朱一銘，許麗華，張高鋒，劉慧慧，黃 云，陳鎂芬（.中節(jié)能綠建環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 杭州 300；.中節(jié)能實業(yè)發(fā)展有限公司，浙江 杭州 300）

制約我國城市生態(tài)發(fā)展的核心因素之一是城市雨洪災(zāi)害和水污染管理[1]。其產(chǎn)生的主要原因是城市地表硬質(zhì)鋪裝面積比例急劇增大、雨水下滲量減少、地表徑流增加及市政排水系統(tǒng)的負(fù)荷加重[2－3]。此外，初期雨水中的污染物直接排入水體，使受納水體的水質(zhì)受到極大的威脅[4]。在 20 世紀(jì) 70 年代，國外很多研究就已經(jīng)對準(zhǔn)了大量損失的雨水情況，20 世紀(jì) 80 年代美國專家在雨水花園上提出低影響開發(fā)（Low Impact Design or Develop-ment，LID）設(shè)計理念，這一理念主要就想通過植物自然下滲的辦法讓雨水自然地進(jìn)入地底。2000 年，有相關(guān)研究院出版了對應(yīng)的理論文章，第一次對 LID 進(jìn)行了定義，稱其是一種以保持或再現(xiàn)場地開發(fā)前的水文形態(tài)作為目標(biāo)的一個設(shè)計策略。我國也對 LID 這一技術(shù)進(jìn)行了長時間的研究，并在“2012 低碳城市與區(qū)域發(fā)展科技論壇”中首次提出了“海綿城市”這一概念，即城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市建設(shè)一方面能有效降低城市降雨洪水危害，緩解市政基礎(chǔ)設(shè)施排水壓力；另一方面，還能夠有效凈化處理收集到的雨水資源，實現(xiàn)回收再利用，達(dá)到節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境的目的。

1 海綿城市 LID 技術(shù)

海綿城市 LID 技術(shù)根據(jù)其在雨水控制與管理功能方面的不同，可分為增加雨水滲透量與蒸發(fā)量、削減洪峰流量與徑流量，以及延長峰現(xiàn)時間 3 方面[5]。

1.1 增加雨水滲透量與蒸發(fā)量

傳統(tǒng)城市場地開發(fā)以“灰色設(shè)施”為主，增加了不透水地表的面積，改變原有場地的水文條件，導(dǎo)致場地蒸發(fā)滲透徑流比例發(fā)生重大改變，蒸發(fā)蒸騰量與滲透量降低，地表徑流量增加。徑流系數(shù)變大，蒸發(fā)蒸騰量與滲透量下降，最終形成大面積地表徑流，一旦超過城市排水系統(tǒng)負(fù)荷就會導(dǎo)致城市內(nèi)澇。海綿城市 LID 技術(shù)有較多技術(shù)可以在源頭就復(fù)原其三者比例，特別是增加滲透量，如雨水花園、下凹式綠地、生態(tài)樹池等。在有湖泊、河流、濕地等景觀水體的場地，合理規(guī)劃雨水徑流路線，使雨水流入湖泊、河流等，以增加滲透量。還有透水鋪裝、植草磚等可增加道路底部的雨水滲透量。

LID 中的設(shè)施有很多具有增加蒸發(fā)的性能。主要可分為 3 種：第 1 種利用植被來增加蒸發(fā)量，如下凹式綠地、綠色屋頂、植草溝等；第 2 種表面有蓄水水面，如景觀水景、濕地、干塘濕塘等；第 3 種采用多孔設(shè)備，如透水磚、透水混凝土等。

1.2 削減洪峰流量與徑流總量

通過在場地開發(fā)規(guī)劃階段就加入海綿城市 LID 技術(shù)，對場地雨水徑流路徑進(jìn)行合理設(shè)計，在不影響場地使用功能的前提下減少各雨水匯集集中程度，使雨水分散地匯入，增加雨水流經(jīng)時間，從而降低洪峰流量。LID 技術(shù)中生物滯留池、下凹式綠地和透水鋪裝可以明顯削減洪峰流量。

在削減雨水徑流量方面，幾乎所有 LID 設(shè)施均具備這個功能。其可分為 3 種：第 1 種包括雨水花園、低綠地、生態(tài)樹池等，主要儲存雨水使其下滲來實現(xiàn)；第 2 種如砂濾池、透水鋪裝等，主要通過增加滲透型來降低地表徑流量；第 3 種包括蓄水模塊、調(diào)蓄池等，是通過將雨水儲存起來不排放或少排放的形式來達(dá)到減少徑流量的目的。

1.3 延長峰現(xiàn)時間

植草溝、滲透盲溝等 LID 設(shè)施均是利用延長地表徑流通路來延長匯流時間，從而延長峰現(xiàn)時間。植草溝，不僅可以代替部分雨水傳輸管道，同時還可以通過植物及土壤等對水體進(jìn)行凈化去污，達(dá)到雨水利用和面源污染控制的雙重目的。

2 工程實例

2.1 工程介紹

昆山低碳主題公園 B 2 地塊辦公項目距離昆山中心區(qū) 5～6 Km，總用地面積 91 455.10 m2，總建筑面積 104 141.86 m2，綠地率達(dá)到 35.01%，共有兩期。本次研究對象為二期，該區(qū)域由 58 幢 3 層辦公樓組成，總用地面積為 63 017.73 m2，總建筑面積為 46 225.78 m2，地上建筑面積 28 353.16 m2，地下建筑面積為 17 872.62 m2，容積率為 63.00%，綠地率為 35.14%。本地塊位于昆山低碳主題公園內(nèi)，北側(cè)為 A 1 住宅片區(qū)，東臨玉湖，南側(cè)為產(chǎn)業(yè)園區(qū)。整個主題公園以活躍的中心湖為生態(tài)核，公園內(nèi)的水域分為內(nèi)湖、南湖和西湖 3 個部分：南湖水面面積為 80 798.00 m2，北湖水面面積為 194 776.00 m2，西湖水面面積為 31 746.00 m2，共計水面面積為 307 311.00 m2，平均水深為 3.00 m。

2.2 昆山市氣候情況

昆山屬北亞熱帶南部季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，四季分明，雨量充沛，年平均氣溫 16.5℃。年平均降水量 1 093.41 mm，最多年降水量 1 522.4 mm，最少年降水量 826.10 mm，年平均降水日數(shù) 124 d，最多年降水日數(shù) 144 d，最少年降水日數(shù) 99 d。年平均日照時數(shù) 1 974.8 h，最多年日照時數(shù) 2 307.4 h，最少年日照時數(shù) 1 643.4 h，年平均日照百分率 45%。年平均相對濕度 79%。年平均風(fēng)速 3.1 m/s，冬季盛行東北風(fēng)-西北風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，年最多風(fēng)向為東南風(fēng)。

2.3 確定城市的內(nèi)澇防治設(shè)計重現(xiàn)期和徑流系數(shù)

根據(jù)《省政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳關(guān)于加強全省城市排澇設(shè)施建設(shè)管理意見的通知》（蘇政辦發(fā)〔2011〕20 號文件)，昆山市開展了設(shè)計暴雨強度公式和設(shè)計雨型研究項目，并于 2017 年 4 月 25 日啟用新的暴雨強度公式和設(shè)計雨型，適用范圍為昆山市市域。根據(jù)排水防澇及海綿城市規(guī)劃設(shè)計的實際需求，采用皮爾遜 Ⅲ 型分布曲線形成的昆山市暴雨強度公式，適用于降雨歷時 ＜1 440 min 的情況，以指導(dǎo)城市排水防澇設(shè)計計算。計算公式見式（1）。

式中： i —設(shè)計暴雨強度，mm/min；

t —降雨歷時，min；

TM—重現(xiàn)期，y。

根據(jù)暴雨強度公式，昆山 20 年一遇、30 年一遇、50 年一遇、100 年一遇設(shè)計雨量分別為 233.6 mm、247.3 mm、264.6 mm、288.1mm[6]。

2.4 年徑流總量控制率選取

收集建設(shè)地逐日降雨資料，將多年的降雨量日值按雨量大小分類，扣除 ＜2.0 mm 的降雨量，將降雨量日值由小到大進(jìn)行排序，統(tǒng)計出每年小于某一降雨量數(shù)值的降雨總量。小于該數(shù)值的取真實雨量進(jìn)行累計計算，大于該數(shù)值的取該降雨量數(shù)值累計計算，計算得出兩個降雨總量，兩個降雨總量之和與年總降雨量的比值即為年徑流總量控制率。此比率對應(yīng)的降雨量即為設(shè)計降雨量[7]。

根據(jù)如上統(tǒng)計方法，得到昆山市年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量關(guān)系，見表 1。

表1 昆山市年徑流總量控制率與設(shè)計降雨量對應(yīng)關(guān)系

我國大陸地區(qū)海綿城市建設(shè)大致分為 5 個區(qū)，各區(qū)年徑流總量控制率 α 的最低和最高限值為： I 區(qū)（85.0%≤α≤90.0%）、II 區(qū)（80.0%≤α≤85.0%）、Ⅲ 區(qū)（75.0%≤α≤85.0%）、IV 區(qū)（70.0%≤α≤85.0%）、V 區(qū)（60.0%≤α≤85.0%）。昆山市屬海綿城市建設(shè)分區(qū)的Ⅲ區(qū)，其年徑流總量控制率取值宜為 75.0%～85.0%。另外本項目將地塊分為 86 個匯水區(qū)，對 86 個匯水區(qū)的年徑流量控制率取平均值，該值為 75.4%。綜合考慮指南建設(shè)要求、昆山市功能需求及地塊要求等因素，本項目建設(shè)用地年徑流總量控制率需達(dá)到 75.4%，對應(yīng)設(shè)計降雨量 22.5 mm。

2.5 雨水設(shè)施選擇

通過對大量海綿城市專項設(shè)計方案及施工圖設(shè)計資料調(diào)研發(fā)現(xiàn)，新建項目海綿設(shè)施占綠地總面積的比例 ≤15% ，不會對原有景觀方案造成太大影響，且由于在原有方案中植入海綿理念，豐富了景觀多樣性，實現(xiàn)了綠地的綜合功能。通過數(shù)據(jù)分析，場地綠地率和對應(yīng)最佳可實現(xiàn)的年徑流總量控制率的相關(guān)關(guān)系，如表 2 所示。當(dāng)場地綠地率達(dá)到 30.0% 時，它對應(yīng)最佳可行實現(xiàn)的年徑流量總控制率可達(dá)到 75.0%；當(dāng)場地綠地率達(dá)到 35.0% 時，對應(yīng)最佳可行實現(xiàn)的年徑流量總控制率可達(dá)到 80.0%。當(dāng)綠地率 ≤15.0%時，單純依靠綠地內(nèi)海綿設(shè)施場地將難以較好地實現(xiàn)雨水徑流控制，需考慮雨水初期棄流、污染物攔截器、雨水調(diào)蓄利用裝置等工程設(shè)施的應(yīng)用。

表2 綠地率及最佳可行實現(xiàn)年徑流總量控制率相關(guān)關(guān)系

昆山低碳主題公園 B 2 地塊二期綠地率 35.0%，將海綿設(shè)施與綠地融合完全可以達(dá)到年徑流量控制率 75.0% 的目標(biāo)。綜合考慮各海綿設(shè)施的適用性、功能性、經(jīng)濟性、景觀效果，以及項目場地的徑流組織、豎向設(shè)計、工程實踐、維護成本及景觀要求，按先綠色后灰色、先地上后地下的原則，擬訂如下方案：建筑、道路周邊及部分景觀綠地采用下凹式綠地、生物滯留池、溢流井、前置塘與調(diào)蓄池等設(shè)施；人行道路采用透水磚鋪裝；地面停車位全部采用生態(tài)停車位。

2.6 海綿設(shè)施體積計算

2.6.1 場地綜合徑流系數(shù)計算

(1) 計算公式見式（2）

式中： ψz—徑流系數(shù)；

F —匯水面積，m2；

Fi—匯水上各類下墊面面積，m2；

Ψi—各類下墊面的徑流系數(shù)。

(2) 以匯水分區(qū) 16 為例，計算過程如下。

匯水分區(qū) 16 的總面積為 676 m2，其中硬質(zhì)屋面占 155 m2，瀝青路面占地面積 107 m2，花崗巖鋪裝占地面積 176 m2，綠化占地面積 191 m2，水體占地面積 47 m2。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》得知，硬質(zhì)屋面雨量徑流系數(shù)為 0.90，瀝青路面雨量徑流系數(shù)為 0.90，花崗巖鋪裝雨量徑流系數(shù)為 0.50，綠地雨量徑流系數(shù)為 0.15，水體雨量徑流系數(shù)為 1.00。

則按式（2）得場地綜合徑流系數(shù)為：

(3) 以此類推計算其他區(qū)域，得出結(jié)果見表 3。

表3 場地綜合徑流系數(shù)計算結(jié)果

2.6.2 降雨量與設(shè)計徑流量計算

(1) 計算公式：

降雨量計算：

式中： Q —降雨量，m3；

hy—設(shè)計降雨量，22.5 mm；

F —匯水面積，m2。

設(shè)計控制徑流量計算：

式中：W—設(shè)計控制徑流量。

(2) 以匯水分區(qū) 1 6 為例，計算過程如下。匯水分區(qū) 1 6 的總面積為 6 7 6 m2，則降雨量 Q =6 7 6 m2×22.5 mm/1 000=15.21 m3，設(shè)計徑流量 W=15.21 m3×0.59=8.97 m3。

(3) 以此類推計算其他區(qū)域，得計算結(jié)果見表 4。

表4 設(shè)計調(diào)蓄容量與實際調(diào)蓄容量計算結(jié)果

2.6.3 海綿設(shè)施實際調(diào)蓄體積

滲透設(shè)施的有效滲透面積應(yīng)按下列要求確定。

(1) 水平滲透面按投影面積計算；

(2) 豎直滲透面按有效水位高度的 1/2 計算；

(3) 斜滲透面按有效水位高度的 1/2 所對應(yīng)的斜面實際面積計算；

(4) 地下滲透設(shè)施的頂面積不計。

設(shè)計圖生物滯留池（圖 1、圖 2）為水平滲透面，有效滲透面積按投影面積算，其設(shè)施深度為 0.49 m；下凹式綠地（圖 3）包含水平滲透面與斜滲透面，有效滲透面積按投影面積與有效水位高度的 1/2 所對應(yīng)斜面實際面積計算，其設(shè)施深度為 0.15 m。

以匯水區(qū) 1 6 為例，海綿設(shè)施實際調(diào)蓄體積為 V=51×0.49=24.99 m3≥設(shè)計調(diào)蓄體積 8.97 m3，符合要求。其他區(qū)域計算結(jié)果如表 3 所示。

圖1 生物滯留池及溢流井剖面圖

圖2 庭院內(nèi)生物滯留池剖面示意圖

圖3 下凹式綠地剖面圖

2.6.4 海綿設(shè)施的成本與施工

昆山低碳主題公園 B 2 辦公地塊項目總投資為 25 094.00 萬元，分兩期開發(fā)，其中一期建安投入為 7 856.31 萬元，二期建安投入為 15 070.00 萬元。項目工程費用主要包括土建、安裝、設(shè)備、幕墻以及室外工程等，其中海綿設(shè)施投資約為 400.00 萬元。

工程實施詳細(xì)步驟：根據(jù)圖紙的相關(guān)要求進(jìn)行滯留池的挖掘工作，挖掘好后把土壤夯實起來→進(jìn)行排水管道安放（安放前鋪上防滲漏膜，注意防水措施）→進(jìn)行材料的填充→結(jié)合匯水點，在生物滯留池周圍進(jìn)行景觀石擺放。

注意事項：① 挖掘溝槽的形狀呈倒梯形，以便更好地收集更多的降水；② 回填的相關(guān)混合料一定要進(jìn)行充分的攪拌，混合材料越是均勻?qū)τ谶^濾水的效果越好；③ 在進(jìn)行回填之前一定做好試驗，避免回填后出現(xiàn)問題加大整體施工難度。

該項目的施工難點一是對其他管道避讓；另一是對于生物滯留池周邊的裝飾景物搭配方面，需要考慮雨水排放、美觀、植物存活等因素。

3 結(jié) 語

LID 建設(shè)實質(zhì)上就是從源頭上對雨水進(jìn)行控制，盡可能將整個降雨過程還原到場地開發(fā)前的水平。海綿城市的建造必須系統(tǒng)化地進(jìn)行，通過了解實際的地形地貌，并對排水系統(tǒng)進(jìn)行合理的布控，同時在設(shè)施的選擇方面也要結(jié)合具體要求以及相關(guān)設(shè)施的功能情況、場地水文地貌及經(jīng)濟因素統(tǒng)籌分析。積累的理念經(jīng)驗用到實際城市，進(jìn)行海綿城市的建設(shè)才能更好地對雨洪進(jìn)行管控，從而對城市的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行改善。

LID 技術(shù)讓城市能夠像海綿一樣，在應(yīng)對環(huán)境交化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，在需要時將存蓄的雨水“釋放”并加以利用。海綿城市建設(shè)一方面能有效降低城市降雨洪水危害，緩解城市市政基礎(chǔ)設(shè)施排水壓力；另一方面，還能夠有效凈化處理收集到的雨水資源，實現(xiàn)回收再利用，達(dá)到節(jié)約資源和保護生態(tài)環(huán)境的目的；而且，LID 技術(shù)的開發(fā)是自然地控制排水和存儲水，在成本的投入方面是相對低一些的。