海綿城市理念應用于地下空間綜合體的效益分析

□文/楊 建

隨著我國城鎮化快速發展，公共綠地減少，硬質地面增加，全國范圍內海綿體嚴重不足[1]，導致汛期城市內澇災害頻現，雨水資源流失，地下水位降低，水資源短缺，同時徑流污染嚴重，面源控制較難，水環境惡化[2]。為優化城市建設，改善以上問題，國務院提出建設“海綿城市”的概念，同時相繼出臺一系列政策法規推進海綿城市建設。此外，住房和城鄉建設部在總結國外實踐經驗的基礎上，針對我國實際情況發布了《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》（以下簡稱為《指南》），全國30個城市在相關部門的支持下開展了海綿城市建設試點。

海綿城市能夠產生多方面的效益，西咸新區灃西新城海綿城市建設完成后，黨菲[4]利用建設效益貨幣化方法測算海綿城市建設的效益，結果顯示，試點區總面積為22.5 km2，產生的總效益為5 098.58 萬元/a，其中經濟效益1 897.16萬元/a，社會效益61.11萬元/a，生態效益3 140.31萬元/a。固原市玫瑰苑小區進行海綿化改造后，通過節約城市排水設施費用、自來水費，產生直接經濟效益約7.41萬元/a，同時可固碳8.18 t/a，釋氧6.31 t/a，吸收二氧化硫50.73 kg/a[5]。可以看到，海綿城市不但節約成本，產生經濟效益，帶來的生態效益也十分可觀。

國外非常重視類似中國“海綿城市”的構建。美國最先提出低影響開發理念（LID），將其作為政府處理社會發展和生態保護的重要措施，提出在排放源頭控制雨水，強調人工排水系統在建設過程中應盡量擬合自然界水文環境[6]。英國推廣一種新型排水理念，即可持續排水系統（SUDS），強調通過源頭徑流削減技術和一系列收集、調蓄、處理地表徑流技術，以削減徑流量并控制徑流污染，同時將上述設計提前納入城市規劃設計中[7]。德國提出分散式雨水管理理念（DRSM），對降水在城市生態系統中的作用有較早的認識和研究且在綠色屋頂、生物滲透、透水路面和雨水回用等代表性技術方面有廣泛應用[8]。

本文以某城市地下空間綜合體項目為依托，結合海綿城市建設的設計要求和思路，運用各種低影響開發設施，解決城市發展過程中所需要面臨的水生態、水資源、水環境和水安全等問題。

1 工程概況

項目所在地屬北溫帶大陸性季風氣候，溫度適中、季節特點明顯，春季呈現干旱少雨的特點，夏季表現炎熱多雨，平均降雨量640.9 mm/a，區域季汛期內澇現象突出。項目是以高鐵站為中心，東側方向延伸出的一條綠廊。A區、B區、C區為項目主體部分，D1區、D2 區、D3 區、D4 區分布四周。A 區、B 區、C 區內人行步道橋在負一層、地面層和地上一層上下穿梭，形成“流動體”，D 區四個分區均布置下沉廣場，景觀總面積約24萬m2。見圖1。

圖1 景觀設計范圍

2 設計方案

2.1 設計目標

1）年徑流總量控制率＞75%（設計降雨量為22 mm）。

2）硬化面積配建調蓄面積≥25 m3/km2。

3）雨水綜合徑流系數＜0.5。

2.2 海綿城市方案設計

通過人行步道橋將建筑空間和景觀空間進行連接，形成立體的景觀通廊，打造成為一個有機的、立體的、連續的綜合體，在滿足高鐵站廣場人流、車流、物流的同時，為都市人提供多元化的活動場所，引領新型都市生活方式，提升城市的魅力。見圖2。

采用綠色屋頂，設置植草溝和雨水管渠，將雨水引入場地內的集中調蓄設施。路面雨水匯入道路綠化帶及周邊綠地內的低影響開發設施，通過設施內溢流排放系統與城市雨水管渠系統、超標雨水徑流排放系統相銜接。綠道利用透水性鋪裝以及雨水收集系統，實現工程范圍內雨水就地消納和吸收。自然形成或人工挖掘的淺凹綠地，被用于匯聚并吸收來自地面的雨水，通過植物、沙土的綜合作用使雨水得到凈化，使之逐漸滲入土壤，涵養地下水。見圖3。

圖2 景觀設計

圖3 海綿設施設計

項目被市政道路劃分為7個匯水分區，各分區海綿設施設置及匯水面積，見表1。確定各類地面雨量徑流系數取值，然后進行加權平均，從而得出全區域綜合雨量徑流系數為0.35＜0.5，滿足海綿設計目標要求。見表2。

表1 各分區海綿設施設置及匯水面積

表2 各分區匯水面積及徑流系數

根據《指南》中我國大陸地區年徑流總量控制率分區圖，項目所在地控制率在70%～85%。依據新開發區域的海綿城市建設要求，年徑流總量控制率≥75%[9]，對應的設計降雨量為22.0 mm。

海綿城市雨水調蓄池是為了設置雨水的暫存空間來滿足雨水利用的要求，待降雨結束后將雨水凈化并利用。

式中：V——設計調蓄容積，m3；

H——設計降雨量，為22 mm；

φ——綜合雨量徑流系數，本項目加權平均計算后為0.35；

F——匯水面積，為24 hm2。

根據式（1），得出需設計調蓄容積1 848 m3；根據每千平方米硬化面積配建調蓄面積≥25 m3，得出需設計調蓄容積2 988.3 m3；實際設計調蓄容積為3 573.9 m3，滿足海綿設計目標要求。

3 海綿技術應用的效益分析

3.1 海綿技術應用前后的技術評價

項目位于高鐵站東側，兩側集樞紐型商務、商貿、物流、居住中心為一體，建成后人流活動加劇，徑流污染對水環境質量的影響逐漸增大，建設地點下墊面硬化，雨水徑流系數增大，從而加大雨水管道設計流量。區域內綠地，需要定期澆灌，需水量比較大。

應用海綿技術后，利用雨水花園、生物滯留區、滲溝、透水鋪裝的空間和路徑，滯留雨水，減小徑流系數，延緩匯水時間，降低匯水速度，從而降低排入周邊市政雨水管網的雨水量。經過海綿設施的凈化，降低徑流污染，減少對周邊水環境質量的影響。設置的調蓄池可儲存雨水，經凈化處理用于景觀綠化澆灌，從而減少綠化澆灌需水量。

3.2 節約城市設施排水產生的效益

通過設置海綿設施，不僅使自身雨水不外排，同時周圍不透水地面的雨水也能迅速匯集。通過對城市雨水徑流的污染控制、利用或滲透處理，每年市政管網排放雨水量減少，市政管網的壓力相應減輕，建設維護費用也隨之節省[10～11]。

式中:A1——節約城市排水設施的費用，元；

M1——管網運行費用，結合實際情況，取0.08元/m3；

V1——海綿化建設減少的雨水外排體積，m3。

式中：H2——鄭州市年平均降雨量，640.9 mm。

式中：φ1——設置海綿設施前的綜合雨量徑流系數，經計算，為0.65；

φ2——設置海綿設施后的綜合雨量徑流系數，即0.35。

利用海綿設施所減少的雨水排放量為46 145 m3/a，節約城市排水設施的費用為0.37萬元/a。

3.3 節水產生的效益

節水產生的經濟效益

式中：A2——節水產生的經濟效益，元；

M2——每水造成的經濟損失[11]，取5.48元/m3；

V2——節水量，m3。

建設海綿設施后，所減少的雨水排放體積為323 982.6m3/a，經計算可得節水產生的經濟效益為177.5萬元/a。

3.4 其他效益

在建設海綿城市的過程中，景觀綠地面積增加1.37×105m2，綠地每年能夠吸收二氧化硫1 t/hm2，吸收二氧化碳2.805 t/ hm2，釋放氧氣2.025 t/ hm2，減塵9.75 t/hm2。根據碳排放交易及污染物排放交易權的市場價格，可帶來的效益共693萬元/a。

綠色植物具有優秀的保健作用，居住人員的發病率因良好的景觀綠化而減少，按照按每人次節約醫療費用100 元、周邊商住受益人數每年15 萬人計算，節約的醫療費用共計500萬元/a。

4 結論

1）結合工程實際情況，合理設置海綿措施，結合“滲、滯、蓄、凈、用、排”等技術應用，展現基于“海綿城市”理念的地下空間綜合利用工程。對項目所在地而言，實現修復城市自然生態本底，是解決城市內澇、雨水收集利用、水體污染治理、防洪減災等問題的有效途徑，是創造智慧城市、園林城市、生態城市、宜居城市、國際旅游城市的需要，也是城市可持續發展的必然選擇。

2）合理控制場地年徑流總量控制率，實現場地雨水的良性循環，使雨水徑流控制率滿足要求，達到75%，綜合雨量徑流系數降至0.35，達到設計目標。海綿化設計后可在節約城市排水設施費用、節水方面產生良好效益，可產生直接經濟效益約25.7萬元/a，按海綿設施有效期25 a計算，可節約成本642萬元。