對低影響開發設施設計中“容積法”的若干思考

韋 峰，黃 任，陳 海，李彩霞

（南寧市建筑設計院，廣西 南寧 530002）

0 引言

南寧市是全國首批海綿城市建設試點城市之一。住建部編制的《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》（簡稱《指南》）和南寧市規劃管理局編制了《南寧市海綿城市規劃設計導則（試行）》（簡稱《導則》）是南寧市海綿城市建設的主要依據。對廣大設計人員來說，《指南》是指導新建、改建、擴建項目配套建設低影響開發設施設計的重要依據。年徑流總量控制率是低影響開發設施設計的最重要目標值。低影響開發設施的規模應滿足當地規劃部門對匯水區域內的年徑流總量控制率的要求。容積法是《指南》中計算低影響開發設施的規模的最重要最常用的公式。

1 容積法基本概念和使用方法

容積法是實現徑流總量控制的重要方法。在匯水區域綜合雨量徑流系數確定的情況下，根據年徑流總量控制率目標，計算出匯水區域內各低影響開發設施的設計調蓄容積之和，即總調蓄容積（不包括用于削減峰值流量的調節容積），以達到減少外排雨量的目的。容積法的計算公式如下：

式中，V為設計調蓄容積，m3；H為設計降雨量，mm，參照《指南》附錄2；φ為綜合雨量徑流系數，可參照《指南》表4－3進行加權平均計算；F為匯水面積，h m2。

城市年徑流總量控制率對應設計降雨量值的確定是通過統計學方法獲得。根據中國氣象科學數據共享服務網中國地面國際交換站氣候資料數據，選取至少近30年（反映長期降雨規律和近年氣候變化）日降雨（不包括降雪）資料，扣除≤2 mm降雨事件的降雨量，將降雨量日值按雨量由小到大排序，統計小于某一降雨量的降雨總量（小于該降雨量的按真實雨量計算出降雨總量，大于該降雨量的按該降雨量計算出降雨總量，兩者累計總和）在總降雨量中的比率，此比率（即年徑流總量控制率）對應的降雨量（日值）即為設計降雨量。2015年，南寧市規劃管理局在《指南》的基礎上編制了《導則》。《導則》中的容積法秉承《指南》思路，并把南寧市的年徑流總量控制率對應的設計降雨量表內容深化（依據南寧市1980—2014年降雨資料計算，數據略有差異），作為進一步指導南寧市海綿城市建設規劃、設計的依據，如圖1所示。

由圖1可知，不同年徑流總量控制率K對應著不同的設計降雨量H。以南寧市某舊小區為例，假設匯水區域面積F＝2326.44 m2，綜合雨量徑流系數φ＝0.72，按 K＝80%進行控制，可得 H＝33.4 mm，根據容積法需要另外增加的設計的調蓄容積V＝10 H φ F＝60 m3。假設采用下沉式綠地的調蓄容積V＝60 m3，則該匯水區域面積達到年徑流總量控制率80%要求。

圖1 南寧市多年平均徑流總量控制率與設計降雨量對應關系曲線

2 調蓄容積計算與分析

在《指南》中規定，在計算總調蓄容積時，應符合以下要求。

1）頂部和結構內部有蓄水空間的滲透設施（如復雜型生物滯留設施、滲管／渠等）的滲透量應計入總調蓄容積。

2）調節塘、調節池對徑流總量削減沒有貢獻，其調節容積不應計入總調蓄容積；轉輸型植草溝、滲管／渠、初期雨水棄流、植被緩沖帶、人工土壤滲濾等對徑流總量削減貢獻較小的設施，其調蓄容積也不計入總調蓄容積。

3）透水鋪裝和綠色屋頂僅參與綜合雨量徑流系數的計算，其結構內的空隙容積一般不再計入總調蓄容積。

4）受地形條件、匯水面大小等影響，設施調蓄容積無法發揮徑流總量削減作用的設施（如較大面積的下沉式綠地，往往受坡度和匯水面豎向條件限制，實際調蓄容積遠遠小于其設計調蓄容積），以及無法有效收集匯水面徑流雨水的設施具有的調蓄容積不計入總調蓄容積。

仍以上述南寧某舊建筑小區為例，該小區屬于南寧市海綿城市示范區的“合流制溢流污染控制與初期雨水污染防治示范區”，根據《南寧市海綿城市示范區控制規劃（2015—2020）》（以下簡稱《控規》）目標，該項目年徑流總量控制率不低于35.1%，其對應的降雨量為6.7 mm。按《指南》《導則》的容積法算法結果如表1所示，其中根據容積法反算H＝8.9 mm，由圖1可得出年徑流總量控制率K＝42.4%，滿足《控規》要求。但由于種種原因，小區業主強烈反對設置下沉式綠地。為推進項目改造實施，改為取消下沉式綠地并增加透水鋪裝的生態停車面積的設計方案。按透水鋪裝不計算調蓄容積計算，結果如表2所示。

很顯然，由表2計算出K等于0，與現實不符，是生搬硬套容積法的結果。由于《指南》《導則》均未對海綿化前的K值有相應的闡述，也缺乏對本案例類似情況的K值分析，導致分歧較大。為簡化分析，在此提出一個新的系數 φ’和新的公式。具體如下：

式中，K為年徑流總量控制率，%；φ’為年綜合雨量徑流系數，多年平均徑流總量與總雨量的比值。

φ’的計算和準確定義不在本文中展開探討，在實際項目中，通過容積法等計算或通過竣工后實測出地塊的年徑流總量控制率為K，則年綜合雨量徑流系數φ’＝1－K。因此，這個 φ’值是客觀存在的，但其概念與綜合雨量徑流系數φ不同。為簡化分析，假設在某種特定情況下，在數值上，匯水區域面積內的綜合雨量徑流系數φ≈年綜合雨量徑流系數φ’，此時年徑流總量控制率 K1＝1－φ’≈1－φ。用這個方法計算表2案例，K1≈（1－0.72）% ＝28%。在實際工程中，這種計算方法顯然是錯誤的，K1肯定不是最終的K值，但是K1值仍有積極的實際意義。在無法得到真正的 φ’時，K1值仍然是可供參考的一個數據，雖然是低估了項目的實際K值，但至少不會等于0。

表1 僅計算下沉式綠地調蓄容積的容積法

表2 透水鋪裝不計入調蓄容積的容積法

表3 透水鋪裝空隙計入調蓄容積的容積法

盡管《指南》不推薦把透水鋪裝空隙計入其調蓄容積，實際上透水鋪裝的調蓄能力不小。而《導則》則推薦把透水鋪裝空隙計入調蓄容積，并建議缺乏資料時透水鋪裝的孔隙率取0.2～0.3。《建筑與小區雨水利用工程技術規范實施指南》提出，透水磚厚度60 mm，透水磚的孔隙率不小于20%，透水基層按200 mm，孔隙率按30%計算，則總共可容納72 mm的降雨量。在本案例中，按考慮機動車荷載鋪設透水鋪裝，有60 mm厚透水磚，50 mm厚粗砂干拌，200 mm厚C 20無砂大孔混凝土，150 mm厚級配碎石墊層，總厚度460 mm，按孔隙率20%計算，再考慮透水效果衰退折減，按400 mm厚計算，有效透水厚度h＝0.4×0.2＝0.08 m。本小區的透水鋪裝的調蓄容積 ＝436.4×0.08＝34.9 m3，K2＝60%。計算結果如表3所示。根據容積法反算H＝16.8 mm，年徑流總量控制率K＝60%。表3的計算思路充分挖掘了透水鋪裝厚度和孔隙率的調蓄能力，等于把徑流系數潛能都發揮出來，因此把透水鋪裝的徑流系數按1取值，避免了透水鋪裝重復參與綜合徑流計算的貢獻，結果合理。

3 結語

為保證良好的年徑流總量控制效果，在采用容積法時，應理順以下關系。

1）匯水區域設計了低影響開發設施后，實際的綜合雨量徑流系數φ1小于各下墊面匯總的綜合雨量徑流系數φ。容積法中的綜合徑流系數是指φ，不是 φ1。

2）在理論上，當φ＝1且 V＝0時，K＝0。實際上，φ＜1，而且 V不等于0，至少 K＝1－φ’≥1－φ。

3）對于新建建筑小區項目，優先采用不計量透水鋪裝和綠色屋頂調蓄容積的設計思路，這樣更能保證良好的控制目標質量；但針對老舊小區的海綿城市改造項目，可充分利用透水鋪裝和綠色屋頂的調蓄容積，，且在計算調蓄容積時，應避免下墊面徑流系數對綜合徑流系數計算的重復貢獻。

海綿城市設計仍處于起步階段，很多設計思路和實際情況還在磨合中。容積法計算簡單、應用廣泛。把容積法的一些關系理順，對指導海綿城市建設規劃、設計、施工及驗收有重要意義。