于海濤

（廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程，城市不透水地面面積增加，使得徑流量及徑流系數(shù)明顯提高，對設(shè)計洪水過程有明顯的放大作用[1]。我國住房城鄉(xiāng)建設(shè)部借鑒國際成功經(jīng)驗，結(jié)合我國國家政策和實踐經(jīng)驗發(fā)布《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（試行）》，推進(jìn)海綿城市的建設(shè)，控制不透水面積比例，維持開發(fā)前后水文特征不變。本文介紹中交科技園項目的海綿城市設(shè)計思路，分析設(shè)計過程中遇到的問題，促進(jìn)海綿城市建設(shè)事業(yè)的健康發(fā)展。

1 工程概況

中交科技園項目位于廣州市白云區(qū)，廣州白云區(qū)位于南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，處于北回歸線以南，降雨資源豐富，10 年平均降雨量約為1847mm，且降雨主要集中在5—7 月，根據(jù)《2022 年度廣州市白云區(qū)氣候公報》，白云區(qū)場全年最大日降雨量132.3mm，5 月降雨量為394.2mm，占年降雨量21.5%。

項目用地總面積為12033.57m2，綠地總面積為4212.95m2，綠地率為35.01%，為新建公共建筑。

2 控制目標(biāo)

根據(jù)《廣州市建設(shè)項目海綿城市建設(shè)管控指標(biāo)分類指引（試行）》中對廣州市新建共建海綿城市的設(shè)置要求，結(jié)合《廣州海綿城市專項規(guī)劃（2016—2030）》中心城區(qū)海綿城市建筑管控圖中確定年徑流總量控制率71%、設(shè)計降雨量26.5mm 的要求，確定項目海綿城市的控制指標(biāo)如表1 所示。

表1 海綿城市控制指標(biāo)

3 方案設(shè)計

項目內(nèi)包含高層的實驗大樓及單層的模型試驗展廳兩棟單體，具體方案為將屋面雨水消能排至下沉綠地，將道路徑流引入周邊綠地、透水鋪裝、下沉式綠地滯留下滲，經(jīng)海綿設(shè)施處理后，在棄流井的處理后進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，最終排入市政雨水管網(wǎng)，海綿城市設(shè)計系統(tǒng)流程如圖1 所示。

圖1 海綿城市設(shè)計系統(tǒng)流程

綠色屋面是在屋面設(shè)置綠被層、基質(zhì)層、排水層、保護(hù)層等，分為簡單式綠色屋頂和花園式綠色屋頂，不同分類其基本構(gòu)造及植物有所不同。當(dāng)雨水到打綠色屋面，首先被屋面植物截留，下滲入屋面墊層，再緩慢釋放至排水系統(tǒng)，超過下滲量的雨水則形成屋面徑流，直接排入排水系統(tǒng)。綠色屋面能顯著延緩并消減徑流峰值，能有效截留屋面徑流，并且與前期干燥天數(shù)呈顯著正相關(guān)，與暴雨強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)[2]。因此在屋面結(jié)構(gòu)承載力允許條件下，設(shè)置綠色屋面，有利于提高項目范圍徑流控制，減少后續(xù)海綿設(shè)施的負(fù)荷。

廣義的下沉式綠地指具有一定調(diào)蓄容積，可以調(diào)蓄和凈化徑流雨水的綠地。而狹義的下沉式綠地則是由低于周邊200mm 的綠地[3]，當(dāng)雨水進(jìn)入下沉式綠地后，綠地發(fā)揮截留和下滲的功能，當(dāng)水量超過下滲能力時，雨水在下沉式綠地中積蓄。當(dāng)水深到達(dá)溢流高度后，經(jīng)綠地溢流雨水口排至雨水管渠。狹義下沉式綠地適用范圍廣，建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用低。

本項目在綠地中設(shè)置調(diào)蓄水深0.1m 的下沉式綠地，屋面雨水經(jīng)雨水管到達(dá)綠地中的消能滲透雨水口，使得屋面雨水進(jìn)入下沉式綠地，而非直接進(jìn)入雨水排水管網(wǎng)系統(tǒng)，提高對場地內(nèi)雨水的滯留利用率。為減少雨水管進(jìn)入消能滲透雨水口的重力沖擊，實驗大樓塔樓雨水管排至五層裙樓，再經(jīng)過裙樓屋面匯水，經(jīng)雨水管進(jìn)入消能滲透雨水口。裙樓屋面因雨水量增加，增加了排水立管，雖然增加成本，但是使得雨水更均勻地進(jìn)入下沉綠地，有利于雨水的下滲和對雨水徑流的控制。在路面與下沉綠地邊界設(shè)置開口路沿石，保證雨水能通過路面或透水混凝土進(jìn)入下沉綠地，而在道路中減少普通雨水斗的設(shè)置，避免雨水直接經(jīng)雨水斗進(jìn)入雨水排水系統(tǒng)管網(wǎng)系統(tǒng)。

透水鋪裝可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝，透水鋪裝多為多孔結(jié)構(gòu)，使得雨水能通過孔隙下滲至土壤或滲排管。本項目在人行道、室外停車位設(shè)置透水鋪裝。

雨水調(diào)蓄池是具有雨水儲存功能的集蓄利用設(shè)施[3]，通常設(shè)置在項目內(nèi)雨水管網(wǎng)末端，當(dāng)?shù)乇韽搅鬟M(jìn)入場地雨水管網(wǎng)后，經(jīng)過棄流井后進(jìn)入雨水調(diào)蓄池，以起到對雨水量的消減作用，主要包括鋼筋混凝土調(diào)蓄池、成品玻璃鋼調(diào)蓄池及塑料模塊調(diào)蓄池等，也可以在雨水調(diào)蓄池基礎(chǔ)上增加雨水處理設(shè)備，進(jìn)行雨水回用，促進(jìn)對雨水資源的利用，實現(xiàn)節(jié)約資源的目標(biāo)。

項目中存在下沉綠地、透水鋪裝等設(shè)施在地下室頂板上方的情況，在海綿設(shè)施下設(shè)置滲排管以更好地排放海綿設(shè)施的滲透排水。海綿設(shè)施中雨水的下滲可能對建筑基礎(chǔ)造成影響，因此在地下室邊線及建筑邊線3m 范圍內(nèi)不設(shè)置海綿滲透設(shè)施。海綿城市最終設(shè)計方案可以與園林結(jié)合，草木選取應(yīng)能適應(yīng)海綿設(shè)施中環(huán)境，實現(xiàn)美觀與實用相結(jié)合，可以對雨水花園進(jìn)行深化設(shè)計，增加小橋、滲透塘等園林景觀，保證海綿設(shè)施再雨水調(diào)蓄時也不影響正常使用。

4 指標(biāo)選用及計算

（1）年徑流總量控制率。根據(jù)《廣州市建設(shè)項目海綿城市建設(shè)管控指標(biāo)分類指引（試行）》對各類型下墊面徑流系數(shù)的取值標(biāo)準(zhǔn)，在項目總平面圖中，依照雨水徑流方向劃分匯水分區(qū)，對各海綿設(shè)施進(jìn)行布置，統(tǒng)計各自面積，匯水分區(qū)的場地綜合徑流系數(shù)計算如表2所示。

表2 綜合徑流系數(shù)計算

本項目的設(shè)計調(diào)蓄容積計算公式如式（1）所示。

式中：V設(shè)計——設(shè)計調(diào)蓄容積，m3；H——設(shè)計降雨量，mm；φ——綜合雨量徑流系數(shù)；F——匯水面積，hm2。

經(jīng)計算，匯水分區(qū)一設(shè)計調(diào)蓄容積V1=118.75m3，匯水分區(qū)二設(shè)計調(diào)蓄容積V2=52.75m3，總調(diào)蓄容積為171.50m3。項目中設(shè)置的海綿設(shè)施僅下沉綠地有調(diào)蓄容積，下沉深度為0.15m，根據(jù)下沉綠地的面積計算現(xiàn)狀下沉綠地的實際調(diào)蓄容積，跟設(shè)計進(jìn)行對比，如果滿足V實際≥V設(shè)計，則調(diào)蓄容積滿足設(shè)計要求；如果V設(shè)計＜V實際，則應(yīng)該增加調(diào)蓄水深、增大下沉綠地面積、設(shè)置其他具備調(diào)蓄容積的海綿設(shè)施等措施，使得V實際≥V設(shè)計，本項目匯水分區(qū)一下沉綠地調(diào)蓄容積＜設(shè)計調(diào)蓄容積，需設(shè)置雨水調(diào)蓄池，調(diào)蓄容積計算如表3 所示。

表3 各匯水分區(qū)設(shè)計調(diào)蓄容積與實際調(diào)蓄容積

（2）年徑流污染削減率。新建項目年徑流污染消減率要求達(dá)到50%，根據(jù)項目各海綿設(shè)施的面積及對應(yīng)固體懸浮物削減率計算平均削減率，年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對SS 的平均削減率，計算結(jié)果如表4 所示。

表4 年徑流污染控制率計算

（3）雨水徑流峰值控制計算。建設(shè)后的雨水徑流量不應(yīng)大于建設(shè)前的雨水徑流量，梁小光[4]結(jié)合國際經(jīng)驗對雨水徑流峰值計算進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)，依據(jù)相關(guān)公式計算雨水徑流控制峰值容積如表5 所示。

表5 雨水徑流控制峰值容積

雨水徑流控制峰值容積大于場地內(nèi)下沉綠地的調(diào)蓄容積，需增設(shè)60m3的雨水調(diào)蓄池。不過根據(jù)許文斌等[5]的研究源頭全程調(diào)蓄、末端全程調(diào)蓄、末端脫過調(diào)蓄的調(diào)蓄效果有所不同，源頭全程調(diào)蓄所需調(diào)蓄容積約為末端全程調(diào)蓄的50%，末端脫過調(diào)蓄所需調(diào)蓄容積約為末端全程調(diào)蓄的22%。而下沉綠地應(yīng)當(dāng)屬于源頭全程調(diào)蓄，在降雨起始階段雨水就已經(jīng)匯入下沉綠地，而非在是降雨開始或降雨量較小的情況下優(yōu)先排入市政管網(wǎng)。相比之下，雨水調(diào)蓄池通常在接入前端設(shè)置分流井、棄流井，當(dāng)水量較少的情況下，雨水會直接排入市政管網(wǎng)，而當(dāng)雨水量大時才進(jìn)入調(diào)蓄池，充分發(fā)揮對雨水的調(diào)蓄作用。

（4）單項指標(biāo)。下沉式綠地率=廣義的下沉式綠地面積/綠地總面積=2561.19/4123.89=62.11%＞50%。

透水鋪裝率=透水地表面積/人行道、室外停車場、步行街、自行車道和建設(shè)工程的外部庭院總面積×100%=497.14/575.38=86.45%＞70%。

綠色屋頂率=綠色屋頂面積/建筑屋頂總面積=730.4/4966.07=14.71%＜60%。

可滲透地面率=透水地面面積之/占室外地面總面積=4621.31/7067.50=65.39%＞40%。

滲透排空時間計算公式如式（2）所示。

式中：ts——滲透排空時間，h；Vsj——設(shè)施的設(shè)計有效調(diào)蓄容積，m3；α——綜合安全系數(shù)，一般取0.5~0.8，取0.7；K——土壤滲透系數(shù)，m/s；AS——有效滲透面積，m2。

結(jié)合項目詳勘報告，項目土質(zhì)主要是粉質(zhì)黏土和中粗砂，土壤滲透系數(shù)約為0.12m/d，經(jīng)計算，滲透排空時間為20.57h，滿足不超過24h 的要求。

綜上所述，除鼓勵性指標(biāo)綠色屋面率不滿足要求外，其他指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。本項目屋面設(shè)有高位水箱、光伏發(fā)電裝置，另有一棟單體為鋼結(jié)構(gòu)屋面，限制了屋面綠化的設(shè)置，因此，不實現(xiàn)屋面綠化的指標(biāo)。

5 結(jié)語

廣州地區(qū)雨量豐富，降雨集中，城市內(nèi)澇問題容易出現(xiàn)，海綿城市是解決問題的有效途徑。本文通過對海綿設(shè)施的設(shè)置及技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)進(jìn)行了分析，對調(diào)蓄容積及徑流峰值計算進(jìn)行探討，雨水徑流峰值控制仍需深入研究。如何布置海綿設(shè)施，保證海綿城市的充分利用，在實際中實現(xiàn)設(shè)計指標(biāo)，需要進(jìn)一步探索。