对低影响开发设施设计中“容积法”的若干思考

韦 峰，黄 任，陈 海，李彩霞

（南宁市建筑设计院，广西 南宁 530002）

0 引言

南宁市是全国首批海绵城市建设试点城市之一。住建部编制的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（简称《指南》）和南宁市规划管理局编制了《南宁市海绵城市规划设计导则（试行）》（简称《导则》）是南宁市海绵城市建设的主要依据。对广大设计人员来说，《指南》是指导新建、改建、扩建项目配套建设低影响开发设施设计的重要依据。年径流总量控制率是低影响开发设施设计的最重要目标值。低影响开发设施的规模应满足当地规划部门对汇水区域内的年径流总量控制率的要求。容积法是《指南》中计算低影响开发设施的规模的最重要最常用的公式。

1 容积法基本概念和使用方法

容积法是实现径流总量控制的重要方法。在汇水区域综合雨量径流系数确定的情况下，根据年径流总量控制率目标，计算出汇水区域内各低影响开发设施的设计调蓄容积之和，即总调蓄容积（不包括用于削减峰值流量的调节容积），以达到减少外排雨量的目的。容积法的计算公式如下：

式中，V为设计调蓄容积，m3；H为设计降雨量，mm，参照《指南》附录2；φ为综合雨量径流系数，可参照《指南》表4－3进行加权平均计算；F为汇水面积，h m2。

城市年径流总量控制率对应设计降雨量值的确定是通过统计学方法获得。根据中国气象科学数据共享服务网中国地面国际交换站气候资料数据，选取至少近30年（反映长期降雨规律和近年气候变化）日降雨（不包括降雪）资料，扣除≤2 mm降雨事件的降雨量，将降雨量日值按雨量由小到大排序，统计小于某一降雨量的降雨总量（小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量，大于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量，两者累计总和）在总降雨量中的比率，此比率（即年径流总量控制率）对应的降雨量（日值）即为设计降雨量。2015年，南宁市规划管理局在《指南》的基础上编制了《导则》。《导则》中的容积法秉承《指南》思路，并把南宁市的年径流总量控制率对应的设计降雨量表内容深化（依据南宁市1980—2014年降雨资料计算，数据略有差异），作为进一步指导南宁市海绵城市建设规划、设计的依据，如图1所示。

由图1可知，不同年径流总量控制率K对应着不同的设计降雨量H。以南宁市某旧小区为例，假设汇水区域面积F＝2326.44 m2，综合雨量径流系数φ＝0.72，按 K＝80%进行控制，可得 H＝33.4 mm，根据容积法需要另外增加的设计的调蓄容积V＝10 H φ F＝60 m3。假设采用下沉式绿地的调蓄容积V＝60 m3，则该汇水区域面积达到年径流总量控制率80%要求。

图1 南宁市多年平均径流总量控制率与设计降雨量对应关系曲线

2 调蓄容积计算与分析

在《指南》中规定，在计算总调蓄容积时，应符合以下要求。

1）顶部和结构内部有蓄水空间的渗透设施（如复杂型生物滞留设施、渗管／渠等）的渗透量应计入总调蓄容积。

2）调节塘、调节池对径流总量削减没有贡献，其调节容积不应计入总调蓄容积；转输型植草沟、渗管／渠、初期雨水弃流、植被缓冲带、人工土壤渗滤等对径流总量削减贡献较小的设施，其调蓄容积也不计入总调蓄容积。

3）透水铺装和绿色屋顶仅参与综合雨量径流系数的计算，其结构内的空隙容积一般不再计入总调蓄容积。

4）受地形条件、汇水面大小等影响，设施调蓄容积无法发挥径流总量削减作用的设施（如较大面积的下沉式绿地，往往受坡度和汇水面竖向条件限制，实际调蓄容积远远小于其设计调蓄容积），以及无法有效收集汇水面径流雨水的设施具有的调蓄容积不计入总调蓄容积。

仍以上述南宁某旧建筑小区为例，该小区属于南宁市海绵城市示范区的“合流制溢流污染控制与初期雨水污染防治示范区”，根据《南宁市海绵城市示范区控制规划（2015—2020）》（以下简称《控规》）目标，该项目年径流总量控制率不低于35.1%，其对应的降雨量为6.7 mm。按《指南》《导则》的容积法算法结果如表1所示，其中根据容积法反算H＝8.9 mm，由图1可得出年径流总量控制率K＝42.4%，满足《控规》要求。但由于种种原因，小区业主强烈反对设置下沉式绿地。为推进项目改造实施，改为取消下沉式绿地并增加透水铺装的生态停车面积的设计方案。按透水铺装不计算调蓄容积计算，结果如表2所示。

很显然，由表2计算出K等于0，与现实不符，是生搬硬套容积法的结果。由于《指南》《导则》均未对海绵化前的K值有相应的阐述，也缺乏对本案例类似情况的K值分析，导致分歧较大。为简化分析，在此提出一个新的系数 φ’和新的公式。具体如下：

式中，K为年径流总量控制率，%；φ’为年综合雨量径流系数，多年平均径流总量与总雨量的比值。

φ’的计算和准确定义不在本文中展开探讨，在实际项目中，通过容积法等计算或通过竣工后实测出地块的年径流总量控制率为K，则年综合雨量径流系数φ’＝1－K。因此，这个 φ’值是客观存在的，但其概念与综合雨量径流系数φ不同。为简化分析，假设在某种特定情况下，在数值上，汇水区域面积内的综合雨量径流系数φ≈年综合雨量径流系数φ’，此时年径流总量控制率 K1＝1－φ’≈1－φ。用这个方法计算表2案例，K1≈（1－0.72）% ＝28%。在实际工程中，这种计算方法显然是错误的，K1肯定不是最终的K值，但是K1值仍有积极的实际意义。在无法得到真正的 φ’时，K1值仍然是可供参考的一个数据，虽然是低估了项目的实际K值，但至少不会等于0。

表1 仅计算下沉式绿地调蓄容积的容积法

表2 透水铺装不计入调蓄容积的容积法

表3 透水铺装空隙计入调蓄容积的容积法

尽管《指南》不推荐把透水铺装空隙计入其调蓄容积，实际上透水铺装的调蓄能力不小。而《导则》则推荐把透水铺装空隙计入调蓄容积，并建议缺乏资料时透水铺装的孔隙率取0.2～0.3。《建筑与小区雨水利用工程技术规范实施指南》提出，透水砖厚度60 mm，透水砖的孔隙率不小于20%，透水基层按200 mm，孔隙率按30%计算，则总共可容纳72 mm的降雨量。在本案例中，按考虑机动车荷载铺设透水铺装，有60 mm厚透水砖，50 mm厚粗砂干拌，200 mm厚C 20无砂大孔混凝土，150 mm厚级配碎石垫层，总厚度460 mm，按孔隙率20%计算，再考虑透水效果衰退折减，按400 mm厚计算，有效透水厚度h＝0.4×0.2＝0.08 m。本小区的透水铺装的调蓄容积 ＝436.4×0.08＝34.9 m3，K2＝60%。计算结果如表3所示。根据容积法反算H＝16.8 mm，年径流总量控制率K＝60%。表3的计算思路充分挖掘了透水铺装厚度和孔隙率的调蓄能力，等于把径流系数潜能都发挥出来，因此把透水铺装的径流系数按1取值，避免了透水铺装重复参与综合径流计算的贡献，结果合理。

3 结语

为保证良好的年径流总量控制效果，在采用容积法时，应理顺以下关系。

1）汇水区域设计了低影响开发设施后，实际的综合雨量径流系数φ1小于各下垫面汇总的综合雨量径流系数φ。容积法中的综合径流系数是指φ，不是 φ1。

2）在理论上，当φ＝1且 V＝0时，K＝0。实际上，φ＜1，而且 V不等于0，至少 K＝1－φ’≥1－φ。

3）对于新建建筑小区项目，优先采用不计量透水铺装和绿色屋顶调蓄容积的设计思路，这样更能保证良好的控制目标质量；但针对老旧小区的海绵城市改造项目，可充分利用透水铺装和绿色屋顶的调蓄容积，，且在计算调蓄容积时，应避免下垫面径流系数对综合径流系数计算的重复贡献。

海绵城市设计仍处于起步阶段，很多设计思路和实际情况还在磨合中。容积法计算简单、应用广泛。把容积法的一些关系理顺，对指导海绵城市建设规划、设计、施工及验收有重要意义。