文/北京清控人居環(huán)境研究院 郭慧慧

0 引言

近年來許多城市都面臨內(nèi)澇頻發(fā)、徑流污染及雨水資源大量流失等問題，在城市建設(shè)中構(gòu)建完善的雨洪管理系統(tǒng)刻不容緩。2013年12月12日，中央城鎮(zhèn)化工作會議上提出，要建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”，國家要大力推進海綿城市建設(shè)試點工作。其中，低影響開發(fā)（Low Impact Development，LID）作為海綿城市建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，指通過在城市中建設(shè)植草溝、雨水花園、透水鋪裝等基礎(chǔ)設(shè)施來滯蓄、凈化、回用雨水，最后剩余部分徑流通過管網(wǎng)、泵站外排，從而有效提高城市排水系統(tǒng)標(biāo)準，緩減城市內(nèi)澇壓力。

然而，“海綿體”在實際應(yīng)用中對降雨徑流削減效果如何？本文選取國家首批海綿城市建設(shè)試點城市某典型海綿改造項目（某住宅小區(qū)）為研究對象，通過對其2018年降雨日的排口流量數(shù)據(jù)、對應(yīng)降雨量及小區(qū)具體情況綜合分析，評估海綿改造后住宅小區(qū)的徑流控制效果，同時分析項目徑流控制率與降雨量及降雨強度的關(guān)系，為我國海綿城市的推廣提供數(shù)據(jù)支持。

1 住宅小區(qū)海綿改造概況

本小區(qū)中所進行的海綿改造項目包括：將老年及兒童活動場地改為透水鋪裝，小區(qū)干道加鋪透水瀝青路面，路側(cè)修建植草溝，混接排水管道進行雨污分流改造，修建地下雨水調(diào)蓄池，將原有小區(qū)內(nèi)的景觀水池升級改造為雨水調(diào)蓄池等。

經(jīng)過海綿改造后的小區(qū)雨水排放主要路線如圖1所示。

圖1 海綿改造后的小區(qū)雨水排放路線

1)多層建筑屋面雨水通過雨落管斷接后接入滲透邊溝過濾，凈化后導(dǎo)入景觀雨水調(diào)蓄池，高層建筑屋面雨水?dāng)嘟雍筮M入地下蓄水模塊儲存滲透。

2)地面徑流進入路側(cè)滲透邊溝后，導(dǎo)入小區(qū)景觀生態(tài)水池加以利用。

3)室外全透水鋪裝改造，實現(xiàn)小雨不積水（見圖2，3）。

圖2 海綿改造前的宅間場地

圖3 海綿改造后的宅間場地

2 項目徑流控制率

式中，α為項目徑流控制率（%）；Ri 為場次降雨累計降雨監(jiān)測量（mm）；A為項目總面積（hm2）；Q1為降雨時所對應(yīng)的項目排口監(jiān)測點的總累計流量（m3）。

按照上述公式，基于場次降雨的累計降雨量，對應(yīng)時間段內(nèi)的各排口總流量及項目面積對項目的徑流控制效果進行評估。

3 監(jiān)測方法及數(shù)據(jù)分析

3.1 監(jiān)測方法

3.1.1 監(jiān)測儀器

監(jiān)測儀器采用北京清控人居研究院自主研發(fā)的Smart Water智能在線監(jiān)測流量計，主要由傳感器、主機及中繼器組成，采用速度面積法監(jiān)測實時流量。其中速度測量使用多普勒超聲波測量原理，最大監(jiān)測流速為9m/s；液位測量使用壓力或超聲波測量原理，最大監(jiān)測液位為10m。

監(jiān)測主機裝置利用傳感器對監(jiān)測點進行在線持續(xù)監(jiān)測，獲得連續(xù)液位、流速的基礎(chǔ)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并按照可變化的智能傳輸時間間隔將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)測中繼器裝置。監(jiān)測中繼器裝置接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過GPRS通信網(wǎng)絡(luò)或其他無線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)中心。

數(shù)據(jù)中心為具有獨立因特網(wǎng)IP地址的云服務(wù)器主機或獨立計算機的數(shù)據(jù)服務(wù)器。它接收并解析監(jiān)測數(shù)據(jù)，將其存入數(shù)據(jù)庫；結(jié)合管道截面對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，計算出流量并在配套的監(jiān)測平臺上展示；同時，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，動態(tài)發(fā)布報警信息。

3.1.2 布點原則

在住宅小區(qū)雨水管道接市政雨水管網(wǎng)處安裝在線流量監(jiān)測儀。本項目共布設(shè)2臺在線流量監(jiān)測儀。

雨量計采用項目所在區(qū)域所屬的雨量計。

3.2 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.2.1 項目徑流控制效果評估

將2018年統(tǒng)計到的場次降雨按降雨量大小進行編號，分別計算每場降雨的雨強（降雨強度=降雨量/降雨歷時）與項目徑流控制率（見表1）。

2018年度共采集有效降雨59場，由表1可知：降雨范圍為2～144mm，此住宅小區(qū)的徑流控制率為82.506%～100.000%，尤其面對年度強降雨（＞25mm）時，小區(qū)徑流控制率也在90%以上。由此可見，經(jīng)海綿改造后的居民小區(qū)對降雨徑流的削減效果明顯，雨水通過下滲、蓄滯等能實現(xiàn)源頭控制，減少市政排水管道壓力。

表1 場次降雨量與項目徑流控制率

續(xù)表

3.2.2 降雨量、雨強與項目徑流控制率的關(guān)系

降雨量與項目徑流控制率的關(guān)系如圖4所示。

隨著降雨量逐漸增大，海綿建設(shè)項目的徑流控制率呈降低趨勢。但并非與降雨量的增大呈規(guī)律性降低，而是具有明顯的上下起伏，說明降雨量并不是影響項目徑流控制率的唯一關(guān)鍵因素。

雨強與項目徑流控制率的關(guān)系如圖5所示。由圖5可以看出，在降雨量達到一定量時，項目徑流控制率和降雨雨強具有顯著關(guān)系。當(dāng)降雨量處于2.0～10.8mm時，無論雨強多大，項目徑流控制率都為100%，當(dāng)降雨量大于10.8mm時，降雨雨強增大時對應(yīng)的項目徑流控制率呈一定程度降低，降雨雨強的變化趨勢與徑流控制率的變化趨勢基本吻合。如表2所示，選取降雨量一致的每2場降雨進行對比，分析降雨雨強對項目徑流控制率的影響。

如圖6所示，項目徑流控制率并未隨著降雨量的逐漸升高而呈下降趨勢，而與雨強的上下起伏趨勢相吻合，說明在一定范圍內(nèi)，隨著降雨量的逐漸增大，雨強較降雨量對項目徑流控制率的影響占重要地位。

圖4 場次降雨量與項目徑流控制率關(guān)系

圖5 場次降雨雨強與項目徑流控制率關(guān)系

表2 降雨量一致場次的降雨數(shù)據(jù)

圖6 降雨量一致的4組場次降雨雨強與項目徑流控制率關(guān)系

分析編號為50和51的場次降雨，2場降雨的雨量分別為25.2，25.4mm，降雨量基本一致。在認定降雨量相同情況下，編號50的場次降雨雨強為2.046mm/h，項目實際徑流控制率為98.916%； 而編號51的場次降雨雨強為4.704mm/h，項目實際徑流控制率為94.221%，降雨雨強增加1.299倍，項目徑流控制率降低4.7%。

4 結(jié)語

本文選取海綿城市試點中某海綿改造住宅小區(qū)為研究對象，以2018年整年為監(jiān)測期，對其出口流量及降雨進行在線監(jiān)測，進而評估經(jīng)海綿改造后的住宅小區(qū)對雨水徑流的實際削減效果。

計算分析得知，經(jīng)海綿改造的住宅小區(qū)對雨水實際截留效果顯著，在海綿設(shè)施生態(tài)水池、透水鋪裝及植草溝等作用下，該住宅小區(qū)在應(yīng)對年度2～144mm的降雨中，項目徑流控制率為82.5%～100.0%，尤其是在應(yīng)對強降雨（＞25mm）時，其對雨水的徑流控制率在90%以上，滿足海綿城市建設(shè)要求。

分析59場降雨中降雨量及雨強與項目徑流控制率的關(guān)系，結(jié)果表明隨著降雨量的增大，小區(qū)徑流控制率呈下降趨勢，但降雨量并非是影響項目徑流控制率的唯一關(guān)鍵因素。當(dāng)降雨量達到一定量時，雨強對項目徑流控制率產(chǎn)生重要影響，相同降雨量下，雨強越大則項目徑流控制率越小。選取編號50，51的2場降雨進行分析，對于相同雨量的2場降雨，當(dāng)雨強增加1.299倍時，項目徑流控制率下降4.7%。降雨量較小時，雨量并未超出海綿改造項目的基本蓄滯標(biāo)準，故其下滲與蓄滯能力受降雨強度的影響較小。但隨著降雨量的增大，雨量超過住宅小區(qū)內(nèi)海綿設(shè)施的基本蓄滯能力時，就需一定時間才能下滲。在降雨強度較大情況下，雨水下滲、蓄滯的速度低于降雨強度，導(dǎo)致海綿設(shè)施對雨水的控制效果變差，徑流控制率變低。因此，在海綿城市改造建設(shè)中，不僅應(yīng)考慮降雨量對項目徑流控制率的影響，也要考慮海綿設(shè)施對雨水蓄滯、下滲的效率，以應(yīng)對不同強度的降雨，從而指導(dǎo)今后的海綿城市建設(shè)。