太湖流域平原河網地區建筑與小區徑流污染產生及控制分析

孫宏偉 ，陸 全

（1.江蘇筑原建筑設計有限公司，江蘇 常州 213000；2.江蘇中技筑原綠色建筑設計咨詢有限公司，江蘇 常州 213000）

我國快速城鎮化進程中，城市人口聚集度高，城市開發強度大，改變了原有自然生態本底和水文特征，破壞了天然海綿體和自然水文循環，導致水生態惡化、水環境污染、水資源緊缺、水安全缺乏保障等問題。低影響開發（以下簡稱LID）雨水設施是城鎮排水防澇系統的重要組成部分，承擔著徑流雨水源頭減排、截污凈化等重要功能，是實現徑流污染控制的重要工具。本文針對場地尺度的建筑與小區類項目，分析建筑與小區徑流污染產生過程及對策，探討基于徑流污染控制的徑流總量及徑流峰值校驗核算方法，為實現海綿城市建設及地表水水質目標提供科學依據[1-2]。

1 海綿城市核心內涵

中央城鎮化工作會議貫徹生態文明、可持續發展理念，明確大力建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市，實現“小雨不積水、大雨不內澇、水體不黑臭、熱島有緩解”的建設目標?！逗＞d城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》（試行）明確了海綿城市的概念、建設路徑和基本原則，制定了地方城市開展海綿城市建設的技術路線與方法。

海綿城市建設過程中，筆者認為建筑與小區類項目的設計應秉持“適用、經濟、生態、平衡”理念，選擇因地制宜、經濟高效、易于維護的低影響開發雨水設施及其組合系統，實現徑流雨水源頭減排、LID設施平面布置與景觀生態設計美學的平衡，實現經濟效益、環境效益與社會效益的統一[3]。

2 平原河網地區水文地質特點

太湖流域平原河網地區河網密布、湖泊眾多，水系按地形及水流運動，大致可分為太湖和低平原的黃浦江水系和沿江沿海水系。多年平均降雨量為1 181mm，其中60%的降雨集中在5～9月，降雨年內年際變化較大，最大為最小年降水量的2.4倍。

該地區地質構造主要為第四紀松散淤積土覆蓋，在深度80m以內，以中、低壓縮性的黏性土、粉土和粉砂為主，淺層10m范圍內土層主要為表層填土及新近沉積土，滲透系數一般為10-6～10-3m/s；埋深3～6m的硬可塑黃褐色黏性土，滲透系數一般為10-6～10-8m/s?？傮w而言，淺部土層對地表水的吸儲性較差。地下水位埋深較淺，多為2～5m。

3 建筑與小區徑流污染產生與控制

3.1 徑流污染產生

徑流污染產生通常包括2個階段，即晴天街塵靜態累計和雨天徑流動態沖刷。建筑與小區中的街塵顆粒物是徑流污染物的重要載體，其單位面積質量及下墊面狀況決定其對徑流污染負荷貢獻的大小，在人工清掃、降雨沖刷等作用下自由態街塵負荷急劇減少，建議小區道路澆灑次數適量提高至45～60次 /年。

LID設施對徑流雨水中不同粒徑顆粒物的去除具有選擇性，粒徑大小影響晴天累計、雨天沖刷及污染物種類、濃度等。綠地對大粒徑顆粒的去除率相對較高，中間粒徑（44～105μm）顆粒污染物相對不易沉淀及被吸附。

小區微地形及坡度豎向設計影響顆粒物的遷移分布，地勢低洼處更容易蓄存街塵，海綿城市設計中建議在地勢低洼處增設沉淀池、截污掛籃等截污設施，適當加大人工清掃頻次[4]。

3.2 徑流污染控制措施

建筑與小區類項目的海綿城市設計中，徑流污染控制技術措施主要包括透水磚鋪裝、綠色屋頂、復雜性生物滯留設施、植草溝、濕塘、雨水濕地、蓄水池等。其中，透水磚鋪裝、復雜性生物滯留設施和蓄水池因其污染物去除率高，在工程實際中應用范圍最廣。蓄水池設計中宜設置自動反沖洗裝置，定期清洗維護以保障雨水回用達到用水水質要求[5]。

3.3 徑流污染控制校驗核算方法

建設用地內應對年雨水徑流污染、徑流總量和徑流峰值進行控制，平原河網地區水系發達，應將徑流污染作為重要控制目標，滿足城市水環境質量要求。平原河網地區建筑與小區的徑流污染控制校驗核算方法是基于徑流污染控制目標，對徑流總量、徑流峰值目標進行校驗核算。

1）徑流污染計算參照《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》（試行）中年SS總量去除率公式，低影響開發雨水系統的年SS總量去除率一般可達40%～60%。計算公式如下:

2）徑流總量計算參照《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》（試行）中容積法計算公式:

式中，V為設計調蓄容積，m3；H為設計降雨量，mm；ψ為綜合雨量徑流系數；F為匯水面積，hm2。

3）徑流峰值計算 參照GB 50400—2016《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》中需控制及利用的雨水徑流總量計算公式:

式中，W為需控制及利用的雨水徑流總量，m3；ψc為雨量徑流系數；ψ0為控制徑流峰值所對應的徑流系數，應符合當地規劃控制要求；hy為設計日降雨量，mm；F為硬化匯水面面積，應按硬化匯水面水平投影面積計算，hm2。

基于徑流污染控制目標，對徑流總量、徑流峰值目標進行校驗核算的步驟如下。

1）確定城市總體規劃階段提出的年徑流總量控制率目標R1。

2）確定城市總體規劃階段提出的徑流污染控制目標即年SS總量去除率指標。

3）滿足徑流污染控制目標的年徑流總量控制率R2試算 海綿城市設計方案:綜合選擇透水磚鋪裝、復雜性生物滯留設施、蓄水池等低影響開發雨水設施及其組合系統，并且蓄水池同時滿足雨水回用需求，參照各種LID設施的污染物去除率（以SS計），通過各種LID設施面積加權計算得到低影響開發設施對SS的平均去除率，其中蓄水池設施對應面積宜根據蓄水量與年徑流總量控制率目標R1相應設計調蓄容積所占比例面積線性插入計算；根據式1試算場地年徑流總量控制率R2。

4）滿足徑流總量控制目標的年徑流總量控制率R3試算 通過下墊面面積加權計算得到綜合雨量徑流系數，計算LID設施總調蓄容積，根據式2計算設計降雨量，對照統計分析法計算出的年徑流總量控制率與設計降雨量的關系，確定場地年徑流總量控制率R3。

5）滿足徑流峰值控制目標的試算 通過下墊面硬化面積加權計算得到綜合雨量徑流系數及硬化匯水面面積，根據式3確定需控制及利用的雨水徑流總量；步驟4中的LID設施總調蓄容積≥需控制及利用的雨水徑流總量，即為滿足徑流峰值控制目標。

6）重復步驟3～5，直到滿足年徑流總量控制率R3同時滿足大于R1和R2，并且步驟4中的LID設施總調蓄容積≥需控制及利用的雨水徑流總量，最終得到同時滿足徑流污染、徑流總量和徑流峰值控制目標的海綿城市設計方案。

4 案例分析

4.1 項目概況

太湖流域平原河網地區某地塊規劃用地面積5萬m2，建筑用途為住宅和商業，建筑密度35%，綠地率30%。規劃建設條件中約束性指標規定:年徑流總量控制率目標≥75%，對應設計雨量23.2mm，年SS總量去除率指標≥50%；引導性指標規定:透水鋪裝率≥30%，海綿型綠地率≥30%。

根據項目定位、現狀條件及問題分析，場地徑流污染物主要為街塵顆粒物，小區采用雨水回用用于綠化澆灌和道路澆灑，道路澆灑次數提高至55～60次/年。地勢低洼處增設截污掛籃設施，適當加大人工清掃頻次。蓄水池采用PPB塑料模塊拼裝，設置預處理裝置、自動反沖洗裝置和地埋式一體化水處理設備，如圖1，2所示，定期清洗維護，保障雨水回用達到用水水質要求。蓄水池按滿足3d用水量核算需要約250m3。

圖1 雨水模塊

圖2 地埋式一體化水處理設備

海綿城市設計時秉持“適用、經濟、生態、平衡”的設計理念，綜合選擇的LID設施及其組合系統主要包括透水磚鋪裝、雨水花園、下沉式綠地和蓄水池。

4.2 徑流污染控制校驗核算

基于徑流污染控制目標，對徑流總量、徑流峰值目標進行校驗核算，步驟如下。

1）總體規劃階段提出的年徑流總量控制率目標R1＝75%。

2）總體規劃階段提出的年SS總量去除率指標為50%。

3）滿足徑流污染控制目標的年徑流總量控制率R2試算。海綿城市設計方案:綜合選擇透水磚鋪裝、雨水花園、下沉式綠地和蓄水池，其中透水磚鋪裝8 750m2，雨水花園750m2，下沉式綠地1 500m2，蓄水池400m3，蓄水池對應面積31 108m2；計算得到低影響開發設施對SS的平均去除率為0.65；根據式1試算場地年徑流總量控制率R2=77%。

4）滿足徑流總量控制目標的年徑流總量控制率R3試算。通過下墊面面積加權計算得到綜合雨量徑流系數0.55，LID設施確定總調蓄容積738m3，根據式2計算設計降雨量26.61mm，場地年徑流總量控制率R3=78%。

5）滿足徑流峰值控制目標的試算。根據式3確定需控制及利用的雨水徑流總量736m3，滿足徑流峰值控制目標。

6）經多次調整海綿城市設計方案，重復步驟3～5，最終得到同時滿足徑流污染、徑流總量和徑流峰值控制目標的海綿城市設計方案。

5 結語

1）針對太湖流域平原河網地區建筑與小區徑流污染產生過程及對策進行分析，建議小區道路澆灑次數適量提高至45～60次/年；在地勢低洼處增設沉淀池、截污掛籃等截污設施，適當加大人工清掃頻次；蓄水池設計中宜設置自動反沖洗裝置，定期清洗維護保障雨水回用達到用水水質要求。

2）探討基于徑流污染控制的徑流總量及徑流峰值校驗核算方法，得到同時滿足徑流污染、徑流總量和徑流峰值控制目標的海綿城市設計方案，為實現海綿城市建設及地表水水質目標提供科學依據。

3）平原河網地區具有地下水水位埋深淺、土壤滲透系數低、徑流污染成因復雜等特點，徑流污染產生及控制策略還有待進一步研究分析。