海绵城市理念应用于地下空间综合体的效益分析

□文/杨 建

随着我国城镇化快速发展，公共绿地减少，硬质地面增加，全国范围内海绵体严重不足[1]，导致汛期城市内涝灾害频现，雨水资源流失，地下水位降低，水资源短缺，同时径流污染严重，面源控制较难，水环境恶化[2]。为优化城市建设，改善以上问题，国务院提出建设“海绵城市”的概念，同时相继出台一系列政策法规推进海绵城市建设。此外，住房和城乡建设部在总结国外实践经验的基础上，针对我国实际情况发布了《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（以下简称为《指南》），全国30个城市在相关部门的支持下开展了海绵城市建设试点。

海绵城市能够产生多方面的效益，西咸新区沣西新城海绵城市建设完成后，党菲[4]利用建设效益货币化方法测算海绵城市建设的效益，结果显示，试点区总面积为22.5 km2，产生的总效益为5 098.58 万元/a，其中经济效益1 897.16万元/a，社会效益61.11万元/a，生态效益3 140.31万元/a。固原市玫瑰苑小区进行海绵化改造后，通过节约城市排水设施费用、自来水费，产生直接经济效益约7.41万元/a，同时可固碳8.18 t/a，释氧6.31 t/a，吸收二氧化硫50.73 kg/a[5]。可以看到，海绵城市不但节约成本，产生经济效益，带来的生态效益也十分可观。

国外非常重视类似中国“海绵城市”的构建。美国最先提出低影响开发理念（LID），将其作为政府处理社会发展和生态保护的重要措施，提出在排放源头控制雨水，强调人工排水系统在建设过程中应尽量拟合自然界水文环境[6]。英国推广一种新型排水理念，即可持续排水系统（SUDS），强调通过源头径流削减技术和一系列收集、调蓄、处理地表径流技术，以削减径流量并控制径流污染，同时将上述设计提前纳入城市规划设计中[7]。德国提出分散式雨水管理理念（DRSM），对降水在城市生态系统中的作用有较早的认识和研究且在绿色屋顶、生物渗透、透水路面和雨水回用等代表性技术方面有广泛应用[8]。

本文以某城市地下空间综合体项目为依托，结合海绵城市建设的设计要求和思路，运用各种低影响开发设施，解决城市发展过程中所需要面临的水生态、水资源、水环境和水安全等问题。

1 工程概况

项目所在地属北温带大陆性季风气候，温度适中、季节特点明显，春季呈现干旱少雨的特点，夏季表现炎热多雨，平均降雨量640.9 mm/a，区域季汛期内涝现象突出。项目是以高铁站为中心，东侧方向延伸出的一条绿廊。A区、B区、C区为项目主体部分，D1区、D2 区、D3 区、D4 区分布四周。A 区、B 区、C 区内人行步道桥在负一层、地面层和地上一层上下穿梭，形成“流动体”，D 区四个分区均布置下沉广场，景观总面积约24万m2。见图1。

图1 景观设计范围

2 设计方案

2.1 设计目标

1）年径流总量控制率＞75%（设计降雨量为22 mm）。

2）硬化面积配建调蓄面积≥25 m3/km2。

3）雨水综合径流系数＜0.5。

2.2 海绵城市方案设计

通过人行步道桥将建筑空间和景观空间进行连接，形成立体的景观通廊，打造成为一个有机的、立体的、连续的综合体，在满足高铁站广场人流、车流、物流的同时，为都市人提供多元化的活动场所，引领新型都市生活方式，提升城市的魅力。见图2。

采用绿色屋顶，设置植草沟和雨水管渠，将雨水引入场地内的集中调蓄设施。路面雨水汇入道路绿化带及周边绿地内的低影响开发设施，通过设施内溢流排放系统与城市雨水管渠系统、超标雨水径流排放系统相衔接。绿道利用透水性铺装以及雨水收集系统，实现工程范围内雨水就地消纳和吸收。自然形成或人工挖掘的浅凹绿地，被用于汇聚并吸收来自地面的雨水，通过植物、沙土的综合作用使雨水得到净化，使之逐渐渗入土壤，涵养地下水。见图3。

图2 景观设计

图3 海绵设施设计

项目被市政道路划分为7个汇水分区，各分区海绵设施设置及汇水面积，见表1。确定各类地面雨量径流系数取值，然后进行加权平均，从而得出全区域综合雨量径流系数为0.35＜0.5，满足海绵设计目标要求。见表2。

表1 各分区海绵设施设置及汇水面积

表2 各分区汇水面积及径流系数

根据《指南》中我国大陆地区年径流总量控制率分区图，项目所在地控制率在70%～85%。依据新开发区域的海绵城市建设要求，年径流总量控制率≥75%[9]，对应的设计降雨量为22.0 mm。

海绵城市雨水调蓄池是为了设置雨水的暂存空间来满足雨水利用的要求，待降雨结束后将雨水净化并利用。

式中：V——设计调蓄容积，m3；

H——设计降雨量，为22 mm；

φ——综合雨量径流系数，本项目加权平均计算后为0.35；

F——汇水面积，为24 hm2。

根据式（1），得出需设计调蓄容积1 848 m3；根据每千平方米硬化面积配建调蓄面积≥25 m3，得出需设计调蓄容积2 988.3 m3；实际设计调蓄容积为3 573.9 m3，满足海绵设计目标要求。

3 海绵技术应用的效益分析

3.1 海绵技术应用前后的技术评价

项目位于高铁站东侧，两侧集枢纽型商务、商贸、物流、居住中心为一体，建成后人流活动加剧，径流污染对水环境质量的影响逐渐增大，建设地点下垫面硬化，雨水径流系数增大，从而加大雨水管道设计流量。区域内绿地，需要定期浇灌，需水量比较大。

应用海绵技术后，利用雨水花园、生物滞留区、渗沟、透水铺装的空间和路径，滞留雨水，减小径流系数，延缓汇水时间，降低汇水速度，从而降低排入周边市政雨水管网的雨水量。经过海绵设施的净化，降低径流污染，减少对周边水环境质量的影响。设置的调蓄池可储存雨水，经净化处理用于景观绿化浇灌，从而减少绿化浇灌需水量。

3.2 节约城市设施排水产生的效益

通过设置海绵设施，不仅使自身雨水不外排，同时周围不透水地面的雨水也能迅速汇集。通过对城市雨水径流的污染控制、利用或渗透处理，每年市政管网排放雨水量减少，市政管网的压力相应减轻，建设维护费用也随之节省[10～11]。

式中:A1——节约城市排水设施的费用，元；

M1——管网运行费用，结合实际情况，取0.08元/m3；

V1——海绵化建设减少的雨水外排体积，m3。

式中：H2——郑州市年平均降雨量，640.9 mm。

式中：φ1——设置海绵设施前的综合雨量径流系数，经计算，为0.65；

φ2——设置海绵设施后的综合雨量径流系数，即0.35。

利用海绵设施所减少的雨水排放量为46 145 m3/a，节约城市排水设施的费用为0.37万元/a。

3.3 节水产生的效益

节水产生的经济效益

式中：A2——节水产生的经济效益，元；

M2——每水造成的经济损失[11]，取5.48元/m3；

V2——节水量，m3。

建设海绵设施后，所减少的雨水排放体积为323 982.6m3/a，经计算可得节水产生的经济效益为177.5万元/a。

3.4 其他效益

在建设海绵城市的过程中，景观绿地面积增加1.37×105m2，绿地每年能够吸收二氧化硫1 t/hm2，吸收二氧化碳2.805 t/ hm2，释放氧气2.025 t/ hm2，减尘9.75 t/hm2。根据碳排放交易及污染物排放交易权的市场价格，可带来的效益共693万元/a。

绿色植物具有优秀的保健作用，居住人员的发病率因良好的景观绿化而减少，按照按每人次节约医疗费用100 元、周边商住受益人数每年15 万人计算，节约的医疗费用共计500万元/a。

4 结论

1）结合工程实际情况，合理设置海绵措施，结合“渗、滞、蓄、净、用、排”等技术应用，展现基于“海绵城市”理念的地下空间综合利用工程。对项目所在地而言，实现修复城市自然生态本底，是解决城市内涝、雨水收集利用、水体污染治理、防洪减灾等问题的有效途径，是创造智慧城市、园林城市、生态城市、宜居城市、国际旅游城市的需要，也是城市可持续发展的必然选择。

2）合理控制场地年径流总量控制率，实现场地雨水的良性循环，使雨水径流控制率满足要求，达到75%，综合雨量径流系数降至0.35，达到设计目标。海绵化设计后可在节约城市排水设施费用、节水方面产生良好效益，可产生直接经济效益约25.7万元/a，按海绵设施有效期25 a计算，可节约成本642万元。