海綿城市設(shè)計方案中的雨水調(diào)蓄容積計算

劉 劍 孫大偉

(常州市規(guī)劃設(shè)計院，江蘇 常州 213003)

0 引言

為了實現(xiàn)城市建設(shè)與環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展，我國近年來把海綿城市的建設(shè)作為工作重點。常州市作為江蘇省海綿城市建設(shè)第一批試點城市，編制完成了《常州市海綿城市建設(shè)專項規(guī)劃》《目標與指標體系研究報告》《建設(shè)導則》《實施方案》和《標準圖集》，積極開展金融商務區(qū)和新龍國際商務城兩個試點區(qū)的海綿城市建設(shè)工作，對已建地塊進行海綿化改造，新建地塊提出海綿城市建設(shè)指標要求，編制地塊的海綿城市建設(shè)專項方案和施工圖，經(jīng)審批通過后方能進行后續(xù)施工。

根據(jù)專項規(guī)劃，年徑流總量控制率被確定為常州海綿城市建設(shè)的一個重要控制指標，要求中心城區(qū)的年徑流總量控制率在75%以上，2020年有20%的建成區(qū)面積，2030年有80%的建成區(qū)面積達到目標要求，并根據(jù)控規(guī)編制單元提出了各自的年徑流總量控制指標。在各個地塊的海綿設(shè)計專項方案中，根據(jù)指標要求進行雨水調(diào)蓄容積的計算就是一個主要的工作。

1 “指南”規(guī)定的計算方法

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的“海綿城市建設(shè)技術(shù)指南”(以下簡稱“指南”)，地塊的設(shè)計調(diào)蓄容積一般應采用“容積法”進行計算，計算公式如下：

V=10HΦF

(1)

其中，V為設(shè)計調(diào)節(jié)容積，m3；H為設(shè)計降雨量，mm；Φ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

從式(1)可以看出，在匯水面積確定的情況下，雨水調(diào)蓄容積大小由兩個影響因素組成：設(shè)計降雨量和雨量徑流系數(shù)。在海綿設(shè)計方案中，設(shè)計降雨量根據(jù)年徑流總量控制率指標，查閱對應的曲線和表格得出(見表1，圖1)。

表1 常州市年徑流總量控制率與對應設(shè)計降雨量

假定有一個地塊，總用地面積5 hm2，綜合徑流系數(shù)為0.6。根據(jù)海綿建設(shè)要求，年徑流總量控制率目標為75%，對應的設(shè)計降雨量為23.2 mm。

根據(jù)式(1)，可計算出本地塊的雨水調(diào)蓄容積為V=10×23.2×0.6×5=696 m3，即可滿足年徑流總量控制要求。

2 問題提出

海綿城市建設(shè)中，雨水調(diào)蓄通過建設(shè)下凹式綠地、雨水花園、濕塘、滯蓄模塊等設(shè)施來實現(xiàn)，是海綿工程投資的重要組成部分，減少調(diào)蓄容積可以降低工程投資。從上述計算過程可以看出，減少雨水調(diào)蓄容積有兩個途徑，一個是降低設(shè)計降雨量也就是年徑流總量控制率，另外一個就是降低綜合徑流系數(shù)。但是不管怎么降低，對于一個地塊來說，只要有年徑流總量控制目標，即使是全部做低徑流系數(shù)的綠地，也必然需要一定的調(diào)蓄容積，否則就不符合要求，顯然是不太合理。

對于前述的示例地塊，假定不做任何調(diào)蓄設(shè)施，其綜合徑流系數(shù)為0.6，對于一場降雨來說，60%的雨量形成徑流外排，40%的雨量通過滲透、蒸發(fā)等方式留在地塊內(nèi)，根據(jù)“指南”規(guī)定的年徑流總量控制率的定義，即“場地內(nèi)累計得到控制(不外排)的雨量占全年總降雨量的百分比”，該地塊的年徑流總量控制率應為40%。即，在不做任何調(diào)蓄設(shè)施的情況下，年徑流總量控制率應由下式計算：

α=(1-Φ)×100%

(2)

其中，α為年徑流總量控制率。

繼續(xù)討論前述的示例，對于不超過23.2 mm的一場降雨，地塊設(shè)置容積為696 m3的調(diào)蓄設(shè)施能夠儲存全部的徑流量，而不發(fā)生外排，超過23.2 mm的降雨，將產(chǎn)生外排流量。假定某場降雨為50 mm，在開始降雨至23.2 mm期間，地塊產(chǎn)生的徑流全部儲存不外排。超過23.2 mm開始，因為調(diào)蓄設(shè)施已滿，不能再儲存雨水，此時雨水徑流開始外排。但是并非所有的降雨均形成徑流外排，還有40%的降雨通過滲透等留在了地塊內(nèi)，因此實際達到的年徑流總量控制率超過了設(shè)計目標，應為75%+(1-0.75)×0.4×100%=85%。即在有雨水調(diào)蓄設(shè)施的情況下，實際年徑流總量控制率應由式(3)計算：

αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%

(3)

其中，αS為實際年徑流總量控制率。

也就是說，對于一定的年徑流總量控制率目標，實際確定的雨水調(diào)蓄容積應比“容積法”的計算結(jié)果小，從而可以節(jié)省工程投資和造價，具有一定的經(jīng)濟意義。

3 改進的計算方法

為了合理確定雨水調(diào)蓄容積，在“指南”規(guī)定的“容積法”基礎(chǔ)上，可以采用“試算法”進行計算。

首先假定調(diào)蓄容積為600 m3，代入式(1)，可計算出設(shè)計降雨量為20 mm，查閱曲線圖，得出對應的年徑流總量控制率為70.8%，代入式(3)，可計算出實際年徑流總量控制率為70.8%+(1-0.708)×(1-0.6)×100%=82.5%，超過了設(shè)計目標。

為了控制造價，考慮進一步減小調(diào)蓄容積，假定調(diào)蓄容積為500 m3，計算出設(shè)計降雨量為16.7 mm，對應的年徑流總量控制率為65.4%，實際年徑流總量控制率為79.2%，仍然符合目標要求。如果有再進一步減小調(diào)蓄容積的要求，還可以繼續(xù)試算。

4 結(jié)語

1)地塊在不做調(diào)蓄設(shè)施的情況下，年徑流總量控制率由下式計算：α=(1-Φ)×100%。

2)在建設(shè)雨水調(diào)蓄設(shè)施的情況下，地塊的實際年徑流總量控制率由下式計算：αS=α+(1-α)(1-Φ)×100%。

3)對于一定的年徑流總量控制率目標，實際確定的雨水調(diào)蓄容積可采用“試算法”計算，比“指南”規(guī)定的“容積法”的計算結(jié)果小，從而可以節(jié)省工程投資和造價，具有一定的經(jīng)濟意義。