日數(shù)（日降水量≥50毫米）平均為2.9天，以6～8月出現(xiàn)次數(shù)最多。極易產(chǎn)生雨洪災(zāi)害。加之建成區(qū)面積不斷擴大，現(xiàn)狀雨水管網(wǎng)覆蓋不足且設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低，已無法滿足排澇要求，內(nèi)澇風(fēng)險持續(xù)攀升。

周市高中位于昆山市周市鎮(zhèn)，占地面積約78909.42平方米，預(yù)計建筑面積約7.6萬平方米，其中地下7354平方米，地上62646平方米。規(guī)劃設(shè)置為16軌48班普通高級中學(xué)，可分為教學(xué)區(qū)、運動區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)、休閑綠化區(qū)等。學(xué)?？偲矫鎴D如下圖1所示：

圖1 學(xué)校總平面圖

控制目標(biāo)：

根據(jù)《昆山市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》，本項目需要控制的指標(biāo)為：年徑流總量控制率≥85%(34mm/d)、年SS總量去除率≥70%。

海綿設(shè)施布局：

1 匯水區(qū)劃分

項目豎向是劃分海綿匯水分區(qū)的首要因素，利用勘探院提供的CAD地形圖，核實標(biāo)高后選取地塊內(nèi)所有局部高點并標(biāo)注出來；建筑屋面脊線也是海綿分區(qū)的分水嶺，查看建筑物屋面形式及落水管位置，將屋脊線或屋面分水線標(biāo)注出來；再結(jié)合道路的縱橫坡及起到阻水作用的小區(qū)圍墻、路沿石、可阻水的擋墻、截水溝、車輛減速帶等設(shè)施的位置，并與之前標(biāo)注的點和線連接形成封閉的匯水分區(qū)線。根據(jù)分區(qū)依據(jù)，將周市高中分為36個匯水區(qū)，如下圖2所示。

圖2 匯水分區(qū)圖

2 各匯水分區(qū)設(shè)計調(diào)蓄容積計算

根據(jù)地塊的規(guī)劃設(shè)計，同時配合景觀效果，項目初步采用生態(tài)滯留池和下凹綠地作為海綿調(diào)蓄設(shè)施，屋面及道路徑流雨水部分通過透水鋪裝或綠地下滲到地下補給地下水，另一部分則通過干式植草溝或地表徑流排到生態(tài)滯留池，溢流雨水則通過溢流口溢流至地塊雨水管網(wǎng)中，整個系統(tǒng)流程如下：

根據(jù)《昆山市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》5.3條，采用容積法計算各匯水分區(qū)的設(shè)計調(diào)蓄容積，計算公式如下：

V=10H·Ψ·F

式中：

V—設(shè)計調(diào)蓄容積或需蓄水容積（立方米）；

H—設(shè)計降雨量（毫米）；

Ψ—年均或場均綜合雨量徑流系數(shù)；

F—匯水面積（公頃）。

其中綜合雨量徑流系數(shù)Ψ需根據(jù)下墊面組成及面積分布采用加權(quán)平均法計算，即：

式中：

Ψ—地塊綜合雨量徑流系數(shù)

F—匯水面積（平方米）

Fi—匯水面積上各類下墊面面積（平方米）

Ψi—各類下墊面的雨量徑流系數(shù)

3 初步確定低影響開發(fā)設(shè)施規(guī)模

根據(jù)匯水分區(qū)，結(jié)合項目周邊用地性質(zhì)、水域面積率、綠地率等條件，綜合確定低影響開發(fā)設(shè)施的類型、規(guī)模與布局，初步選取適宜當(dāng)?shù)貤l件的低影響開發(fā)技術(shù)和設(shè)施，主要包括透水鋪裝、生態(tài)滯留池、下凹式綠地、生態(tài)樹池、轉(zhuǎn)輸植草溝等，其中生態(tài)滯留池和下凹綠地作為調(diào)蓄池主要起著控制地塊內(nèi)徑流總量的作用。根據(jù)各匯水分區(qū)計算所得的設(shè)計調(diào)蓄容積，初步計算出各分區(qū)低影響開發(fā)設(shè)施的規(guī)模[2]。

a.生態(tài)滯留池的計算

生態(tài)滯留池使用體積法計算單位面積調(diào)蓄容積。由于生態(tài)滯留池屬于滲透功能的設(shè)施，根據(jù)《昆山市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》第5.3條，滲透功能設(shè)施規(guī)模計算公式為：

Vs=V單-Wp

式中Vs——滲透設(shè)施的有效調(diào)蓄容積，包括設(shè)施頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部蓄水空間的容積，m3；

V單——滲透設(shè)施進水量，m3；

Wp——滲透量，m3。

即V單=Vs+Wp

其中，Vs=滯留層體積+滲透層結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙體積

Wp=KJAsTs

式中：K——土壤（滲透層）滲透系數(shù)，100mm/h；

J——水力坡降，一般可取J=1；

As——有效滲透面積，1m2；

Ts——滲透時間，h，指降雨過程中設(shè)施的滲透歷時，一般可取2h。

根據(jù)以上生態(tài)滯留池調(diào)蓄容積計算，可得出單位面積生物滯留池調(diào)蓄容積V單，最后根據(jù)公式S分區(qū)=V分區(qū)/V單，可計算出各海綿分區(qū)生物滯留池規(guī)模。

b.下凹綠地的計算

下凹式綠地屬于可調(diào)蓄的設(shè)施，不考慮綠地的下滲，設(shè)施規(guī)模計算公式：

V單=h

式中V單——單位面積下凹綠地的有效調(diào)蓄容積，m3；

h——下凹綠地的可調(diào)蓄深度，m ；

然后根據(jù)公式S分區(qū)=V分區(qū)/V單，可計算出各海綿分區(qū)下凹綠地的規(guī)模。

4 初步確定個匯水分區(qū)海綿設(shè)施布局

根據(jù)地塊內(nèi)各分區(qū)下墊面的平面布局，結(jié)合景觀設(shè)計合理布置海綿設(shè)施，使其盡可能達到海綿設(shè)施設(shè)計規(guī)模。海綿平面布局如圖3所示：

圖3 海綿布局圖

a. 實際綜合年徑流總量控制率的計算

根據(jù)各分區(qū)下墊面布局及海綿設(shè)施實際規(guī)模，采用容積法計算出各分區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)和實際降雨量，對照統(tǒng)計分析法計算出的年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量的關(guān)系，確定各分區(qū)低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的實際年徑流總量控制率。

地塊實際綜合年徑流總量控制率則可按下式計算：

式中：

Φ總—地塊實際綜合年徑流總量控制率

Φ分—匯水分區(qū)實際年徑流總量控制率

Ψ分—匯水分區(qū)雨量徑流系數(shù)

F分—匯水分區(qū)匯流面積

b.實際綜合SS去除率的計算

根據(jù)各分區(qū)海綿設(shè)施的規(guī)模及平面徑流組織情況，計算出各海綿設(shè)施的匯水面積。各分區(qū)海綿設(shè)施平均SS去除率可按下式計算：

式中：

γ平均—匯水分區(qū)海綿設(shè)施平均SS去除率

γ設(shè)施—海綿設(shè)施徑流污染去除率

F匯—分區(qū)內(nèi)海綿設(shè)施匯水面積

各匯水分區(qū)實際SS去除率則為各分區(qū)海綿設(shè)施平均SS去除率γ平均與各分區(qū)實際年徑流總量控制率Φ分的乘積，即：

式中：

γ分—各分區(qū)實際SS去除率

γ平均—匯水分區(qū)海綿設(shè)施平均SS去除率

Φ分—匯水分區(qū)實際年徑流總量控制率

各分區(qū)實際SS去除率經(jīng)各分區(qū)匯水面積與各分區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)的乘積加權(quán)平均，即為地塊實際綜合SS去除率，即：

式中：

γ總—地塊實際綜合SS去除率

γ分—各分區(qū)實際SS去除率

F分—分區(qū)匯水面積

Ψ分—各分區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)

以下是該項目各匯水分區(qū)海綿各項指標(biāo)計算結(jié)果：

表1 海綿計算表

從上表可以看出地塊實際綜合年徑流總量控制率為≥85%，實際綜合SS去除率為≥70%，達到設(shè)計目標(biāo)。此處需要指出的是，如果實際綜合年徑流總量控制率或?qū)嶋H綜合SS去除率沒有達標(biāo)，則需重新調(diào)整各匯水分區(qū)海綿設(shè)施布局，反復(fù)計算，直至控制指標(biāo)滿足要求。

“海綿城市”在項目設(shè)計中存在的問題：

以上就是“海綿城市”在項目中的具體設(shè)計過程，目前 “海綿城市”理念雖然已廣泛應(yīng)用于項目中，但在實際應(yīng)用中，也存在許多細節(jié)問題。在這里，筆者結(jié)合以往項目經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點問題：

a.由于處于“海綿城市”開發(fā)應(yīng)用早期，沒有一個統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，低影響開發(fā)雨水設(shè)施地方圖集不全。筆者接觸較多的主要是蘇州和昆山的項目，就昆山項目而言，地方圖集相當(dāng)匱乏，導(dǎo)致設(shè)施詳圖不夠精準(zhǔn)[3]。

b.當(dāng)項目地塊內(nèi)設(shè)有雨水回收池時，雨水回收池是否兼做海綿調(diào)蓄設(shè)施使用？筆者參考過好幾個已建成的海綿城市項目，都設(shè)有雨水回收池，并只用于雨水回收。但以上述周市高中項目為例，我們分析整個地塊的徑流雨水流程情況，一部分徑流雨水通過透水鋪裝或綠地下滲到地下補給地下水，另一部分則通過地表徑流或植草溝或明溝轉(zhuǎn)輸至生態(tài)滯留池中，溢流雨水則通過溢流口溢流至地塊雨水管網(wǎng)中，并最終進入雨水回收池?？上攵晁厥粘貙Φ貕K內(nèi)部分徑流雨水也具有調(diào)蓄作用，因此海面積算時，有必要將雨水回收池作為調(diào)蓄池來計算。

c.上述講到雨水回收池可作為調(diào)蓄池來計算，但在實際設(shè)計中，回收池一般設(shè)在地塊內(nèi)雨水管網(wǎng)末端，而在海綿計算中由于各匯水分區(qū)的溢流雨水最終都會流進回收池中，也就是說回收池對有溢流雨水的分區(qū)都具有調(diào)蓄作用，那怎樣將雨水回收池中的調(diào)蓄容積分別計算到各個分區(qū)中去呢？筆者認為可以按如下方法計算：當(dāng)根據(jù)景觀布局確定了各分區(qū)海綿設(shè)施規(guī)模時，分別計算各分區(qū)實際海綿設(shè)施調(diào)蓄容積，當(dāng)實際調(diào)蓄容積沒有達到設(shè)計調(diào)蓄容積時（即有溢流雨水排出），則將兩者之差作為該分區(qū)雨水回收池的實際調(diào)蓄容積。

d.各分區(qū)海綿設(shè)施需要設(shè)計溢流口，以往設(shè)計中，在溢流口計算時采用的匯水面積都是按整個分區(qū)的匯水面積計算，并將計算所得的溢流口個數(shù)平均分配到分區(qū)中各海綿設(shè)施中。筆者認為這樣并不合理，溢流口計算可分為以下兩種情況：（1）當(dāng)匯水分區(qū)中只有一個海綿調(diào)蓄設(shè)施時，溢流口計算中采用的匯水面積可按整個分區(qū)匯水面積計算；（2）當(dāng)匯水分區(qū)中有兩個以上海綿調(diào)蓄設(shè)施時，筆者認為在溢流口計算時，其匯水面積則應(yīng)按各海綿設(shè)施對應(yīng)的匯水面積計算，這樣，各海綿設(shè)施的溢流口個數(shù)更為精確。

5 結(jié)語

“海綿城市”理念應(yīng)用于城市建設(shè)可有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負荷、節(jié)約水資源、保護和改善城市生態(tài)環(huán)境。雖然“海綿城市”在項目設(shè)計應(yīng)用中存在諸多細節(jié)問題，但隨著海綿設(shè)計的不斷完善以及城市建設(shè)的不斷發(fā)展，建設(shè)具有自然積存、自然滲透、自然凈化功能的海綿城市已成為一種趨勢。