沈敏 王沛永 賈?；?陽燁

1 湟水花園現(xiàn)狀豎向及管網(wǎng)圖Vertical and pipe network map of Huangshui Garden

改革開放以來，中國城市建設(shè)取得了飛速發(fā)展，但高強(qiáng)度的開發(fā)，也造成了水文特征的改變和生態(tài)環(huán)境的破壞，導(dǎo)致了水環(huán)境污染等問題，末端治理雨水的傳統(tǒng)城市排水思路已經(jīng)與城市的發(fā)展不相匹配。從海綿城市建設(shè)理念出發(fā)，將末端治理轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸搭^減排，過程控制，系統(tǒng)治理”，其技術(shù)措施由原來的“快排”轉(zhuǎn)化為“滲、滯、蓄、凈、用、排”多種手段。居住用地是城市主要的用地類型，是實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)目標(biāo)的重要載體[1-2]。老舊小區(qū)的海綿化改造具有較大的難度，突出體現(xiàn)在人口密度與建筑密度較高、管網(wǎng)陳舊、配套設(shè)施缺失、可利用的綠地面積較少[3-8]。以往老舊小區(qū)的更新改造大量使用灰色設(shè)施，通過排水管網(wǎng)系統(tǒng)快速解決易澇易堵問題，造成影響面廣、投資大，甚至對老舊小區(qū)現(xiàn)狀摸排不夠準(zhǔn)確，盲目建設(shè)，造成新的問題。西寧市作為第二批海綿試點(diǎn)城市，結(jié)合西北半干旱區(qū)域條件，打破傳統(tǒng)灰色模式治理方式，利用地表組織徑流并結(jié)合低影響開發(fā)設(shè)施，綜合解決老舊小區(qū)雨污合流污染、停車場地及綠化不足等問題，改善人居環(huán)境。筆者以老舊小區(qū)湟水花園的改造過程為例，結(jié)合降雨數(shù)據(jù)及實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，總結(jié)老舊小區(qū)海綿化改造方法，以期為西北半干旱地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供借鑒。

1 現(xiàn)狀基本情況

1.1 項(xiàng)目概況

湟水花園小區(qū)位于試點(diǎn)區(qū)城北區(qū)，按上位規(guī)劃分屬11-2排水分區(qū)，小區(qū)北側(cè)緊鄰海西西路，南側(cè)緊靠湟水河綠道，東與海西干休所相連，西鄰海湖路。小區(qū)于1985年完工，占地面積約為3.13 hm2，小區(qū)居住約610戶，2 100余人。除2棟高層外，其他均為多層建筑。

1.2 自然條件

西寧市屬于大陸性高原半干旱氣候，具有海拔高、氣壓低、太陽輻射強(qiáng)、晝夜溫差大等特點(diǎn)[9]，根據(jù)西寧市降雨量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，市內(nèi)降雨量周期性變化明顯，夏季多發(fā)，年均降雨量410 mm[10]。市區(qū)降雨周期變化明顯，逐年平均降水量最大出現(xiàn)在7—8月；最少為12月，降雨主要集中在汛期5—9月。全年基本以中小雨為主，超過25 mm的年均日降雨量天數(shù)為1.4 d，超過50 mm的年均日降雨量天數(shù)僅為1 d。

表1 小區(qū)下墊面類型及面積Tab. 1 Type and area of underlying surface單位：m2

根據(jù)西寧市氣象局2018年最新編制的《西寧市暴雨強(qiáng)度公式編制與設(shè)計(jì)暴雨雨型分析》，西寧短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨采用120 min芝加哥雨型，雨峰系數(shù)γ=0.2，長歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨采用1 440 min同頻率設(shè)計(jì)雨型，雨峰系數(shù)γ=0.17。降雨多以單一前鋒雨型為主。

1.3 場地條件

1.3.1 地質(zhì)條件

據(jù)小區(qū)巖土工程勘察報(bào)告，地質(zhì)構(gòu)造屬于濕陷性中等偏弱區(qū)，表層土壤構(gòu)造以黃土狀土和粉質(zhì)黏土為主，土壤滲透系數(shù)均大于5×10-6m/s[11]，符合低影響開發(fā)設(shè)施的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.2 豎向與管網(wǎng)條件

小區(qū)整個(gè)地勢東、西方向高于中心區(qū)域，北高南低，在小區(qū)南側(cè)形成最低點(diǎn)，雨季時(shí)容易形成小區(qū)內(nèi)澇積水區(qū)域。綠地、道路雨水徑流以地表漫流的形式匯入主環(huán)路東西兩側(cè)布設(shè)的污水管網(wǎng)，最終接入南側(cè)市政污水管網(wǎng)。場地?zé)o雨水管網(wǎng)，采用雨污合流制排水系統(tǒng)（圖1）。

1.3.3 建筑屋面排水組織

小區(qū)多層建筑屋面排水，均采用雨落管外接就近散排于路面或附近污水管網(wǎng)中，2棟高層建筑屋面雨水使用了建筑內(nèi)排水，直接接入外圍市政雨水管網(wǎng)。

1.3.4 其他條件

小區(qū)環(huán)形道路破損嚴(yán)重，下雨易積水；停車位全部為地上，年久失修，隨著小區(qū)車輛逐年增加，車位嚴(yán)重不足；小區(qū)綠地率為28.75%，在11-2排水分區(qū)中綠地條件相對較好，但植物景觀表現(xiàn)欠佳，居住環(huán)境較差。

2 海綿化改造方案設(shè)計(jì)

2.1 改造目標(biāo)要求

在試點(diǎn)區(qū)《西寧市海綿城市試點(diǎn)區(qū)建設(shè)系統(tǒng)化方案》中，要求本小區(qū)應(yīng)統(tǒng)籌片區(qū)與排水分區(qū)的指標(biāo)控制，結(jié)合場地改造前的各種條件解決小區(qū)雨污合流問題；同時(shí)應(yīng)因地制宜地加大雨水調(diào)蓄，減少雨水外排，起到源頭促滲、截流作用，確定小區(qū)年徑流總量控制率為79.2%（對應(yīng)的設(shè)計(jì)降水量為10.6 mm），年徑流污染物懸浮顆粒物（Suspended Solid，簡稱SS）總量削減率不低于60.3%；削減徑流峰值流量，實(shí)現(xiàn)3年一遇暴雨峰值削減，提高場地排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到50年一遇；完善公共服務(wù)設(shè)施，達(dá)到改善小區(qū)居民生活環(huán)境的目標(biāo)。

2.2 設(shè)計(jì)流程

2.2.1 設(shè)計(jì)總徑流控制量

利用小區(qū)不同類型下墊面的投影面積，分別統(tǒng)計(jì)出小區(qū)下墊面覆蓋情況（表1）。

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》中各類下墊面雨量徑流系數(shù)，采用加權(quán)平均法計(jì)算小區(qū)綜合徑流系數(shù)，得出綜合徑流系數(shù)為0.62，利用容積法，得出本小區(qū)總設(shè)計(jì)雨水控制量為206 m3，公式如下[12]。

式中，V為目標(biāo)調(diào)蓄容積（m3）；H為設(shè)計(jì)降雨量（mm）；Ψ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積（hm2）。

2.2.2 匯水分區(qū)劃分

結(jié)合現(xiàn)場豎向條件，依據(jù)地形及管網(wǎng)布置情況，遵從地表自然匯流原則，對道路關(guān)鍵控制點(diǎn)進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)調(diào)整，使小區(qū)地表徑流組織更加合理、順暢。結(jié)合設(shè)計(jì)后的豎向條件，對小區(qū)進(jìn)行地表匯流的水文分析，將湟水花園小區(qū)分為8個(gè)匯水分區(qū)（圖2，表2），并進(jìn)一步結(jié)合低影響開發(fā)措施的布置，將小區(qū)細(xì)分為85個(gè)排水分區(qū)。

2.2.3 雨水消納技術(shù)流程

2 匯水分區(qū)圖Catchment area map

3 雨水消納技術(shù)流程圖Flow chart of rainwater absorption technology

4 徑流組織及LID設(shè)施布置圖Runoff organization and LID facility layout

表2 匯水分區(qū)Tab. 2 Catchment area

綜合小區(qū)基礎(chǔ)條件，結(jié)合地區(qū)降雨量少且時(shí)空分布不均勻特點(diǎn)，在小區(qū)海綿化建設(shè)中：1）通過銑刨原有破損主道路系統(tǒng)，重新鋪設(shè)瀝青路面，調(diào)整路面標(biāo)高以消除原有道路的內(nèi)澇積水區(qū)域。2）利用鋪裝路面豎向調(diào)整，引導(dǎo)截流雨水，快速進(jìn)入?yún)^(qū)域低影響開發(fā)設(shè)施，封堵雨水進(jìn)入污水管網(wǎng)的通道，改變小區(qū)雨污合流的狀況，實(shí)現(xiàn)地下污水地表雨水的雨污分流模式。3）結(jié)合場地和停車場改造，增加綠地和車位，同時(shí)也使停車場具有調(diào)蓄雨水功能。4）多層建筑雨落管斷接，將屋面雨水通過截流溝、導(dǎo)流管、植草溝等設(shè)施，引導(dǎo)至生態(tài)停車場、下凹綠地、雨水花園中。5）綠地改造中，在原有植物的基礎(chǔ)上，增加當(dāng)?shù)靥厣参铮瑺I造景觀，同時(shí)核心手段是營造植草溝，打通帶狀的疏水通道，與局部管網(wǎng)系統(tǒng)串聯(lián)出整個(gè)小區(qū)的雨水徑流通道，在小區(qū)雨水匯集最低點(diǎn)通過布設(shè)雨水管將超標(biāo)雨水溢流至湟水河，滿足流量控制目標(biāo)（圖3）。

2.2.4 分區(qū)詳細(xì)設(shè)計(jì)

結(jié)合雨水消納技術(shù)流程，著重雨水的“滲、滯、蓄”，在削減徑流量的同時(shí)去除污染物，達(dá)到“多用少排”的目標(biāo)。結(jié)合匯水分區(qū)與排水分區(qū)的分布，在低點(diǎn)布置低影響開發(fā)設(shè)施如雨水花園、下凹綠地等，通過低影響開發(fā)設(shè)施調(diào)蓄雨水；打通圍繞主環(huán)路的帶狀綠地，形成傳遞雨水的植草溝，并與道牙開口相結(jié)合，充分發(fā)揮雨水管網(wǎng)的作用；超量雨水通過小區(qū)末端兩處雨水花園的匯集后，利用埋設(shè)的管網(wǎng)溢流至湟水河。小區(qū)利用地表徑流和管溝組合，最終形成海綿化改造系統(tǒng)（圖4）。

2.2.5 分區(qū)徑流控制計(jì)算

以A、B、C匯水分區(qū)為例詳細(xì)解析分區(qū)徑流的計(jì)算方法。A區(qū)位于西入口，地勢高差大，下墊面主要類型有建筑、道路、硬質(zhì)鋪裝、綠地等，在匯水分區(qū)低點(diǎn)結(jié)合減速帶設(shè)置截流溝，將區(qū)域內(nèi)雨水引入道路南側(cè)綠地雨水花園內(nèi)進(jìn)行凈化和調(diào)蓄，由于A區(qū)綠地空間不足，利用溢流口與其相鄰的C區(qū)串聯(lián)進(jìn)行雨水消納，完成區(qū)域指標(biāo)的消解。

A區(qū)：依據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》，考慮其滲透量的影響，計(jì)算公式如下：

式中，Vs為設(shè)施存水量，V為設(shè)施進(jìn)水量，WP為設(shè)施降雨過程中的入滲量。

該處雨水花園設(shè)計(jì)蓄水深度為0.35 m，有效蓄水面積為22 m2，故雨水花園徑流控制量為V=7.7 m3。降雨期間的土壤滲透量計(jì)算公式如下：

式中，WP為設(shè)施降雨過程中的入滲量（m3）；K為土壤（原土)飽和滲透系數(shù)（m/h）；J為水力坡度，一般取值為1；As為有效滲透面積（m2），按雨水設(shè)施占地面積的35%計(jì)算。ts為降雨過程中的入滲歷時(shí)，可取12 h；因此A區(qū)可實(shí)施控制容積（Vs）為11.15 m3。

C區(qū)：生態(tài)停車場（下凹綠地）上層為蓄水空間，設(shè)計(jì)留有0.06 m的蓄水深度，有效面積按60%計(jì)算，其實(shí)際調(diào)蓄量為70.4 m3。在C區(qū)設(shè)置的導(dǎo)流溝將此區(qū)域斷接的屋面雨水、道路廣場雨水及A區(qū)溢流雨水均引導(dǎo)至生態(tài)停車場，導(dǎo)流溝按3年一遇降雨設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其截面尺寸為200 mm×200 mm。超標(biāo)雨水也利用導(dǎo)流溝傳導(dǎo)至下一個(gè)排水分區(qū)進(jìn)行調(diào)蓄。

B區(qū)：利用道路坡向引導(dǎo)雨水進(jìn)入該區(qū)的生態(tài)停車場（下凹綠地）進(jìn)行調(diào)蓄，其實(shí)際調(diào)蓄量為15 m3，B區(qū)的屋面雨水利用導(dǎo)流溝引至F區(qū)下凹綠地內(nèi)消納。

表3 各分區(qū)徑流控制計(jì)算表Tab. 3 Calculation of runoff control in different catchment divisions

5-1 生態(tài)停車場結(jié)構(gòu)作法（單位：mm）Construction method of ecological parking lot（unit: mm）

5-2 生態(tài)停車場實(shí)施效果Implementation scene of ecological parking lot

對各匯水分區(qū)徑流控制量進(jìn)行計(jì)算（表3）。由于小區(qū)受分區(qū)用地類型和現(xiàn)狀條件的限制，部分低影響開發(fā)設(shè)施徑流控制量不能滿足控制要求。因此沿地表徑流的每個(gè)分區(qū)之間整體協(xié)調(diào)，通過導(dǎo)流溝、植草溝等設(shè)施傳輸至相鄰分區(qū)內(nèi)消納。

對匯水分區(qū)徑流控制量的計(jì)算進(jìn)行達(dá)標(biāo)評估，得到小區(qū)完成指標(biāo)后的綜合徑流系數(shù)為0.595，小區(qū)雨水年徑流總量控制率為80.1%，高于上位規(guī)劃79.2%的年徑流總量控制率指標(biāo)，符合設(shè)計(jì)要求。

3 設(shè)施節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

在湟水花園小區(qū)海綿化改造中，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，針對設(shè)施節(jié)點(diǎn)采用新方法、新工藝，改進(jìn)設(shè)施類型，為海綿指標(biāo)的完成起到了良好的效果。

3.1 生態(tài)停車場

海綿建設(shè)中生態(tài)停車場多為嵌草磚，在本地采用嵌草磚其功效和景觀效果不佳，究其原因嵌草磚底部為不透水的混凝土墊層，種植孔隙土層薄，草坪長勢不佳，加之降雨少缺乏養(yǎng)護(hù)管理，易出現(xiàn)斑禿、塌陷等現(xiàn)象。在生態(tài)停車場設(shè)計(jì)中采用下凹綠地與結(jié)構(gòu)層蓄水相結(jié)合的方式，利用級配砂礫換填整個(gè)停車區(qū)域，碾壓后，停車荷載區(qū)域采用局部混凝土墊層與高強(qiáng)度C30混凝土預(yù)制大板平鋪組成，非荷載區(qū)采用高強(qiáng)度玻璃鋼纖維格柵板下面鋪20 cm的沙土，播種草籽，成型后形成良好的景觀效果。同時(shí)，種植區(qū)利用格柵板60 mm深的空隙調(diào)蓄場地雨水。場地在沙礫層中埋設(shè)盲管與外圍導(dǎo)流溝或?qū)Я鞴芟嗤?，消納道路和屋頂?shù)韧鈬晁甗13]（圖5-1、5-2）。

3.2 雨水花園

雨水花園是海綿城市建設(shè)中的重要低影響開發(fā)設(shè)施，在當(dāng)?shù)氐慕ㄔO(shè)中仍沿用標(biāo)準(zhǔn)做法，改造中對雨水花園的填料層進(jìn)行了適當(dāng)優(yōu)化（圖6-1、6-2）。效果對比，樹枝碎屑與細(xì)沙拌和的填料蓄水效果最好，單位面積調(diào)蓄雨水量增加11%；使用陶?；靥顚拥挠晁▓@蓄水量略高于標(biāo)準(zhǔn)雨水花園，單位面積調(diào)蓄雨水量增加2.2%，但造價(jià)高于標(biāo)準(zhǔn)雨水花園。在雨水花園的建設(shè)中利用本土化的材料優(yōu)化填料材質(zhì)，節(jié)約建設(shè)成本，發(fā)揮更大的雨水調(diào)蓄功能，而不應(yīng)拘泥于雨水花園固化的模式和做法，這也是海綿城市建設(shè)不斷創(chuàng)新發(fā)展的根本。

3.3 截流槽、導(dǎo)流溝（導(dǎo)流管）

針對降雨量特點(diǎn)，采用U型鋼槽（寬6 cm×深3 cm）布設(shè)在低點(diǎn)、道路轉(zhuǎn)彎處等雨水匯集區(qū)域，將雨水進(jìn)行攔截引導(dǎo)進(jìn)入低影響開發(fā)設(shè)施。導(dǎo)流溝（導(dǎo)流管）按3年一遇雨水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，截面尺寸為200 mm×200 mm，采用現(xiàn)澆混凝土與鑄鐵花式篦子相結(jié)合，在地表形成串聯(lián)綠地和穿越道路的雨水連接設(shè)施（圖 7）。

4 植物運(yùn)用

西北半干旱地區(qū)植物種類比其他試點(diǎn)城市少，受降雨量少蒸發(fā)量大的影響，在低影響開發(fā)設(shè)施植物選擇上優(yōu)勢明顯，不必刻意選擇既耐旱又耐澇的植物，針對植物習(xí)性和環(huán)境充分體現(xiàn)當(dāng)?shù)刂参锾厣?，是景觀表現(xiàn)的重點(diǎn)。

4.1 植草溝

圍繞輸水通道植草溝，在植物選擇上放棄管理成本高、養(yǎng)護(hù)代價(jià)大的草坪，采用當(dāng)?shù)刎S富的宿根花卉資源。在覆蓋地面強(qiáng)、管理粗放、生長高度不宜過高、觀賞價(jià)值高、越冬能力強(qiáng)等方面進(jìn)行了選擇，達(dá)到了省工省時(shí)省資金的目標(biāo)，彰顯了地方特色。如C、F匯水分區(qū)寬50 cm的植草溝中栽植鳶尾，植物兩年來表現(xiàn)長勢旺，開花季節(jié)長，除冬灌和春灌外，整個(gè)生長季節(jié)靠雨水滲透，形成了一條靚麗的花帶（圖8）。

4.2 下凹綠地、雨水花園

6-1 雨水花園一做法詳圖（單位：mm）Detailed drawing of rainwater garden I (unit: mm)

6-2 雨水花園二做法詳圖（單位：mm）Detailed drawing of rainwater garden II (unit: mm)

7 截流槽Intercepting channel

8 植草溝實(shí)景Grass-planting ditch

9 雨水花園建成效果Rainwater garden after construction

表4 植物名錄Tab. 4 List of plants

下凹綠地、雨水花園是低影響開發(fā)設(shè)施的重要組成，是小區(qū)景觀提升的核心點(diǎn)。設(shè)計(jì)結(jié)合設(shè)施的自然地形變化，提出“占中、打底、襯邊”的植物配置方法?！罢贾小边\(yùn)用淺根性小喬木山杏、暴馬丁香等，花灌木連翹、小葉丁香等種植于設(shè)施低點(diǎn)區(qū)域，保證了小喬木、花灌木生長的覆土深度要求；“打底”采用當(dāng)?shù)厮薷ɑ茌椴?、景天等成片成區(qū)域種植于低影響開發(fā)設(shè)施中，對裸露土地進(jìn)行了覆蓋，豐富了視覺感受；“襯邊”利用常綠樹如云杉等，在設(shè)施周邊的地形高點(diǎn)成組團(tuán)進(jìn)行配置，形成良好的背景效果，能夠在寒冷的冬季體現(xiàn)不同的植物景觀。樹種選擇適應(yīng)性強(qiáng)，苗源充足，景觀效果好的鄉(xiāng)土樹種，改變當(dāng)?shù)氐陀绊戦_發(fā)設(shè)施中沿用栽植草坪、濕生植物的局限思維，運(yùn)用喬木、灌木、宿根花卉等，打造多品種、多層次的配置方式，形成豐富的景觀效果（表4）。結(jié)合實(shí)踐來看，樹種生長良好，景觀效果明顯。為西北半干旱地區(qū)的低影響開發(fā)設(shè)施植物配植提供了新思路（圖9）。

5 建設(shè)成效

經(jīng)過小區(qū)海綿化改造，通過場地改造和鋪裝路面豎向調(diào)整，增加不同類型的低影響開發(fā)設(shè)施，局部管渠與綠帶結(jié)合的輸水通道，形成完整的地表匯流系統(tǒng)，收集和引導(dǎo)雨水，解決了小區(qū)雨污合流的問題和小區(qū)低點(diǎn)積水問題。項(xiàng)目實(shí)施后改善了人居環(huán)境，增加了停車位等公共設(shè)施，改善出行條件，提高居民生活質(zhì)量，提升了小區(qū)宜居度和整體形象品質(zhì)。通過2018—2019年實(shí)際監(jiān)測的7場降雨驗(yàn)證，海綿化改造后的小區(qū)設(shè)施發(fā)揮了較好的控制作用（表5）。其中2019年6月15日西寧出現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)降雨，日降雨量為25.5 mm，小區(qū)場次徑流控制率達(dá)到81.6%，路面基本無積水。

6 模擬與監(jiān)測績效評估

6.1 模型的建立與模擬

6.1.1 模型構(gòu)建與參數(shù)率定

為了驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)方案的合理性，得到更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)評估分析，則需要進(jìn)一步建立SWMM（Storm Water Management Model）模型。模型劃分了85個(gè)子匯水區(qū)，末端排水口C1、C2共計(jì)2個(gè)，其中A、C、D、G和H匯水區(qū)的雨水排至C1排水口，B、E、F匯水區(qū)的雨水排至C2排水口。

模型的基礎(chǔ)特征參數(shù)通過基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)概化計(jì)算而獲??；設(shè)定的海綿設(shè)施結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)格和試驗(yàn)測定值而設(shè)定（表6）；模型其他參數(shù)需要根據(jù)模型手冊給出的參數(shù)范圍設(shè)定初始值，根據(jù)小區(qū)排放口在2018年8月2日的降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型參數(shù)的調(diào)試及率定（圖10-1、10-2）。模型驗(yàn)證的誤差檢驗(yàn)方法采用納什（Nash-Sutcliffe，簡稱NSE）系數(shù)來評價(jià)模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果的吻合程度，通過小區(qū)排放口在2018年8月20日的降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行模型驗(yàn)證（圖10-3），結(jié)果發(fā)現(xiàn)模擬流量與監(jiān)測結(jié)果吻合程度較高，NSE系數(shù)為0.62，滿足模型參數(shù)率定與驗(yàn)證要求（最低NSE系數(shù)≥0.5）。

表5 湟水花園小區(qū)2018—2019年7場降雨徑流控制效果Tab. 5 Effect of 7 rainfall runoff control in Huangshui Garden community (2018-2019)

表6 小區(qū)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)Tab. 6 Design parameters of sponge facilities in community

10-1 8月2日降雨小區(qū)C1排水口模擬流量與監(jiān)測流量對比曲線圖Comparison curve between simulated discharge and monitored discharge of C1 drainage outlet of rainfall plot on August 2

10-2 8月2日降雨小區(qū)C2排水口模擬流量與監(jiān)測流量對比曲線圖Comparison curve between simulated discharge and monitored discharge at C2 drainage outlet of rainfall plot on August 2

10-3 8月20日降雨小區(qū)C1排水口模擬流量與監(jiān)測流量對比曲線圖Comparison curve between simulated discharge and monitored discharge at C1 drainage outlet of rainfall plot on August 20

水文模型中，透水和不透水地表曼寧粗糙系數(shù)分別選用0.5和0.013，透水和不透水洼蓄量分別選用6.0、1.27 mm，無低洼地不透水區(qū)比例選用25%，管道和明渠曼寧粗糙系數(shù)為0.013和0.025，入滲模型選用Horton模型，最大、最小入滲率分別為40、6 mm/h，衰減系數(shù)為4 h-1，干燥時(shí)間為7 d。匯流模型采用非線性水庫模型，研究區(qū)采用動態(tài)波模擬[14]。6.1.2 年徑流總量控制評估

本研究利用2018年全年降雨監(jiān)測對湟水花園小區(qū)進(jìn)行SWMM模型的長系列連續(xù)模擬，用于評估上述設(shè)計(jì)方案是否滿足設(shè)計(jì)年徑流總量控制率的要求。

采用2018年連續(xù)降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行模型模擬，湟水花園小區(qū)模型模擬結(jié)果顯示：2018年全年降雨總量為449.5 mm，降雨時(shí)段總蒸發(fā)量為96.1 mm，入滲和調(diào)蓄量為274.7 mm，產(chǎn)流量為78.7 mm。由此可知，在2018年連續(xù)降雨模擬下的年均徑流總量控制率為82.5%，能夠達(dá)到79.2%的設(shè)計(jì)年徑流總量控制率指標(biāo)。

6.1.3 徑流峰值控制評估

本研究采用3年一遇重現(xiàn)期下歷時(shí)2 h的短歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨（降雨量20.85 mm），對小區(qū)進(jìn)行改造前后排水口流量的模擬分析，用于評估徑流峰值流量的削減和延長效果[15]。

從模擬結(jié)果可知（圖11、12），在改造前后，C1和C2排水口的產(chǎn)流流量出現(xiàn)了明顯變化，海綿設(shè)施的建設(shè)使得小區(qū)綠地消納雨水的能力增強(qiáng)。在3年一遇降雨條件下，海綿改造前C1和C2排水口的峰值流量分別為295 L/s、159 L/s，峰現(xiàn)時(shí)間分別為第46 min、47 min；而改造后C1和C2排水口的峰值流量分別為165 L/s、78.9 L/s，峰現(xiàn)時(shí)間分別為第51、50 min。因此，小區(qū)海綿改造后，2個(gè)排水口流量峰值分別降低了44.07%、50.38%，峰值時(shí)間延遲了5、3 min，起到了一定的削峰延時(shí)效果。

6.1.4 內(nèi)澇積水控制評估

筆者采用50年一遇重現(xiàn)期下歷時(shí)24 h的長歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨（降雨量53.5 mm），對小區(qū)進(jìn)行改造前后內(nèi)澇積水情況進(jìn)行模擬分析，用于評估超過15 cm深度積水面積的削減程度[16]。

對比分析可知（圖13），在改造前后，場地內(nèi)部內(nèi)澇積水范圍出現(xiàn)了明顯變化，海綿設(shè)施及轉(zhuǎn)輸設(shè)施的建設(shè)使得小區(qū)強(qiáng)降雨條件下排水能力增強(qiáng)。海綿改造前，小區(qū)50年一遇降雨條件下存在較大面積內(nèi)澇積水風(fēng)險(xiǎn)。而改造后相同降雨條件下0.27～0.50 m、0.50～0.70 m、＞0.70 m深度范圍內(nèi)積水面積削減率均為100%，0.15～0.27 m深度范圍積水面積削減率達(dá)到99.9%，小區(qū)基本無內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

7 結(jié)論

湟水花園的小區(qū)海綿化改造項(xiàng)目從2017年開始，截至2018年完成，通過理論模型驗(yàn)證和實(shí)際兩年7場降雨（6.0～25.5 mm）的監(jiān)測檢驗(yàn)，都證明該項(xiàng)目是成功的，尤其是2種來源數(shù)據(jù)相互驗(yàn)證，更增強(qiáng)了項(xiàng)目建設(shè)成效的可信性。

湟水花園小區(qū)海綿化改造的實(shí)現(xiàn)，解決了小區(qū)雨污合流的現(xiàn)象，使以往單一的雨水管網(wǎng)建設(shè)模式得到了改進(jìn)，達(dá)到了老舊小區(qū)改造的目的，為西寧地區(qū)以及其他高海拔半干旱地區(qū)的海綿城市建設(shè)提供了良好的范例，總結(jié)其建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，可以得出：在西北半干旱降雨條件下，結(jié)合場地的豎向與足夠的綠地空間，合理布設(shè)綠地調(diào)蓄雨水，以植草溝代替雨水管網(wǎng)，利用地表組織徑流通過低影響開發(fā)設(shè)施調(diào)蓄雨水，最終以溢流的方式實(shí)現(xiàn)老舊小區(qū)雨污分流是可行的，利用豎向高差引導(dǎo)雨水，節(jié)約管網(wǎng)投資，提升小區(qū)景觀環(huán)境，是可以實(shí)現(xiàn)的。

通過項(xiàng)目實(shí)踐，以增綠為基礎(chǔ)，增加小區(qū)低影響開發(fā)設(shè)施2 883 m2，海綿設(shè)施占地占比9.2%，徑流控制率80.1%。原有總投資為280萬元，改造后，降為250萬元，節(jié)約了資金，采用“截流、引導(dǎo)、蓄存”的方法，恢復(fù)綠色生態(tài)，改善人居環(huán)境，將有限的雨水通過綠地滲透至土壤或在末端的低影響開發(fā)設(shè)施中進(jìn)行合理使用，減少水資源的浪費(fèi)，將集中的降雨曲線衍生為相對平緩的用水曲線，可以在西北半干旱地區(qū)形成以集雨利用為核心的水資源利用系統(tǒng)。

在老舊小區(qū)的海綿城市建設(shè)中，應(yīng)改變僅采用透水磚、透水混凝土等透水材料的單一建設(shè)模式，通過生態(tài)停車場、輕荷載人行鋪裝等新工藝、新做法，既讓雨水充分接觸土壤發(fā)揮調(diào)蓄作用，又實(shí)現(xiàn)設(shè)施的服務(wù)功能。

11 3年一遇重現(xiàn)期下小區(qū)海綿改造前后C1排水口流量對比曲線圖Flow comparison curve of discharge of C1 drainage outlet before and after sponge reconstruction under 3-year recurrence period

12 3年一遇重現(xiàn)期下小區(qū)海綿改造前后C2排水口流量對比曲線圖Flow comparison curve of discharge of C2 drainage outlet before and after sponge reconstruction under 3-year recurrence period

13 改造前后50年一遇內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)積水圖Waterlogging risk ponding map under 50-year recurrence period before and after reconstruction

圖表來源(Sources of Figures and Tables)：

文中圖表均由作者繪制或拍攝。