海綿改造設計實踐
——以北京某園區調蓄池項目為例

文/深圳市建筑科學研究院股份有限公司 李小嬌 史敬華 張 宇 申 超

0 引言

北京自2004年以來，城區多次發生極端天氣，如2011年“6·23”暴雨、2012年“7·21”暴雨及2016年“7·20”暴雨給交通和市民出行造成嚴重影響。2013年12月，習近平總書記在中央城鎮化工作會議講話時指出：解決城市缺水問題，必須順應自然。在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。

目前全國大部分城市在新建項目中已相繼出臺相應的海綿技術要求和指標體系，而已建成項目中，雨水問題如何解決，如何改造成具有海綿效果的場地值得探討。本文結合北京某園區調蓄項目案例深入分析海綿改造設計實踐。

1 背景

某綠色園區位于北京市海淀區，2016年7月20日北京持續降雨時，園區某入口處長100m范圍內積水嚴重，路面積水深50cm，對園區交通出行造成嚴重影響（從2016年7月19日1時至21日6時，北京市出現強降雨天氣，此次降雨持續時間長、總量大、范圍廣，全市平均降雨210.7mm，城區274.0mm，最大小時雨強30～50mm）。

經現場診斷，造成積水原因如下。

1）相鄰市政路雨水方溝井底高程比接駁的雨水方溝井底低0.48m，形成反坡。

2）相鄰市政路雨水方溝尺寸小于園區雨水方溝尺寸。

3）排水渠暗涵出口處被攔截，下游土渠未疏通。

4）排水渠暗涵多處被垃圾、雜物堵塞，且長期積壓未清。

積水點所處地勢較低，且排水系統排水能力變化處恰位于地勢較低處。當降雨強度未超過3年一遇，但超過積水點處下游排水系統現有排水能力時，下游對上游排水形成頂托，而上下游交界處地勢較低，故雨水從排水箱涵處冒出，在地勢較低處形成積水。當降雨強度超過3年一遇時，積水點除箱涵冒出的排水外，場地內未能進入排水管道的雨水沿道路路面匯流至積水點形成積水。

2 項目需求與解決措施

1）解決極端天氣園區入口雨水積水問題 建設雨水調蓄池，保證在緩解內澇問題上有明顯、直觀效果。

2）改善周邊環境品質及海綿示范參觀展示 開挖建設調蓄池后，復原的周邊綠地設計為海綿主題小公園，對海綿知識進行科普宣傳，同時緩解調蓄池周邊雨水壓力。

3 設計實施

3.1 調蓄池設計

3.1.1 設計思路

通過對項目調蓄空間進行分析，結合建設條件及經濟適用原則，提出近期和遠期設計思路及方案（見圖1）。

1）近期 對園區進行海綿園區蓄、排方案設計，解決積水問題。

2）遠期 下游市政排水系統疏通、全系統低影響開發技術應用，構建海綿園區、節水型園區。

圖1 調蓄池總體設計思路

3.1.2 調蓄池空間確定

根據DB 11/685—2013《雨水控制與利用工程設計規范》規定：為實現年徑流總量控制率85%要求，每10000m2硬化面積應設300m3雨水調蓄池。本工程匯水面積約60萬m2，按綠化率35%估算，硬化面積39萬m2，需建設調蓄池的總容積為11700m3。該調蓄容積較大，可結合園區地形條件，將調蓄池分期分散建設于園區各地塊內，總容積不小于11700m3（包括近期建設的調蓄池容積），以達到對雨水進行控制和利用的目的。

1）近期工程 結合上游排水系統的相關數據，按2017年北京市最新暴雨強度公式，b=11.593，n=0.681（b，n為暴雨強度公式參數），按上游排水能力最大3年一遇時計算脫過系數為0.579，降雨歷時按31min計，其中地面流行時間取11min，管道流行時間取20min（按管道全長約1200m，水流平均速度1m/s估算），經計算所需調蓄空間約為5100m3。并據此反推3000m3調蓄空間可達到積水點處遇2年一遇降雨時不積水目標，2000m3的調蓄空間可達到積水點處遇1年一遇降雨時不積水目標。2017年底，建設有效容積2500m3調蓄池，當上游進水大于下游排水能力時，多余雨水進入調蓄池，2500m3調蓄容量可達到在重現期小于2年一遇（最大24h降雨量81mm）、大于1年一遇降雨時路口不積水目標。

2）遠期工程 結合園區地形條件，分期分散設置雨水調蓄池，增加的總容積為9200m3，達到園區內雨水調蓄總容積11700m3，實現年雨水徑流總量控制率85%目標，實現海綿園區建設總目標。

3.1.3 工程設計（以近期工程為例）

根據調蓄空間分析，近期建設2500m3調蓄容積和應急設施可緩解園區路口積水問題（見圖2）。

調蓄池工作方式：連接箱涵和調蓄池之間設溢流墻，當不降雨或降雨量較小時，溢流墻可有效阻止箱涵中的水進入調蓄池，防止倒灌；當降雨較大，上游進水大于下游排水能力，排水箱涵水位高于溢流墻墻頂時，雨水通過連接箱涵溢流進入調蓄池內（見圖3）。

圖2 調蓄池平面

3.1.4 調蓄池運營維護

日常維護以物業管理、值守、觀測為主。

1）定期檢查調蓄池泵、閥門、管道、電器控制器、電機等相關設備，保證其正常工作。

2）定期清理調蓄池淤泥，每年1次。

3）調蓄池在每次暴雨前預留調蓄空間。

4）完整記錄設施設備的檢查、調試、運行情況。

5）進出調蓄池及設備間前，進行安全檢測。

6）雨水出水水質應按照水質要求定期檢測。

暴雨應急預案如下。

1）建立暴雨災害事故預警機制，做到早準備、早處置、早報告。

2）隨時關注氣象監測部門發布的氣象信息、政府通報、應急指令等，并利用電子屏幕、網絡、通信等載體傳遞預警信息。

3）暴雨時由專業技術人員在積水點值守、觀測，及時啟動設備。

3.2 地面海綿景觀設計

3.2.1 設計思路

根據調蓄池周邊綠地豎向關系，將海綿技術嵌入綠地復原設計中，解決周邊部分雨水入滲及蓄存問題，充分發揮城市綠地、水系、透水地面等對雨水吸納、蓄滲及緩釋作用，有效緩解局部內澇，削減徑流及污染負荷，節約水資源，保護和改善周邊生態環境。同時增加公共活動空間，使海綿景觀融入日常生活（見圖4，5）。

3.2.2 海綿技術應用與展示

調蓄池開挖面積約1500m2。建設完成后，調蓄池頂部需恢復綠化種植，覆土厚度約1.2m。在此范圍設計1個共享活動空間并將海綿技術與展示融入其中。

1）喜水植物雨水花園 如圖6所示，喜水植物雨水花園結構層分為卵石層、種植土層、砂層、調蓄層、隔離層、覆蓋層和植被層。除有效進行雨水滲透外，還具有多種功能：①去除徑流中懸浮顆粒等有害物質；②通過喜水植物配置，打造豐富生態棲息環境；③通過植物蒸騰作用，調節周邊空氣濕度與溫度，改善微環境氣候；④建造成本較低，易維護，減少大量后期運營費用；⑤雨水花園景觀效果良好，給人以新的視覺認知和景觀感受。

2）卵石填料雨水花園 即取消喜水植物雨水花園中的種植土及植物層，以裸露的卵石為景觀要素，模擬自然界干枯河床，營造枯山水的景觀形象，既節水又增加禪意。除景觀訴求外，卵石填料雨水花園還兼顧雨水花園的凈、蓄、滯功能，當土壤含水量飽和時，蓄積的雨水可形成干凈的水面，滿足不同景觀效果需求（見圖7）。

圖3 調蓄池工作示意

圖4 調蓄池上方海綿景觀平面

圖5 海綿景觀效果

圖6 喜水植物雨水花園

3）下凹綠地 將綠地豎向標高降低至周圍地面以下，以便周邊雨水徑流匯入。下凹式綠地建設成本與常規綠地相近，改造增量成本較小，其滯納雨水的能力和地面透水性能良好，可減少綠化用水，補充地下水，減小市政雨水管網排水壓力，調節徑流和滯洪及削減徑流污染物（見圖8）。

4）入滲溝 多沿道路、鋪裝設置，用于匯聚并吸收周邊地面雨水，減少路面積水問題。通過礫石、砂土的綜合作用使雨水得到凈化，部分自然下滲，涵養地下水源，其他可進入園區水路徑管道，進行回收利用（見圖9）。

5）透水鋪裝 透水鋪裝（透水混凝土、透水磚）是一種新的環保型、生態型道路鋪裝種類，能使雨水迅速滲入地表，有效補充地下水，緩解城市熱島效應，平衡城市生態系統。透水鋪裝還能通透“地氣”，由于透水地面孔隙多，地表面積大，對粉塵有較強吸附力，可減少揚塵污染，也可降低噪聲。

6）木塑鋪裝 木塑是一種新型復合材料，使用木粉、稻殼、秸稈等廢植物纖維混合成新的木質材料，再經擠壓、模壓、注塑成型。使用該產品可節約木材使用量，且防蟲、防水、防潮，解決木質產品在潮濕和多水環境中吸水受潮后易腐爛、膨脹變形等問題。

7）其他海綿景觀展示需求 ①在調蓄池和連接箱涵處設置雨水花園等海綿設施，直觀展示調蓄池大小；②在調蓄池溢流墻和排水泵上方設置玻璃頂蓋展示孔，并在展示孔處設置照明燈，供參觀人員觀看內部構造；③在調蓄池端部設置樓梯，方便人員進入調蓄池內部檢修及參觀；④設置展示牌，介紹設置原因、可解決問題及工作原理，并配備相關照片（見圖10）。

4 結語

城市建成區面積急速擴張，帶來城市下墊面的硬化，雨水徑流量和徑流污染隨之加劇，內澇和水體污染嚴重影響城市正常運轉。北京某園區的調蓄池項目基本解決積水造成的安全隱患，同時將海綿景觀、海綿展示功能嵌入已建成園區中，是較成功的海綿改造設計嘗試及實踐。同時我司及時總結各海綿項目在后續使用、實際運營中出現的問題和意見反饋，為既有園區海綿化改造提供技術案例和經驗借鑒，使海綿技術應用與推廣登上新臺階。

圖7 卵石填料雨水花園

圖8 下凹綠地

圖9 入滲溝

圖10 海綿技術展示路徑