浅议绿色基础设施海绵城市建设——以长春市天安第一城海绵城市专项为例

隋 欣，石生民，于 博

（1 青岛理工大学，山东青岛 266033；2 四川大学工程设计研究院有限公司）

1 海绵城市建设目标及原则

1.1 设计目标

综合考虑设施效果、运行性能、建设与运营维护成本、生态景观效益等因素，形成集科学性、可行性、经济性为一体海绵城市规划方案。

1.2 最终目标

通过应用生态可持续的雨洪管理以及雨水利用设施，达到降低成本、提高效能、实现可持续发展、节约再利用的意图和目标。

可以有效地去除地表径流中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子等有害物质；亦可通过滞蓄削减洪峰流量、减少雨水对外排放，保护地下管道、构筑物和水环境；减小水流速度，降低雨水对土壤的侵蚀，加快生境的恢复与复原等；通过对雨水的滞留吸纳，补充地下水源；通过适当的植物配置，创建能够为昆虫与鸟类提供良好栖息环境的雨水花园，给人以新的景观感知与视觉感受，调节环境中空气的湿度与温度，改善小气候环境。

1.3 主要原则

海绵城市建设应该遵循生态优先等原则，将自然途径与人工措施相结合，在确保城市排水防涝安全的前提下，最大限制地实现雨水在城市区域的积存、渗透和净化，促进雨水资源利用和生态环境保护。①生态型设施优先；②使用低影响开发设施，对不透水地面进行分隔；③结合气候条件，考虑冬季影响因素；④雨水调蓄以先利用绿地为主。

2 天安第一城海绵城市专项

2.1 项目概况

项目位于吉林省长春市朝阳区，规模约为5.5309hm2，气候在东部湿润的山地与西部半干旱的平原区之间的过渡带，属温带大陆性湿润气候类型。气候总的特点是春季干旱多风，夏季温暖短促，秋季晴朗温差大，冬季严寒漫长。长春市年平均降水量600～700mm，雨季月平均降水量141.4mm，每年7、8月份为雨季。

2.2 设计条件分析

2.2.1 区域分析。该项目东侧和南侧为市政道路、北侧小区内园路、西侧设有围墙，无客水进入，自成一个独立的汇水分区（图1 左）。

2.2.2 总体竖向情况。整体地势南高北低，高差约11.7m，东高西低，高差为10.7m（图1 中）。

2.2.3 下垫面情况。该小区总建筑用地面积为55308.8m2，其中：硬质屋顶面积为14113m2，绿化面积为18682.9m2，不透水铺装面积为17343.9m2，透水铺装面积为5169m2（图1 右）。

图1 小区外围排水关系、总体竖向关系、小区下垫面分布图（作者自绘）

2.3 海绵城市改造方案及实施

2.3.1 结合项目主要需求。为了更好地实现雨水花园雨水回收再利用的意义，结合土壤渗透性的大小，优先选择雨水渗透为主的工程技术，如打造下沉式绿地，建造雨水花园，铺设渗管、渗井等，根据设计范围整体的汇水情况，将各种汇水装置通过集中与分散的方式布置，对设计场地内雨水进行汇集。

图2 汇水分区绘制图、现状雨水流向及汇水分区图（作者自绘）

结合规划地下车库轮廓，考虑蓄水模块摆放合理位置。由于设计地块内纵向坡度高差较大，雨水流速较快，所以需要对场地内屋顶以及道路上的雨水设置横向截水沟来进行截流，达到将雨水有效地引入绿地调蓄设施的目的。

根据场地具体情况设置雨水收集回收利用设施，如雨水桶、雨水收集池等，用于规划区内水景补给绿地浇灌，以此减少自来水用量。

根据项目具体情况，考虑选择路沿石开口、雨落管断接、绿化地形改造等技术。

2.3.2 设计布局及计算方法。（1）划分汇水分区：综合分析本小区地形图，依据现状地形标高，经现场核算，详细划分汇水分区，分区域进行控制。步骤如下：①利用甲方提供CAD 地形图，现场核实标高后，选取小区内所有局部高点并标注在图上；②根据建筑物屋面形式及落雨管位置，将屋脊线或屋面分水线标注在图上；③将图上标注的点和线连接形成封闭的汇水分区线。

如图2 左所示，该汇水分区线通过将屋面分水线、截水沟、路沿石及局部高点连接为闭合线，其他汇水分区也利用此方法完成绘制，最终将本小区详细划分为27 个汇水分区（图2 中、右）。

（2）计算汇水分区设计调蓄容积：依据绘制的汇水分区图以及每个汇水分区的下垫面情况，根据《海绵城市建设技术指南》中的容积法计算各个汇水分区设计调蓄容积。计算公式如下：

式中：V——设计调蓄容积，m3；H——设计降雨量，mm；φ——综合雨量径流系数；F——汇水面积，hm2。

下面以14 号、17 号汇水分区为例进行详细步骤解析：

（1）两汇水分区的基本情况：14 号汇水分区与17号汇水分区位于小区的中上游，主要由建筑、绿地、不透水铺装、透水铺装组成下垫面。

图3 14 号和17 号汇水分区雨水流向图（作者自绘）

（2）确定设计降雨量H：设计降雨量可依据图4 查得，暂定本小区年径流总量控制率为75%，其设计降雨量为16.5mm。

（3）计算分区汇水面积F：依据如下步骤计算14 号及17 号分区汇水面积，求得表1 所示两分区各类汇水面面积及分区总汇水面积，其中14 号分区汇水面积为4649.4m2，17 号分区汇水面积为4759.9m2。

图4 本小区年径流总量控制率与设计降雨量关系图（自绘）

表1 14 号和17 号汇水分区各类汇水面统计表 单位：m2

（4）计算综合雨量径流系数φ：本小区选取各类汇水面的雨量径流系数时，都考虑了不利的实际因素对其的影响，其中：硬质屋顶和不透水铺装的雨量径流系数取中间值做保守计算；透水铺装取值时，需参考《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）要求，查值明确小区的渗透等级为中等透水，所以确定小区的雨量径流系数为0.2。

选定雨量径流系数取值后，运用加权平均法计算两汇水分区综合雨量径流系数，计算结果如表3 所示，计算公式如下：

式中：φxx——XX 汇水面的雨量径流系数；Fxx——XX 汇水面的面积，m2。

（5）计算14 号和17 号汇水分区的设计调蓄容积V：使用上述过程中分别计算出的14 号和17 号汇水分区的H、φ、F 值，应用公式（1）计算出两汇水分区的设计调蓄容积如表3 所示。

表2 14 号和17 号汇水分区综合雨量径流系数计算表

表3 14 号和17 号汇水分区设计调蓄容积计算表

2.3.3 各汇水分区调蓄容积设计。14 号汇水分区按年径流总量控制率为75%，设计降雨量16.5mm，设计调蓄容积为458.973mm；17 号汇水分区按年径流总量控制率为85%，设计降雨量25.1mm，设计调蓄容积为698.195mm。

3 建设结论

3.1 本案参与绿色建筑评价

绿地中调蓄设施用地比例指的是生物滞留设施、下沉绿地等具备调蓄雨水的功能的水体和绿地的面积之和占绿地的比例。

绿色建筑与小区的绿地中调蓄设施用地比例宜达到30%；绿色建筑与小区若仅采用下沉式绿地，则绿地中调蓄设施用地比例即为下沉式绿地。本研究采用下沉式绿地与蓄水模块相结合的技术措施，调蓄设施用地比例约可达到50%以上，满足评估要求。

新建绿地建筑与小区的透水铺装比例达到50%。本案透水铺装面积6393.51m2，不透水铺装面积4805.56m2，沥青路面采用透水沥青9372.17m2，透水铺装比例达到76.64%，满足评估要求。

3.2 预期环境及收益分析

项目建成以后，大大减少雨水外排量，减少绿化灌溉成本，将在解决项目区域内涝问题、净化水中污染物质、维护园区生态环境的多样性、美化住区环境等方面发挥巨大功效。