广州市海绵城市建设的研究<br/>——以中交四航科技园工程为例

广州市海绵城市建设的研究
——以中交四航科技园工程为例

2023-10-20于海涛

建材与装饰 2023年30期

于海涛

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着城市化进程，城市不透水地面面积增加，使得径流量及径流系数明显提高，对设计洪水过程有明显的放大作用[1]。我国住房城乡建设部借鉴国际成功经验，结合我国国家政策和实践经验发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，推进海绵城市的建设，控制不透水面积比例，维持开发前后水文特征不变。本文介绍中交科技园项目的海绵城市设计思路，分析设计过程中遇到的问题，促进海绵城市建设事业的健康发展。

1 工程概况

中交科技园项目位于广州市白云区，广州白云区位于南亚热带季风气候区，处于北回归线以南，降雨资源丰富，10 年平均降雨量约为1847mm，且降雨主要集中在5—7 月，根据《2022 年度广州市白云区气候公报》，白云区场全年最大日降雨量132.3mm，5 月降雨量为394.2mm，占年降雨量21.5%。

项目用地总面积为12033.57m2，绿地总面积为4212.95m2，绿地率为35.01%，为新建公共建筑。

2 控制目标

根据《广州市建设项目海绵城市建设管控指标分类指引（试行）》中对广州市新建共建海绵城市的设置要求，结合《广州海绵城市专项规划（2016—2030）》中心城区海绵城市建筑管控图中确定年径流总量控制率71%、设计降雨量26.5mm 的要求，确定项目海绵城市的控制指标如表1 所示。

表1 海绵城市控制指标

3 方案设计

项目内包含高层的实验大楼及单层的模型试验展厅两栋单体，具体方案为将屋面雨水消能排至下沉绿地，将道路径流引入周边绿地、透水铺装、下沉式绿地滞留下渗，经海绵设施处理后，在弃流井的处理后进入雨水调蓄池，最终排入市政雨水管网，海绵城市设计系统流程如图1 所示。

图1 海绵城市设计系统流程

绿色屋面是在屋面设置绿被层、基质层、排水层、保护层等，分为简单式绿色屋顶和花园式绿色屋顶，不同分类其基本构造及植物有所不同。当雨水到打绿色屋面，首先被屋面植物截留，下渗入屋面垫层，再缓慢释放至排水系统，超过下渗量的雨水则形成屋面径流，直接排入排水系统。绿色屋面能显著延缓并消减径流峰值，能有效截留屋面径流，并且与前期干燥天数呈显著正相关，与暴雨强度呈负相关[2]。因此在屋面结构承载力允许条件下，设置绿色屋面，有利于提高项目范围径流控制，减少后续海绵设施的负荷。

广义的下沉式绿地指具有一定调蓄容积，可以调蓄和净化径流雨水的绿地。而狭义的下沉式绿地则是由低于周边200mm 的绿地[3]，当雨水进入下沉式绿地后，绿地发挥截留和下渗的功能，当水量超过下渗能力时，雨水在下沉式绿地中积蓄。当水深到达溢流高度后，经绿地溢流雨水口排至雨水管渠。狭义下沉式绿地适用范围广，建设和维护费用低。

本项目在绿地中设置调蓄水深0.1m 的下沉式绿地，屋面雨水经雨水管到达绿地中的消能渗透雨水口，使得屋面雨水进入下沉式绿地，而非直接进入雨水排水管网系统，提高对场地内雨水的滞留利用率。为减少雨水管进入消能渗透雨水口的重力冲击，实验大楼塔楼雨水管排至五层裙楼，再经过裙楼屋面汇水，经雨水管进入消能渗透雨水口。裙楼屋面因雨水量增加，增加了排水立管，虽然增加成本，但是使得雨水更均匀地进入下沉绿地，有利于雨水的下渗和对雨水径流的控制。在路面与下沉绿地边界设置开口路沿石，保证雨水能通过路面或透水混凝土进入下沉绿地，而在道路中减少普通雨水斗的设置，避免雨水直接经雨水斗进入雨水排水系统管网系统。

透水铺装可分为透水砖铺装、透水水泥混凝土铺装和透水沥青混凝土铺装，透水铺装多为多孔结构，使得雨水能通过孔隙下渗至土壤或渗排管。本项目在人行道、室外停车位设置透水铺装。

雨水调蓄池是具有雨水储存功能的集蓄利用设施[3]，通常设置在项目内雨水管网末端，当地表径流进入场地雨水管网后，经过弃流井后进入雨水调蓄池，以起到对雨水量的消减作用，主要包括钢筋混凝土调蓄池、成品玻璃钢调蓄池及塑料模块调蓄池等，也可以在雨水调蓄池基础上增加雨水处理设备，进行雨水回用，促进对雨水资源的利用，实现节约资源的目标。

项目中存在下沉绿地、透水铺装等设施在地下室顶板上方的情况，在海绵设施下设置渗排管以更好地排放海绵设施的渗透排水。海绵设施中雨水的下渗可能对建筑基础造成影响，因此在地下室边线及建筑边线3m 范围内不设置海绵渗透设施。海绵城市最终设计方案可以与园林结合，草木选取应能适应海绵设施中环境，实现美观与实用相结合，可以对雨水花园进行深化设计，增加小桥、渗透塘等园林景观，保证海绵设施再雨水调蓄时也不影响正常使用。

4 指标选用及计算

（1）年径流总量控制率。根据《广州市建设项目海绵城市建设管控指标分类指引（试行）》对各类型下垫面径流系数的取值标准，在项目总平面图中，依照雨水径流方向划分汇水分区，对各海绵设施进行布置，统计各自面积，汇水分区的场地综合径流系数计算如表2所示。

表2 综合径流系数计算

本项目的设计调蓄容积计算公式如式（1）所示。

式中：V设计——设计调蓄容积，m3；H——设计降雨量，mm；φ——综合雨量径流系数；F——汇水面积，hm2。

经计算，汇水分区一设计调蓄容积V1=118.75m3，汇水分区二设计调蓄容积V2=52.75m3，总调蓄容积为171.50m3。项目中设置的海绵设施仅下沉绿地有调蓄容积，下沉深度为0.15m，根据下沉绿地的面积计算现状下沉绿地的实际调蓄容积，跟设计进行对比，如果满足V实际≥V设计，则调蓄容积满足设计要求；如果V设计＜V实际，则应该增加调蓄水深、增大下沉绿地面积、设置其他具备调蓄容积的海绵设施等措施，使得V实际≥V设计，本项目汇水分区一下沉绿地调蓄容积＜设计调蓄容积，需设置雨水调蓄池，调蓄容积计算如表3 所示。

表3 各汇水分区设计调蓄容积与实际调蓄容积

（2）年径流污染削减率。新建项目年径流污染消减率要求达到50%，根据项目各海绵设施的面积及对应固体悬浮物削减率计算平均削减率，年径流污染削减率=年径流总量控制率×低影响开发设施对SS 的平均削减率，计算结果如表4 所示。

表4 年径流污染控制率计算

（3）雨水径流峰值控制计算。建设后的雨水径流量不应大于建设前的雨水径流量，梁小光[4]结合国际经验对雨水径流峰值计算进行了详细总结，依据相关公式计算雨水径流控制峰值容积如表5 所示。

表5 雨水径流控制峰值容积

雨水径流控制峰值容积大于场地内下沉绿地的调蓄容积，需增设60m3的雨水调蓄池。不过根据许文斌等[5]的研究源头全程调蓄、末端全程调蓄、末端脱过调蓄的调蓄效果有所不同，源头全程调蓄所需调蓄容积约为末端全程调蓄的50%，末端脱过调蓄所需调蓄容积约为末端全程调蓄的22%。而下沉绿地应当属于源头全程调蓄，在降雨起始阶段雨水就已经汇入下沉绿地，而非在是降雨开始或降雨量较小的情况下优先排入市政管网。相比之下，雨水调蓄池通常在接入前端设置分流井、弃流井，当水量较少的情况下，雨水会直接排入市政管网，而当雨水量大时才进入调蓄池，充分发挥对雨水的调蓄作用。

（4）单项指标。下沉式绿地率=广义的下沉式绿地面积/绿地总面积=2561.19/4123.89=62.11%＞50%。

透水铺装率=透水地表面积/人行道、室外停车场、步行街、自行车道和建设工程的外部庭院总面积×100%=497.14/575.38=86.45%＞70%。

绿色屋顶率=绿色屋顶面积/建筑屋顶总面积=730.4/4966.07=14.71%＜60%。

可渗透地面率=透水地面面积之/占室外地面总面积=4621.31/7067.50=65.39%＞40%。

渗透排空时间计算公式如式（2）所示。

式中：ts——渗透排空时间，h；Vsj——设施的设计有效调蓄容积，m3；α——综合安全系数，一般取0.5~0.8，取0.7；K——土壤渗透系数，m/s；AS——有效渗透面积，m2。

结合项目详勘报告，项目土质主要是粉质黏土和中粗砂，土壤渗透系数约为0.12m/d，经计算，渗透排空时间为20.57h，满足不超过24h 的要求。

综上所述，除鼓励性指标绿色屋面率不满足要求外，其他指标均满足设计要求。本项目屋面设有高位水箱、光伏发电装置，另有一栋单体为钢结构屋面，限制了屋面绿化的设置，因此，不实现屋面绿化的指标。