海绵城市理念下的老旧建筑小区改造效果评估研究

董 庆 王常才 陈小龙

（安徽交通职业技术学院 安徽 合肥 230051）

0.引言

根据习近平总书记关于“加强海绵城市建设”的讲话精神，以及《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》（国办发〔2015〕75号）等国家法规政策要求，大力推进“海绵城市”建设。近年来，部分一、二线城市在经受短时强降雨或持续较强降雨过程中，多次出现大面积积水与内涝现象，某一线城市在春季的两天内全市平均降雨量达到137 毫米，部分区域最大累计降雨量甚至达到326 毫米，持续的强降雨造成城市下穿桥、市政低洼区等多个区域大面积积水与内涝进一步诱发城市交通拥堵，影响了市民的正常生产、生活，导致了经济财产损失，甚至人员伤亡。当今城市所面临的积水与内涝现象，不仅仅是与全球气候变化有关，也与多年来城市的扩张，地表大面积硬化，忽视自然水文状态，城市防排水设计理念、管理水平与设施落后等因素有密切的关系。在城市现有的条件下，通过海绵城市建设，避免或缓解内涝灾害的发生，保证城市在雨季的正常社会经济活动，当前海绵城市试点建设工作正在稳步推进中。通过低影响开发建设和改造理念，为城市径流和污染控制探索一条新的解决途径[1-2]。

海绵城市建设，重点是通过低影响开发理念，实现雨水源头控制。海绵城市基本的雨水控制单元是城市地块，对于地块径流控制工程，宜优先进行新建地块和道路的设施规划建设。对于存在大量现状建成项目的老城区而言，由于种种客观原因限制而无法顺利进行改造，需结合实施难度和排水区域统一安排。优先对老城区范围内的公园、广场和现状绿地进行改造；其次，对政府大院、医院、学校等公共单位的庭院、屋顶、绿地进行改造；再次，对能够进行改建的住宅小区和城市道路进行改造。住宅小区是最小的改造地块和控制单元，其建设和改造效果对老城区海绵城市改造，提升老城区雨水控制和利用能力，消除暴雨积水具有示范意义。

1.改造方案

现以某城区已建成小区为例，依据其现状探讨利用海绵改造方法及成效。该小区面积约12.5ha，其中建筑物面积4.2ha，绿地面积3.5 ha，道路面积4ha，广场面积0.8ha，地表高程范围为44.5-47.5m。近年来，该小区几乎年年被淹，局部低洼地带积水深度超过0.5m，给小区居民造成较大经济损失，急需海绵改造。

小区实施的改造措施主要有：安装雨水桶收集屋面雨水、改造现有绿地为下凹绿地、改造休闲广场为雨水花园、管道清淤等。考虑到小区建成年代较早，人口车辆密集，为不影响居民正常生活，不对道路进行破坏性改造。拟小区改造4 个措施。（1）雨水桶，104 个雨水桶总调蓄52m3；（2）下凹绿地，下凹绿地平均深度250mm，共改造下凹绿地1ha，调蓄容积 2500m3；（3）雨水花园，雨水花园蓄水深度0.8m，暴雨前可排干，面积0.3ha，调蓄容积 2400m3；（4）管道清淤与改造，对老旧管道进行清淤，跟换破裂、坍塌等问题管道。改造后，该小区总调蓄容积达4952m3，在不考虑外来水量的情况下，控制降雨量达到39.6mm，则此区域年径流总量控制率为百分之八十八，已经超过了城市海绵试点建设年径流总量控制率百分之七十五的目标值。

2.模型构建

传统的排水管网设计理念采用的是推理公式法，其核心是建立在恒定均匀流的基础上，这与现实排水情况有很大的差别，而且推理公式主要考虑洪峰流量问题，对排水系统的超载水量、地面积水过程以及区域管网配合影响缺乏分析，并且，随着工程技术的发展，管渠直径不断放加大，排管设备功率在逐步增加，这就使得排水系统的负荷在逐步递增[3]。种种现象表明，传统的推理公式法对城市规划设计人员科学、合理的制定排水系统方案已经缺乏指导意义，这就迫切的需要找到更加符合实际的排水系统分析模型。美国SWMM（storm water management model） 模型在一维城市排水管网建模应用中有着丰富的实践经验和技术积累，在城市暴雨管理中得到了广泛的应用。但该模型主要关注一维过程，缺乏从二维角度模拟分析地面的淹没过程和通过管道的回水过程。

DigitalWater Simulation 主要针对排水管网一维、二维动态耦合模拟计算，其特点是支持自动生成多类型降雨过程线，同时能实现多情景建模方案对比，对城市排水防涝规划编制起到指导作用。DS 模型在GIS（地理信息系统）技术的基础上，对排水设施和模拟结果进行全方位、多维度、多角度、多视图的可视化分析和展示，弥补了SWMM 在地图显示和结果表达方面的不足，实现了对地表积水过程的模拟计算。

收集整理排水管网数据，其中管线100 条，检查井101 个；收集整理地表土地利用数据，主要土地利用类型为建筑物、道路及公园绿地；划分汇水分区，将研究区划分为96 个子汇水区；利用DigitalWater 构建一维地表汇流与管网输送水力模型。汇水区面积、管线长度、不透水比例等通过GIS 技术获取，模型中下渗、洼蓄、地表糙率等参数参考SWMM 手册和相关文献确定，LID 设施参数按设计参数取值，在此不再赘述[4-7]。根据地形数据（DEM），结合建筑物、绿地、道路等土地利用数据构建二维地表模型，网格大小为3m×3m，构建一维管网与地表二维耦合模型。

住建部《城市排水（雨水）防涝综合规划编制大纲》（建城[2013]98号）新修订《室外排水设计规范》GB50014-2006（2014年版）[8]中关于城市内涝防治标准的要求，确定该区域内涝防治标准为20年一遇。使用暴雨强度公式生成设计重现期为20年，降雨历时2 小时，总降雨量为84mm 的降雨过程曲线，作为模型计算输入的降雨条件，二十年一遇2小时降雨量从0min 至120min，每隔20 分钟采集一次降雨强度分别为 0mm/h、50mm/h、300mm/h、70mm/h、50mm/h、20mm/h、0mm/h。基于上述模型输入条件，进行改造前现状模拟和改造后效果模拟。

3.模拟评估

改造前模拟结果显示，由于降雨强度大、管道淤积、缺乏调蓄、管网排水能力不足等原因，小区排水管网出现多处溢流，造成大范围内涝。在20年一遇降雨条件下，最大内涝水量为2702.6m3，内涝水深＞0.15m的范围为 4788m2，内涝水深＞0.3m 的范围为 2079m2，内涝水深＞0.5m 的范围为549m2，最大淹没深度为0.7m，淹没范围和深度与实际历史记录较为相符。当积水深度大于0.3m 时就会影响车辆行驶，影响居民正常生活，需要重点关注。

在相同降雨条件下，海绵设计改造后，基本能消除小区内涝。改造后小区最大内涝水量为278.3m3，淹没水深不超过0.15m，最大淹没深度仅为0.11m，不形成内涝，对居民正常生活和财产安全不构成威胁，基本无风险。改造前后模拟结果统计详见表1。

表1 模拟结果统计表Tab.1 Results of the projects

由表1 可知：小区海绵改造后，相对于改造前内涝水量消减了89.7%，＞0.15m 的淹没范围减少了100%，最大淹没水深0.1m 左右。改造方案起到了很好的雨水控制作用，基本消除了内涝风险。

4.总结

经过合理的海绵设计改造后，妥善的改变了建筑小区原有的大范围内涝现象。海绵设计改造可以通过合理布置雨水桶来收集屋面雨水；利用小区绿地下沉式设计，有效的实现对雨水的调蓄、下渗、净化；建筑小区公共广场等区域结合景观喷泉水池等设施，综合处理集中雨水的调蓄、净化和利用。人行道采用透水铺装，道路绿化带建设为生物滞留带，可有效消纳和净化路面雨水。具体措施需结合改造环境和条件优化选择，多种低影响开发措施的有效组合，对建筑小区进行海绵城市改造，能有效控制降雨径流，消除内涝积水风险。总之，建立在小区公共区域的雨水综合处置设施即有利于减少和消除城市建筑小区积水、内涝现象的发生，也使得过量的雨水不至于直接排除到城市下水道，有效的减轻城市雨水管网的高峰压力，保护城市环境，缓解交通拥堵现象。