于海濤
(廣東省建科建筑設(shè)計院有限公司,廣東 廣州 510000)
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。
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。
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)
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。
(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)。
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。