海绵城市设计中雨水收集池设计的一些总结

徐炜栋

摘要：本文结合某商业综合体项目海绵城市设计，对雨水收集池的容积计算及布置原则等设计要点进行总结，以供参考。

关键词：海绵城市;径流控制率;雨水收集池;溢流设施

1 概述

近些年来，为缓解城市内涝，减轻市政雨水管的排水压力，很多地区的施工图设计中都有海绵城市的设计要求。海绵城市采取屋顶绿化、透水铺装、下凹式绿地、雨水收集利用设施等措施，使建筑与小区具备对雨水的吸纳、蓄滞和缓释作用，有效控制雨水径流。本文以山西省晋中市的一个城市综合体项目为工程实例，总结了海绵城市设计特别是其中雨水收集池设计的一些要点，为设计人员提供参考。

2 项目概况

本工程位于晋中市榆次区，是集住宅、大型购物中心、商业街、酒店、公寓为一体的城市综合体项目，总建筑面积约31万m2，总用地约48703m2。本工程包含一个满铺地下室，共地下三层，范围基本占据了整个地块，地下室边界距用地红线只有3～5m的间距。对于海绵城市设计而言，为避免次生灾害发生，雨水收集池或调蓄池应优先设在室外覆土内，不宜设于地下室，但本工程室外覆土没有足够空间可设置埋地式的雨水收集处理设施或雨水调蓄池。

3 当地海綿城市设计指标

3.1 本工程海绵城市指标

3.2 年径流总量控制率对应的设计降雨量值

3.3 其他要求

当地政府明文规定每万平米开发用地应配建不小于150立方雨水调蓄设施。

4 本工程海绵城市设计

4.1 确定雨水收集池的容积

首先需根据总图或建筑专业提供的各个地面种类的面积计算出综合径流系统，再根据总图或建筑专业提供的下凹绿地等调蓄设施的面积和深度计算出这些设施的调蓄容积，最后将总的调蓄容积减去下凹绿地等调蓄设施的调蓄容积即为雨水收集池或调蓄池的容积。为满足当地海绵城市设计指标，本工程的各项面积指标及径流系数计算如表3所示。

根据内插法计算，本工程年径流总量控制率80%对应的降雨量值为19.2mm。本地块需控制的雨水径流量V=10HψA=10*19.2*0.61*48703/10000=570.40m3，同时根据当地政府规定，每万平米开发用地应配建不小于150立方的雨水调蓄设施，即150*48703/10000=730.55m3。按两个要求中的高标准执行，即本地块需控制的雨水径流量为730.55m3。

本地块下凹绿地为3896.24m2，下凹深度150mm，有效蓄水深度100mm，下凹绿地总蓄水容积为389.62m3。雨水收集池或调蓄池需储存的雨水总容积为730.55-389.62=340.93m3。

需要特别指出，按上述方法计算雨水收集池或调蓄池总容积的前提是下凹绿地能够收集到与其蓄水深度100mm相对应的雨水，能够充分发挥下凹绿地的调蓄作用。所以设计时需要采取对应的措施将道路甚至屋面雨水引入下凹绿地，如不能保证下凹绿地收集到足够的水量，则应将雨水收集池或调蓄池放大，保证这些调蓄设施的总容积可以达到总的调蓄量要求。

4.2 确定雨水收集方案

雨水收集池或调蓄池的位置一般需靠近市政雨水接口，如果一个项目有多个雨水接口，需考虑每个雨水接口承接的雨水管是否可引入同一个雨水收集池，如果难以实现，可根据具体情况设置两个或以上的雨水收集池或调蓄池。雨水收集池或调蓄池应靠外墙布置，同时尽量少占用车位及地下商业的面积。

本工程雨水共有2个市政排出口，针对本工程特点，进行了三种不同的海绵城市调蓄设施组合。方案一：下凹绿地+1个雨水收集池+1套处理回用设施。方案二：下凹绿地+2个雨水收集池+2套处理回用设施。方案三：下凹绿地+1个雨水收集池+1套处理回用设施+1个雨水调蓄池。方案比选如表4所示。

表4 调蓄设施组合方案比选表

方案内容 方案一：下凹绿地+1个雨水收集池+1套处理回用设施 方案二：下凹绿地+2个雨水收集池+2套处理回用设施 方案三：下凹绿地+1个雨水收集池+1套处理回用设施+1个雨水调蓄池

雨水收集池或调蓄池设置位置 1个雨水收集池距2个市政排出口均较近，保证场地所有雨水都能接入 2个雨水收集池分别靠近2个市政排出口 1个雨水收集池和1个雨水调蓄池分别靠近2个市政排出口

优点 雨水收集回用量大，后期可用于绿化浇灌、车库地坪和场地冲洗，后期用水成本低 与方案一类似 雨水收集回用量较方案一和方案二少，后期绿化浇灌、车库地坪和场地冲洗的用水成本较方案一和方案二高

缺点 初期水池和回用设备投资较大 与方案一相比，由于设施分成了2套，初期水池和回用设备投资更大 由于其中1个雨水调蓄池不配置水处理设施，初期投资相对方案一和方案二少

设计难点 需规划一块较大的面积，同时要尽量减小对商业和车位的影响 与方案一相比，一整片面积分成了2块面积，相对更易实现 与方案一和方案二相比，不仅设施分成了两块，而且其中一块不需要水处理设施，最容易实现

本工程地下车库面积87927.0m2，绿化面积（包括屋顶绿化）11819.9m2，道路及场地面积18171.1m2，每年用水天数绿化按150次计，道路场地按30次计，地下车库按4次计，一年总用水量约5300m3。本工程所在地年平均降雨量418～483mm，年径流总量为48703*0.55*（418～483）/1000=11197～12938m3， 年径流总量控制率为80%时所有调蓄设施能收集的雨水总量为8958～10350m3，根据前文计算的下凹绿地总蓄水容积与雨水收集池或调蓄池总容积的比例（389.62/340.93）可知：雨水收集池或调蓄池收集雨水的总容积占调蓄总量的47%。即使不考虑初期弃流和每月雨量不均匀等因素，雨水收集池可以收集并处理回用的最大容积不会超过4210～4865m3，说明雨水收集池收集到的雨量可以全部被处理回用。考虑后期的运营成本，初定海绵城市调蓄设施采用方案一：下凹绿地+1个雨水收集池+1套处理回用设施。

结合2个市政雨水接口的位置，本工程在地下一层设置1个雨水收集池（总容积约350m3）和对应的水处理回用机房及设施，位置位于2个雨水接口之间，距离2个雨水接口均较近，且设置在地下商业和车位难以利用的区域。

4.3 雨水收集处理设施设计要点

在建筑地下室设置的雨水收集池不同于其他水池。一般水池的溢流装置和人孔都是设置在机房内，如进水阀出现故障，只要泵房内集水坑潜水泵的排水流量大于進水管的流量，可通过潜水泵将溢流的水排至室外。而雨水收集池的溢流量极大，以本工程为例，如遇五年一遇的大雨，降雨历时取15min，径流系数为0.61，整个地块的雨水流量会达到660L/s，此时如果雨水收集池水位较高同时室外的控制器发生故障无法关闭水池进水管阀门时，雨水收集池将会发生溢流。如果溢流设施设在机房内，660L/s的溢流量会通过溢流斗和侧壁人孔溢到机房内，一般工程设计中很难配置如此大流量的潜水泵及对应的集水坑。一旦溢流的雨水漫出机房，容易产生次生灾害，会有整个地下室被淹的风险。所以建议雨水收集池在机房内不设置溢流管及人孔，溢流管宜设置在室外，直接接入下游雨水井，同时设置报警装置，而人孔宜设在室外地坪，所以雨水收集池必须有一块区域在地上建筑的轮廓线以外，用于在室外地坪设置人孔。针对这种做法，当极端情况发生时，整个雨水收集池可能都会被雨水充满，所以结构荷载的计算，最不利水深不是水池底到溢流水位的高度，而是水池底到室外地坪的高度。

5 结语

雨水收集池的容积应根据当地海绵城市设计要求、项目场地下凹绿地等其他调蓄设施的容积综合考虑。如需充分利用下凹绿地等设施的调蓄容积，则需采取相应措施将道路等其他区域的雨水引入下凹绿地，保证下凹绿地的有效蓄水深度能够被充分利用。

雨水收集池容积大，一般可根据项目情况确定设在室外埋地还是设在建筑地下室内。如设在地下室，对建筑布局影响大，应根据市政接口资料合理布置水池及机房的位置，尽量降低对地下商业及车位的影响。同时其容积宜结合水处理后用作绿化浇灌、车库冲洗、场地及道路冲洗的水量综合确定。

如雨水收集池设在地下室，为防止设备发生故障时溢流雨水淹没地下室，雨水收集池不宜在机房内的一侧池壁设置人孔及溢流设施，人孔宜设在室外地坪，溢流管宜设在外墙一侧池壁。同时结构荷载应考虑最不利情况下的水深。