北京市某下沉庭院的內(nèi)澇分析與評價

文/北京良鄉(xiāng)藍(lán)鑫水利工程設(shè)計有限公司 馮 雪

0 引言

下沉庭院分兩種：一種是與地下1層相連，需防止客水進入下沉庭院，且將下沉庭院的雨水通過壓力流方式排出，保證地下空間不受內(nèi)澇影響；另一種是與地下不連通的獨立空間，可收集道路及硬化屋頂?shù)挠晁畲笙薅鹊貙崿F(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化。

本文闡述的是與地下1層相連的下沉庭院，面向庭院的部分采用大面積開窗、開門，實現(xiàn)地下空間自然采光，且使傳統(tǒng)地下室區(qū)域功能得到釋放，增加室外活動休閑娛樂空間，但下沉庭院內(nèi)澇問題日益凸顯。為防止與地下1層相連的下沉庭院遭受內(nèi)澇影響，通過高水高排、低水低排的雨水系統(tǒng)和“攔、截、蓄、排”方式阻止50年一遇客水進入下沉庭院，下沉庭院內(nèi)50年一遇的降雨能有效收集至室外蓄水池內(nèi)。

1 下沉庭院內(nèi)澇影響分析

1.1 下沉庭院存在內(nèi)澇問題

近年來，因暴雨積水災(zāi)害頻發(fā)，引發(fā)市民對“城市內(nèi)澇”的關(guān)注。目前建筑設(shè)計主流形式的下沉庭院存在嚴(yán)重的內(nèi)澇安全隱患：現(xiàn)狀雨水排除設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)不到現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求；現(xiàn)狀雨水排除設(shè)施排除能力有限，且已滿負(fù)荷運行，無法排除多余雨水；對于超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的降雨所引發(fā)的積水或內(nèi)澇，缺乏應(yīng)對措施；此外，現(xiàn)狀匯水范圍遠(yuǎn)大于設(shè)計匯水范圍，大量高水和客水匯入下沉區(qū)域。下沉區(qū)域的排水系統(tǒng)包括雨水管線、蓄水設(shè)施、泵站提升等排水系統(tǒng)，需采用強排與調(diào)蓄相結(jié)合的方式，變澇為蓄。

1.2 下沉庭院內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 50015-2010《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》4.9.5條，下沉式廣場、地下車庫坡道出入口設(shè)計重現(xiàn)期5～50年，由于下沉式廣場地勢低，一旦暴雨降臨易產(chǎn)生積水，形成水塘或水池，殃及下沉式廣場附屬建筑和設(shè)施，故取加大重現(xiàn)期。根據(jù)DB 11/685-2013《雨水與控制利用工程設(shè)計規(guī)范》4.3.8條文說明：與建筑連通的下沉庭院防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)較高，其排水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。參照GB 50157-2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》，高架區(qū)間、敞開出入口、敞開風(fēng)井及隧道洞口的雨水泵站、排水溝及排水管渠的排水能力按當(dāng)?shù)?0年一遇的暴雨強度計算。根據(jù)GB 50014-2016《室外排水設(shè)計規(guī)范（2016年版）》要求：“內(nèi)澇防治重現(xiàn)期應(yīng)大于雨水管渠設(shè)計重現(xiàn)期”。綜上所述，下沉庭院內(nèi)澇防治標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，排水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

1.3 下沉庭院內(nèi)澇分析

1.3.1 設(shè)計雨型

根據(jù)《北京市水文手冊》第一部分暴雨圖集，查得項目所在位置50年一遇24h最大雨量和相應(yīng)Cv值，取Cs/Cv=3.5計算不同歷時的設(shè)計暴雨，根據(jù)DB11/T 969-2013《城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計暴雨徑流計算標(biāo)準(zhǔn)》附錄A中1440min雨型分配表，計算得建設(shè)項目50年一遇1440min雨量分配過程線。

1.3.2 匯水面積

根據(jù)GB 500515-2003《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》4.9.7條，雨水匯水面積應(yīng)按地面屋頂投影面積計算。高出屋面的毗鄰側(cè)墻應(yīng)附加其最大受雨面正投影的一半作為有效匯水面積。下沉式庭院投影面積和側(cè)墻正投影面積的一半作為下沉庭院的匯水面積。

1.3.3 設(shè)計凈雨過程線

設(shè)計降雨損失總量可用綜合徑流系數(shù)與降雨量乘積計算，綜合徑流系數(shù)根據(jù)下沉庭院的下墊面情況及GB 51222-2017《城鎮(zhèn)內(nèi)澇防治技術(shù)規(guī)范》B.0.5條，采用推理公式進行內(nèi)澇防治設(shè)計校核時，宜提高現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50014-2016《室外排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的徑流系數(shù)。當(dāng)設(shè)計重現(xiàn)期為30～50年時，宜提高20%～25%。下沉庭院設(shè)計重現(xiàn)期為30～50年，宜提高至50年。

1.3.4 項目排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

下沉庭院的排水能力為50年一遇重現(xiàn)期。根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范（2016年版）》室外的雨水管線為3年一遇重現(xiàn)期，采用高水高排、低水低排2套雨水排除系統(tǒng)，減少下沉庭院的排水壓力。下沉庭院雨水采用壓力流方式，將雨水排至下沉庭院外，項目所在區(qū)域內(nèi)部雨水通過重力流方式進入外部市政管網(wǎng)。

1.3.5 內(nèi)澇計算

內(nèi)澇水位計算按水量平衡原理：超過管網(wǎng)外排能力的凈雨量為地面的積水深度，逐時段（每5min）推求計算時段積水深度。

2 工程實例

某建設(shè)項目位于北京市房山區(qū)，用地性質(zhì)為住宅混合公建用地。主要建設(shè)內(nèi)容：新建住宅樓4棟、沿街商業(yè)及地下商業(yè)、配套服務(wù)設(shè)施及辦公樓等。建設(shè)用地1.60hm2，總建筑面積84713.9m2（其中地上建筑面積42627m2，地下建筑面積42086.9m2），容積率2.8，建筑密度40%，綠地率30%。沿街商業(yè)區(qū)域設(shè)置下沉庭院，面積372m2，與地下1層連接，露天設(shè)計。建筑物±0.00設(shè)計標(biāo)高為43.37m，設(shè)計室外道路地坪高程為42.80～42.90m，下沉廣場區(qū)域地面設(shè)計高程37.47m。下沉廣場開口四周設(shè)置高于周邊地坪30cm的反坡，并沿下沉廣場四周設(shè)置20cm高的臺階，臺階上做防護欄桿，入下沉廣場處臺階高于室外地坪50cm。

項目區(qū)共分為室外排水和下沉庭院排水2個雨水排除系統(tǒng)，其中，室外雨水管線設(shè)計重現(xiàn)期為3年一遇，屋頂及地面雨水經(jīng)雨水管線收集至容積400m3的雨水調(diào)蓄池內(nèi)，經(jīng)調(diào)蓄后通過市政雨水管最終排至河道；下沉庭院總匯水面積1250m2，下沉庭院四周設(shè)置排水溝（矩形，0.50m×0.50m），雨水經(jīng)排水溝收集后匯入集水坑內(nèi)，經(jīng)潛水泵（6臺，流量60m3/h，揚程15m）提升后排至項目區(qū)400m3的雨水調(diào)蓄池內(nèi)，通過雨水調(diào)蓄池調(diào)蓄后排入市政管網(wǎng)，最終排至河道。本項目擬建室外雨水管設(shè)計管徑DN500，管線總長484m，平均埋深1.6m；下沉庭院排水溝斷面為矩形0.50m×0.50m，長261m。

根據(jù)前述，下沉庭院內(nèi)澇標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，排水標(biāo)準(zhǔn)也為50年一遇，即保證下沉庭院外50年一遇的雨水不進入下沉庭院內(nèi)部，與下沉庭院與地下室1層連接部分50年一遇的雨水能順利排出，保證安全。

2.1 下沉庭院外部50年一遇內(nèi)澇水深

對整個項目區(qū)匯水范圍進行計算，根據(jù)《北京市水文手冊》第一部分暴雨圖集，查得建設(shè)項目50年一遇1h、6h、24h最大雨量和相應(yīng)Cv值，取Cs/Cv=3.5計算不同歷時的設(shè)計暴雨，根據(jù)《城市雨水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計暴雨徑流計算標(biāo)準(zhǔn)》，計算得建設(shè)項目50年一遇1440min雨量分配過程。

根據(jù)建設(shè)項目下墊面情況，得出內(nèi)澇計算范圍內(nèi)50年一遇建設(shè)項目綜合徑流系數(shù)0.72。采用試錯法計算得到5min內(nèi)平均損耗量fc，低于fc的暴雨全部消耗，高于fc的暴雨為消耗后的凈雨量，即得各5min時段的設(shè)計凈雨量過程線。

逐時段推求計算時段積水深度，項目涉及積水計算按“先填洼、后填平”原則，結(jié)合項目設(shè)計方案及周邊地勢，發(fā)生50年一遇降雨時，項目區(qū)最大積水深度為27cm，最大淹沒歷時40min。主體設(shè)計在下沉庭院開口四周設(shè)置高于周邊地坪30cm的反坡，并沿下沉庭院四周設(shè)置20cm高的臺階，臺階上做防護欄桿，入下沉庭院處臺階高于室外地坪50cm，保證50年一遇時澇水不進入下沉庭院，符合要求。

2.2 下沉庭院內(nèi)部50年一遇內(nèi)澇水深

下沉庭院總匯水面積為下沉庭院的投影面積（372m2）和側(cè)墻面積（878m2），即下沉庭院總匯水面積為1250m2。根據(jù)建設(shè)項目下墊面情況，項目下沉庭院主要為硬質(zhì)鋪裝和綠化，50年一遇綜合徑流系數(shù)0.9。下沉庭院雨水經(jīng)四周500mm×500mm的排水溝排入3個集水坑內(nèi)，每處集水坑設(shè)置2臺泵，集水坑中雨水通過6臺（流量50m3/h，揚程15m）潛水泵抽排至項目區(qū)雨水調(diào)蓄池內(nèi)，通過溢流管排至市政雨水管網(wǎng)，最終排至河道。下沉庭院位于地下5.6m處，排水泵揚程為15m，經(jīng)計算，雨水經(jīng)水泵抽排后，下沉庭院最大積水深度5cm，建設(shè)項目的地下1層室內(nèi)和下沉庭院高差為0.45m，較積水深度0.05m高0.4m，滿足GB 50014-2016《室外排水設(shè)計規(guī)范（2016年版）》底層不進水的要求。

3 結(jié)語

隨著城市快速發(fā)展，下沉庭院的內(nèi)澇問題日益凸顯，本文結(jié)合工程實例，提出下沉庭院內(nèi)澇防治措施。下沉庭院設(shè)計應(yīng)采取“攔、截、蓄、排”方式防止內(nèi)澇積水，即在下沉庭院周邊設(shè)置攔水坎和截水溝，阻止50年一遇雨水進入下沉庭院，且將下沉庭院50年一遇的降雨收集提升至室外蓄水池內(nèi)，再通過蓄水池排水管排入市政管道。在強降雨時確保下沉庭院排水安全的同時也減少市政管網(wǎng)的排水壓力。針對下沉庭院內(nèi)澇頻發(fā)問題，應(yīng)提高該區(qū)域的排水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國內(nèi)外城市內(nèi)澇治理經(jīng)驗，減少硬化地面面積，加強排水設(shè)施的維護管理等，從而保證人民群眾生命財產(chǎn)安全，促進城市經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。