重庆市建筑小区海绵城市设计方法研究

陈雪，吴天顺

（中煤科工重庆设计研究院(集团)有限公司，重庆 400016）

0 引言

近年来，随着我国城镇化建设不断加快，雨洪问题越来越突出，例如城市下垫面的不透水率增加，自然地面比例逐渐减小，雨水径流量增大等，加大了排水管网系统的压力，加剧了城市暴雨内涝的产生，地面污染物随地表径流进入自然水体造成了严重的面源污染[1]。为此，全国各地积极推进海绵城市建设，力求解决水生态与城市发展的矛盾。

目前，重庆市已陆续推出了适合本地的海绵城市设计导则、规范、图集，要求各项目在设计阶段就应重视雨洪问题，加强雨洪管理。本文结合各地已建、在建项目的设计经验，对典型的建筑小区项目海绵城市设计过程进行详细剖析，为海绵城市的设计及计算提供理论和实践参考。

1 项目概况

1.1 工程基本情况

项目总用地面积22520.08m2，总建筑面积121084.32m2，总计容建筑面积99679.43m2，主要包含高层住宅、商业、地下车库等。根据海绵城市专项规划要求，该地块年径流总量控制率不低于80%，年径流污染去除率不低于50%。项目总平面布置见图1。

图1 项目总平面

1.2 降雨条件及降雨特征

项目所在位置属亚热带温湿季风气候区，气象条件具有空气湿润、春早夏长、冬暖多雾、秋雨连绵的特点，年无霜期349d左右。

降水量：多年平均降水量1082.6mm左右，降雨多集中在5—9月，期间降雨量最高达746.1mm左右；日最大降雨量206.60mm（2007年7月17日，115年一遇），日降雨量大于25mm以上的大暴雨日数占全年降雨日数的62%左右，小时最大降雨量可达62.1mm。

根据重庆市各区县24h暴雨雨型分区表，该工程所在区域暴雨雨型属于1区，雨峰位于中间靠前，雨型急促，短时易形成暴雨或强降雨[2]，设计暴雨过程如图2所示。

图2 设计暴雨过程

1.3 工程地质条件

项目所在地位于重庆主城南部，距离长江支流仅1.3km，地块四周市政道路路网成熟，地下管网齐全，运行良好。

1.3.1 地形地貌

场地属剥蚀丘陵地貌，拟建场地北侧、西侧、南侧为市政道路，东侧为已平场场地，拟建场地已完成平场，场地内地形坡角＜5°。场地及附近北侧最高标高265.0m，西南最低标高251.50m，相差13.50m，与场地四周道路及其他场地高差小于3m。

1.3.2 地质构造

场地位于大盛场向斜东翼,在场外北侧斜坡上测岩层产状：倾向245°∠20°～30°，场地优势倾角25°，呈单斜产出，层面结合很差，有泥化夹层，为软弱结构面。

1.3.3 地层岩性

根据现场调查及区域地质资料分析，场地内未见断层及活动性大断裂通过，地质构造简单。据地面调查和钻探揭示，场地覆盖层为素填土，下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩。

1.3.4 水文地质条件

场地地下水主要赋存于土层孔隙和基岩风化网状裂隙中，按含水介质可分为基岩裂隙水和松散堆积层孔隙水两种类型。

（1）基岩裂隙水

场地泥岩为隔水层，砂岩为相对透水层，基岩裂隙水主要赋存于近地表强风化带，主要受大气降水补给，降水多以地表径流形式运移，对裂隙水的补给微弱。裂隙水具有就地补给、就近排泄、径流途径短的特点，从高处往低处地段排泄流出场区或汇集于低洼地带，水量小，受气象因素影响变化明显。

（2）松散堆积层孔隙水

场地松散堆积层孔隙水主要由大气降水的渗透补给，雨季时地表水下渗将形成松散土层孔隙水，由高往低排泄流出场区或汇集于低洼地带。

（3）地下水的补给、迳流及排泄条件

场地总体地势由北侧向南侧缓倾，地形条件有利于水体的自然排泄。岩土体中的地下水主要接受大气降水与地表积水的补给，水量与季节有关，大气降水、地表水及地下水多沿坡面或基岩面向东侧地势低洼地段排泄，地下水补给条件差，径流及排泄条件较好。

1.4 海绵技术适宜性分析

项目所在区域第四系覆盖层厚度较小，地势北高南低，降雨雨型急促，容易形成地表径流，为加强地下水的补给，应在海绵设施上加强渗透措施，形成雨水就地消纳与区外转输相结合[3]。

2 海绵城市设计

2.1 设计流程

年径流总量控制率的计算是一个试算过程，首先拟定各汇水分区的年径流总量控制率，然后进行加权计算，满足要求即得出结果，不满足要求则需重新拟定各汇水分区的年径流总量控制率，直至达到指标要求。最后应根据各汇水分区的年径流总量控制率计算调控容积，确定LID设施规模。

2.2 计算方法

年径流污染控制率的计算在《指南》中也有介绍：“城市径流污染物中，SS往往与其他污染物指标具有一定的相关性，因此，采用SS作为径流污染物控制指标，各分区年SS总量去除率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS的平均去除率。城市或开发区域年SS总量去除率，可通过不同区域、地块的年SS总量去除率经年径流总量（年均降雨量×综合雨量径流系数×汇水面积）加权平均计算得出。”[4]

《低标》中各个汇水分区年径流污染去除率按式（1）进行计算[2]：

式中：PZ——汇水分区年径流污染去除率；PW——汇水分区LID设施污染物去除率（以SS计）；PT——汇水分区年径流总量控制率。

该计算方法与《指南》中的计算方法一致，但对于项目年径流污染总量去除率的计算，《低标》则以“各汇水分区面积×雨量径流系数×径流污染浓度”的占比为权重进行计算[2]，其中径流污染浓度可实测而得，也可采用《低标》中附录所列数据。

《指南》与《低标》所列的项目年径流污染总量去除率的计算方法较为复杂，而参考《导则》计算示例，年径流污染总量去除率仍采用各汇水分区面积占比作为权重进行计算[5]，此方法简单，容易理解和掌握，故项目采用《导则》中的方法计算年径流污染去除率。

2.3 海绵城市建设前下垫面分析

该项目在海绵城市建设前，根据重庆市地方标准《居住建筑节能65%（绿色建筑）设计标准》（DBJ50-071—2020）（以下简称《绿建》）中第6.1.3条“场地应有效组织雨水的下渗、滞蓄或再利用，实施外排总量控制；场地年径流总量控制率有规划要求时，不低于所在区域海绵城市专项规划的要求；无规划要求时，不应低于55%”[6]的要求，确定项目室外场地除绿地以外大量区域采用透水铺装，并在部分商业屋面设置绿色屋顶，各项下垫面计算指标见表1。

表1 海绵城市建设前下垫面情况

项目在海绵城市建设前场地年径流总量控制率为1-φ=56%，满足《绿建》指标要求，但不满足海绵城市专项规划年径流总量控制率不低于80%的指标要求，因此项目需要进行海绵城市专项设计。

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2.4 汇水分区划分

地块所在区域北高南低，东高西低，周边市政道路规划齐全，规划道路上均设有市政雨水管网，不考虑外部雨水汇入本地块内部进行转输外排。根据场地平面及竖向布置、雨水径流方向，以及市政雨水管网接口情况，将地块内部分隔成6个汇水分区，汇水分区划分见图3。

图3 汇水分区

2.5 LID设施控制容积计算

根据项目特点，确定LID雨水系统流程（图4）。

图4 LID雨水系统流程

以单个汇水分区为例，每个汇水分区可分解为LID设施控制区域、自然受控区域以及不受控区域三种。其中，LID设施控制区域为通过排水沟、植草沟或地面径流，使覆盖范围内的雨水能有效汇入LID设施中进行容积调控的区域（该项目容积调控主要采用雨水花园实现）；自然受控区包括绿地、绿色屋顶以及透水铺装，该部分产生的径流应为自然消纳后的超标雨水，无需再进行容积调控，直接排至小区雨水管网即可，同时绿地、绿色屋顶以及透水铺装也具备去除径流污染的功能；不受控区域主要为因客观原因无法有效收集雨水或收集困难的区域，该部分产生的径流雨水直接排入小区雨水管网中，未进行容积调控。

在每个汇水分区内预先布置雨水花园，并进行试算，最后得到满足指标要求的设计成果，详细计算见表2。

表2 LID设施控制容积计算明细

雨水花园下渗量按式（2）进行计算[3]：

式中：WP——渗透量（m3）；K——渗透系数 （m/s），取K=0.00001（m/s）；J——水力坡降，一般可取J=1；AS——有效渗透面积（m2），按雨水花园水平投影面积简化计算；tS——渗透时间（s），指降雨过程中设施的渗透历时，一般取2h。

经计算，项目的径流控制容积V=235.62m3，雨水花园可蓄水容积（含2h下渗量）VLID=237.43m3，VLID＞V，达到了径流控制容积要求。

年径流总量控制率计算见表3，年径流污染去除率计算见表4。

表3 年径流总量控制率

表4 年径流污染去除率

经计算，该项目年径流总量控制率为80.63%，年径流污染物去除率为55.58%，满足规划指标年径流总量控制率不低于80%和污染物去除率不低于50%的指标要求。

2.6 雨水花园设施布局

在确定每个汇水分区内雨水花园大小之后，应在平面中进行合理布局，使其控制区域内的雨水有效汇入设施中。硬化屋面的雨水可通过在建筑周边设置排水沟，将雨水转输进入雨水花园，同时，部分硬化路面也可通过路边的开孔路缘石排入排水沟或植草沟中，最后进入雨水花园。

雨水花园应布置在汇水区域内地势较低的位置，便于雨水重力流进入。在高层建筑旁设置雨水花园时还应考虑消防扑救面的影响，保证消防车扑救。雨水花园中雨水入渗影响建筑物或道路基础时，应考虑设置防渗层。此外，室外地下构筑物、综合管网附属设施均应同雨水花园的平面、竖向进行协调，综合考虑。雨水花园的渗排管以及溢流管排出口标高应满足雨水自流进入周边雨水管网，并与雨水管网管顶平接的要求。

由于雨水花园服务范围包括部分硬化路面,在硬化路面上设置的雨水口应保证径流雨水先汇集进入雨水花园，超标雨水再排入传统雨排水设施中。雨水花园布置见图5。

图5 雨水花园布置

3 结论

建筑小区项目通过海绵城市建设加强雨洪管理，源头减排效果显著。LID设施形式多样，在海绵城市设计中可采用多种LID设施组合，以达到年径流总量控制率的目标。其中，为降低工程投资及运行费用，减少维护成本，无地下构筑物、无能耗的LID设施组合是项目中最常用的手段之一。本文主要将雨水花园作为主要的雨水调蓄设施，流程较为简单，工程投资增长幅度小，不仅设计人员容易掌握，建设方也较为容易接受，可为同类项目的海绵城市设计提供参考。