居住区海绵城市方案设计方法探讨

高静静

（中机国际工程设计研究院有限责任公司华北分院，天津 300392）

一、居住区海绵城市方案设计的意义

（一）符合和谐社会发展理念

在传统城市建设与改造观念中，缺乏人与自然浑然一体的设计理念。因此，在传统的城市设计与改造过程中，人与自然相对立，改良城市居住环境会大肆侵占自然资源，污染自然环境甚至破坏生态系统。但随着人口密集度越来越高，城市化建设进程受到阻碍，生态环境的破坏与失衡使城市中的污染问题愈加严重，资源枯竭现象日益严峻。只有将人与自然融为一体，从人与自然相协调的角度建设城市，才能使城市建设更科学完善，使城市的建设发展完全符合人们的期待。

（二）缓解资源压力

过度开采及过度使用自然资源，是现阶段自然资源所面临的最严重的问题。人类的发展需要使用自然资源，若不采取适当方式缓解这一主要矛盾，人类未来的发展将无以为继。为缓解资源压力，也为了改进人类的发展，开始尝试使用绿色居住区域的设计理念设计与建设城市，有效缓解了人类与自然间的矛盾。绿色居住区域的设计使用大量的可循环、节能、绿色的新兴材料，能缓解相关资源的使用压力。相比较传统的城市建设，绿色居住区域的城市建设不会过度侵害周围的自然环境及自然资源，还能为自然资源的恢复创造一定的空间与时间，因此，绿色居住区域的设计理念能缓解资源压力。

（三）减少自然灾害，防止内涝

海绵城市在居住区可形成立体的设计空间，从平面到三维，从地面到屋顶。屋顶可建设屋顶花园，收集屋顶雨水，灌溉植物和绿地。地面的雨水也可收集起来进行灌溉或处理后变成生活用水。可在居住区范围内就地消化和利用雨水。因此，海绵城市还可减少自然灾害，防止发生城市内涝。

二、居住区海绵城市方案设计方法

（一）分析项目区海绵城市建设条件

海绵城市建设条件的定性定量分析是开展海绵城市设计的基础性工作和先决条件。除对项目区的范围和面积、区位、交通等基础现状进行分析外，应重点关注对项目区的自然、下垫面条件和雨污管道系统分析。

1.自然条件分析

自然条件应包括降雨、蒸发、竖向、土壤、地下水等。降雨和蒸发资料可通过当地海绵城市专项规划或其他规划获取，有条件地获取当地近30 年连续日降雨序列；借助地理信息系统对项目区的现状竖向分析现状径流特征，现状竖向应将已开展的设计竖向纳入考虑范围，如调整可能性极小的建筑、道路、地下停车场等设施的标高设计；对土壤和地下水水位定量分析是指导项目区选择 LID 设施的基础，可借助项目区或周边的地勘资料分析土壤的渗透性能和地下水位对渗透的影响。根据《海绵型建筑与小区雨水控制及利用》（17S705），雨水入渗设施适用于土壤渗透系数 10-6～10-3m/s 的工程，不适用于湿陷性黄土、膨胀土、高含盐土、永久性冻土土壤。对于土壤渗透性较低的，不宜选择渗透型设施，宜优先选择滞蓄型设施。对南方由于地下水位较高，渗透性能不足的，为提高其渗透性能达到设计目标要求的，可采用渗透性设施，但对其介质进行换填或布置渗排管（穿孔管）等增渗的方式实现。

2.下垫面条件分析

下垫面条件分析主要是对项目区的现状和规划用地进行分析，确定各类用地的面积和占比，并借助数学模型或经验公式法确定径流总量、综合径流系数或现状年径流总量控制率，对有客水进入的，应将客水所汇集区域的径流量纳入项目区径流总量。各用地的径流系数等设计参数可参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》和《室外排水设计规范》（GB50014）中的相关标准执行。

3.雨水管道建设情况分析

雨污管道尤其是雨水管道建设情况是海绵城市设计的重要参考依据。雨水管道分析应对项目区外的市政雨水管建设和规划情况进行分析，新建居住小区内部尽量采用雨污分流制建设，内部雨水管道应接入市政雨水管。对已开展小区内部雨水管设计或建设的，应获取雨水管设计资料，这是确保低影响开发设施溢流口设计与内部雨水管重力接驳的重要依据。

（二）确定项目区的设计目标

新建居住区海绵城市设计目标一般包括年径流总量控制率、年径流污染控制率、雨水资源化利用率等指标。多数城市将年径流总量控制率、年径流污染控制率等作为强制性指标，设计中应优先保证，其他为引导性指标，可根据实际情况适当调整。建设项目的设计指标一般可从项目所在行政区海绵城市专项规划、详细规划、海绵城市系统化方案中获取，按照规划对不同用地或各地块的控制指标获取。对于海绵城市建设较为成熟地区如国家海绵城市试点城市，已将年径流总量控制率等海绵城市建设指标纳入“两证一书”等行政许可发放环节，因此可直接从项目建设规划许可用地条件中获取。

（三）制定设计方案

新建居住区海绵城市设计实现地上和地下、灰色和绿色、景观和功能的有机融合，排水和景观设计专业应同步开展，充分沟通衔接。排水设计重点突出对排水组织和设施规模的确定，景观设计重点突出对各类设施竖向设计的优化调整和植物优化配置。

1.划定排水分区并核算调蓄容积

以现状地形为基础，考虑建筑排水组织，划定排水分区，并可采用容积法或 SWMM 模型核算径流总量，即为设施的总调蓄容积，作为各类设施规模的确定的依据。对照当地年径流总量控制率与设计降雨关系图表确定对应的设计降雨量，简单的可采用容积法公计算设计径流量。

各排水分区内通过合理的竖向设计将雨水引入低处的 LID 设施，分区间通过雨水传输设施（植草沟 / 排水浅沟、连接管等）进行雨水的传输，排放至低处分区LID 设施内，最终溢流至外部的市政管道。径流总量（容积法）计算公式：W=10Ψzc Iy F （1）

式中 W——径流总量（m3）；——雨量综合径流系数；Ψzc——设计降雨量（mm）；F ——汇水面积（hm2）

2.合理设计保障雨水组织排放

雨水组织排放主要通过合理的竖向设计和转输设施来实现。竖向设计主要包括：①结合现状竖向条件，尽量遵循自然排水路径将地面、绿地、屋面的雨水径流自流进入植草沟、雨水花园、生物滞留设施等LID设施；②对LID设施进行竖向设计，既要满足各自的调蓄容积要求还要满足设施间有组织自流；③对没有排水通道或排水通道能力不满足超标准（超设计降雨量）雨水的 LID 设施应设置溢流口，溢流口的竖向应在 LID 设施有效调蓄高度以上，超过滞留能力的溢流至雨水管，碎石蓄水层中设置导流管盲管，盲管接入溢流口就近与雨水井连接。

3.景观优化设计

景观设计重点是对地下景观效果进行优化设计，对设施空间布局、植物配置和竖向设计进行优化：结合景观设计需求，对各类 LID 设施初步布局和竖向设计进一步优化和深化设计，对各类设施的植物优化配置达到良好的景观效果。景观设计应充分结合竖向设计将乔木设置在高处，避开处于低处的LID设施。LID设施区域应加强其植物选择和优化配置，保证在雨期和旱期都有较好的景观效果，优先选择对污染物有一定吸附功能的耐旱耐淹的草本植物，搭配浅水区域的灌木设计，打造植物的层次，改变给排水专业设计景观单调、美观性不足等缺点。

（四）评估核算目标可达性

对设计前后下垫面情况、排水系统、LID 设施等数据进行系统的量化评估，推荐数学模型软件 SWMM 模型，对方案进行目标可达性分析和建设效果评估。如受专业限制不便搭建模型的，可参考《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》容积法公式确定径流总量控制率，并参考各设施对污染的削减情况，加权平均确定综合径流污染控制率。对不满足工程目标要求的设计方案不断优化调整，反复模型校核，进而确定海绵城市建设最佳方案。

结束语

对海绵城市源头减排类项目中新建居住区海绵城市方案设计全流程要点和重点进行了详细阐述，重点对资料和数据的获取和分析、设计目标的确定方法和要求、方案设计的要点和重点、目标可达性分析等内容进行了详细分析。为源头减排类新建居住区海绵城市方案设计提供了明确的技术路线，实现灰绿有机结合，地上与地下有机结合，既满足海绵城市的建设功能要求，又要注重景观设计效果，达到功能和美观并重的目的。