英国排水理念对中国海绵城市建设的启示

马广超

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

2015年10月，国务院办公厅印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，部署推进海绵城市建设-低影响开发雨水系统构建工作，确定了海绵城市建设目标，要求各地海绵城市建设要尽量减少城市开发建设对生态环境的影响。学习国外海绵城市建设经验，有利于我们更好的推进海绵城市建设。本文将介绍分析英国可持续发展排水系统建设的经验，并以此为鉴对中国海绵城市建设提出启示。

1 海绵城市建设项目要求

海绵城市建设的重要文件《海绵城市建设技术指南》强调要构建低影响开发雨水系统，径流峰值控制是低影响开发雨水系统的重要目标[1]。DB 11/T 1743-2020《海绵城市设计标准》关于径流峰值控制的第4.2.6条规定，在雨水管渠及内涝防治设计重现期下，项目的外排水总量不大于建设前的水平，并满足已建成城区的外排雨水流量径流系数不大于0.5；新开发区域外排雨水流量径流系数不大于 0.4[2]。DB 11/T 1575-2018《专用排水设施技术规范》第6.5.2条也有类似规定。关于径流峰值控制的规定是新项目开发启动前排水评估和规划的重要依据。在英国等发达国家所有的项目开发时也都有类似的要求，而且要严格执行。

2 英国可持续发展排水系统的依据

在英国，所有新建和改造项目无论面积大小，都要遵守政府颁布的《可持续发展排水系统手册》即《The SuDS manual》(Sustainable Drainage Systems)[3]，在项目开发前都要向政府有关部门提供这个项目的排水战略报告(Site Drainage Strategy)， 若报告不被通过，项目就不能进一步开展。

项目业主通常会委托设计咨询公司评估项目可预见的开发和维护风险，并提供避免、减小风险的设计方案及说明风险处理后项目开发是否仍然遗留问题的报告。

可持续发展排水系统要求从开发项目相关的出水口河道水体、开发区流域范围、过境流量和邻近地块等影响排水的4个方面评估开发项目的排水战略报告[4]。排水战略报告中最重要的是要保证新建和改造项目流域范围内在雨水管渠及内涝防治设计重现期下，项目的外排水总量不大于建设前的水平，也是英国政府CfSH(Code for Sustainable Homes)强制要求(Ensure that run-off rates and annual volumes of run-off post development will be no greater than the previous conditions for the site.)[4]。

开发项目如果要向市政管道系统排水，就必须向政府有关部门提交申请资料，证明此开发项目的排水设计符合当地的规划，开发项目的排水系统、排水量和水质符合可持续发展排水系统的要求。

可持续发展排水战略报告首先是要分析对比项目开发前后，项目占地范围内地面径流系数的变化，以及开发后，开发区域的外排水总量是否比原来开发前大。

3 英国可持续发展排水系统情况

以一个英国开发项目为实例，了解到英国排水系统的具体设置理念和要求。历史上这个项目地块在1969年第一次开发，最后一次开发这个项目地块用于住宅建设和住宅停车场，现在这个地块要拆除进行重新开发，新建办公楼和办公楼停车场，项目开发前政府要求项目开发业主要作排水战略报告。

报告中第一步，作区域分析，分析开发前后开发地块内地面径流系数的变化即地面透水性的变化，根据勘测资料和开发规划，开发前透水面积10 184 m2，不透水面积8 136 m2；开发后透水面积7 768 m2，不透水面积10 552 m2；开发后不透水面积增加2 416 m2。

第二步，最大径流量评估，项目开发后的径流量不能大于开发前的径流量，在英国径流量按1到100年重现期进行校核；最大径流量评估还要校核因气候变化造成的径流量增加量，英国标准，按30%的最大径流增加量计算因气候变化的径流增加量。

第三步，计算由于不透水面积的增加造成的排水流量的增加量，英国按100年重现期计算排水流量，按《可持续发展排水系统手册》的流量计算公式[3]：

Vol=RD·A·10(0.8PIMP/100-SPR)

(1)

式中：Vol为排水体积，m3；RD为100年重现期的6h降雨量，mm；A为不透水面积，hm2；PIMP为不透水面积占总面积的百分比，%；SPR为和土壤类型相关的系数，本项目取值SPR=0.45。

根据上面公式(1)计算结果，开发前这个项目的不透水区域排水量 为164.8m3。开发后这个项目的不透水区域排水量Vol为276.8m3。

从计算结果可知，开发后这个项目地域范围内的不透水区域排水量比开发前多112.0m3。

这个项目开发后的排水量比开发前大，不符合《可持续发展排水系统手册》的要求。为满足《可持续发展排水系统手册》要求，须采取符合可持续发展排水系统要求的技术措施。为减少开发后的排水量，可采用渗透塘、渗透池、蓄水池、调节塘、调节池等设施。其中选渗水设施前先要作项目地域范围内的土壤渗透性测试，这个项目地域范围内的土壤渗透性测试结果不能满足排水渗透设施的渗水性要求，故渗透塘、渗透池等渗透性排水构筑物不能满足要求；经过对开发项目内可使用地面和可选择的调节池计算分析，结果显示建合适的调节池可减少开发区域的外排水总量，满足《可持续发展排水系统手册》要求。

根据这个项目现场实际情况，选择在线储存调节池，调节池容积为112.0m3。

调节池选用厂家生产的成品模块调节池，根据开发区地面布局、调节池容积和厂家选型手册等选择合适大小和形状的模块组合调节池。

根据这个项目所选的调节池模块生产厂的厂家资料，每一个调节池模块尺寸长为1m，宽为0.5m，高为0.4m；一个模块可储存水量0.19m3。这个项目根据现场实际可使用的地面，经计算，选调节池长为19m，宽为4m，高为1.6m，模块组合一排8个，按4层叠放，共用608个模块，共可储存水量：

Vstorage=608×0.19=115.52m3可满足调节池计算容积112.0m3。

图1 调节池模块 单位:mm

这个项目所选的是英国典型的调节池，设计安装如图2所示。

图2 调节池安装

调节池前安装泥沙分离器，调节池后安装流量控制器，流量控制器后安装过滤器。泥沙分离器是利用重力截留排水中的沉淀物，过滤器是从排水中过滤掉包括可漂浮的污染物。

泥沙分离器安装在调节池前能有效避免排水管道中的泥沙大量进入调节池造成淤积和堵塞；过滤器安装在项目排水范围末端避免项目开发区域内的排水污染开发区域外下游流域。从上面的泥沙分离器图3和过滤器图4可看到，排水系统上的泥沙分离器和过滤器配合吸泥车维护较为方便，一般要根据安装位置和周围环境结合实测数据确定泥沙分离器和过滤器的维护清理周期，在英国，这些工作通常交给专业维护公司来处理。

图3 泥沙分离器示意

图4 过滤器

流量控制器(vortexflowcontroldevice)，全称是涡轮流量控制器，是英国常用的排水系统流量控制设备，它是将流体力学应用到管网限流技术中的排水设施，是一款先进、方便、基于流体力学计算的厂家生产的流量控制产品，其主要功能是控制流出控制器的排水流量，极少需要维修。

连接调节池下游的流量控制器是保证项目开发区域控制外排流量和消减暴雨峰值的关键设施。一般检查井下游管道的流量随着检查井中水位的升降而不断变化。暴雨来时，上游流量增大，水位上升，下游管道中的流量也随之增大。下面调节池和流量控制器位置示意如图5所示。假如设计水头不能达到调节池顶高程时，调节池无法蓄满水，无法实现调控项目开发区外排雨水流量的作用。

图6是流量控制器水头和流量关系图。

从图6可看出，流出控制器的流量在水头达到流量控制器运行起点后，流量基本不再随水头的增大而变化了，利用流量控制器的这个特性，流量控制器配合流量控制器上游的调节池调节控制暴雨时开发区域的外排雨水流量，消减下游暴雨峰值。

通过一系列设计步骤显示，合理正确的设计可使这个开发项目的排水战略规划符合《可持续发展排水系统手册》的要求。在设计重现期下，项目的外排水总量小于建设开发前的水平这项要求是英国可持续发展排水系统的最根本要求，它也体现了低影响开发雨水系统的根本要求。

图5 调节池和流量控制器位置示意

图6 流量控制器水头和流量关系

英国制定的可持续发展排水系统也符合整个欧盟的项目开发排水要求[3]，美国、澳大利亚、加拿大等发达国家对项目开发排水要求基本与英国的可持续发展排水系统要求一致。

4 结 论

实质上，英国可持续发展排水系统对新建和改造项目的要求与我国海绵城市建设要求是一致的，海绵城市建设基本原则就是低影响开发雨水系统构建的基本原则，低影响开发雨水系统的目标就是要做到径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等不同的控制目标。总结英国可持续发展排水系统建设经验，对我国海绵城市建设的启示主要有以下几点：

(1) 政策方面要完善相关法律建设，建议全面推广DB11/T1743-2020《海绵城市设计标准》关于径流峰值控制的第4.2.6条规定，使海绵城市建设有一个可操作的根本标准。

(2) 设计方面对海绵城市建设采用排水流量控制的方法，设计时借鉴英国可持续发展排水系统建设经验，减小城市排水系统开发时下游管网的管径，消减暴雨影响。

(3) 在海绵城市建设推广时积极引进英国等发达国家的相关技术和管理经验，利用英国排水管网流量控制器、过滤器、模块化渗透池和模块化调节池等排水设施，充分考虑工业化生产和规范化维护管理，实现径流控制、消减暴雨峰值和减少径流污染等目标。

(4) 在实际的项目开发时，借鉴英国可持续发展排水的建设技术和理念，因地制宜的进行项目示范推广，总结经验。

英国可持续发展排水系统以径流峰值控制为基础，通过径流峰值控制同时达到径流总量控制和径流污染控制，在条件符合的基础上再进一步作雨水的资源化利用。英国可持续发展排水系统的控制目标和实施措施及原则对我国海绵城市的建设具有一定的借鉴意义。