海綿城市建設年徑流總量控制率指標的分解優化

喬夢曦，王 晨，常 魁，王澤深，石國強

(中規院〈北京〉規劃設計公司，北京 100037)

1 研究背景

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》[1](簡稱指南)，海綿城市規劃的控制目標一般包括徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等。鑒于徑流污染控制目標、雨水資源化利用目標大多可通過徑流總量控制目標實現，且年徑流總量控制指標易于量化目標，也易于量化控制效果[2-3]，因此，在海綿城市規劃中通常采用徑流總量控制目標作為首要的控制目標。

在設計過程中發現，徑流總量控制目標的取值和分解是海綿城市規劃設計的重點和難點[4]。徑流總量控制率的取值過低，達不到污染防治和緩解內澇的效果；取值過高，可能破壞原有的水文平衡，造成投資效益降低、設施規模過大等問題。指標的取值也較少考慮場地不同建設階段的影響，像老舊小區改造，改造空間受限，很難達到較高控制率的要求或為了達到控制率目標，建設大量灰色設施，造成指標落地性差、施工難度大等問題[5-6]。因此，徑流總量控制率的合理取值對海綿城市建設至關重要。

對于年徑流總量控制率的目標分解，基礎資料完備的城市可以通過水文、水力模型模擬的方法進行分解；在不具備條件的地區，常用試算分解法進行指標分解。試算分解法的計算流程如圖1所示。首先確定規劃區的年徑流總量控制率目標，然后根據城市控制性詳細規劃階段提出的各地塊綠地率、建筑密度等規劃控制指標，初步提出各地塊的低影響開發控制指標，可采用下沉式綠地率及其下沉深度、透水鋪裝率、綠色屋頂率、其他調蓄容積等單項或組合控制指標，分別計算各地塊低影響開發設施的總調蓄容積。通過加權計算，得到各地塊的綜合雨量徑流系數，確定地塊低影響開發雨水系統的設計降雨量，對照年徑流總量控制率與設計雨量的關系，確定各地塊年徑流總量控制率。各地塊年徑流總量控制率經匯水面積與各地塊綜合雨量徑流系數的乘積加權平均，得到規劃區域的年徑流總量控制率。通過調整控制指標，反復試算直到滿足總體規劃階段提出的控制率目標要求[1,7]。

圖1 年徑流總量控制指標分解試算法流程Fig.1 Flow Chart of Decomposition Test Algorithm for Total Annual Runoff Control Index

試算分解法相對簡單，不論新老地塊按照統一原則進行分解，較少考慮到地塊建設階段的影響；該方法也忽略了當地水文、水環境的影響，沒有充分考慮到雨水的流動性和海綿節點調蓄上游超標雨水的能力。為計算簡便，排水分區常以道路為邊界劃分計算單元，與依據豎向和管網劃定的排水分區有一定的出入[8]，也會造成一定的計算偏差。因此，通過試算法分解的指標，未充分利用場地的綠色基礎設施，在實施層面易導致指標落地性差，難以滿足上位規劃的目標要求。為解決上述問題，對試算分解法提出優化。

2 指標分解優化思路與技術路線

本文考慮到場地的不同建設階段對指標取值的影響，對新建用地和老舊城區分別取值。城市新區、各類園區、成片開發區等新建用地的年徑流總量控制率指標以目標為導向，保護生態本底，合理控制開發強度，“自上而下”確定指標取值。老舊城區由于其開發強度高、硬化面積比例高、綠地率低、管網建設標準低、改造實施空間有限等原因，易造成內澇、水體黑臭等問題，老舊城區海綿建設目標的選取應以問題為導向，“自下而上”地確定適宜的年徑流總量控制率指標。

圖2 年徑流總量控制指標優化分解技術路線Fig.2 Optimized Decomposition Technical Route of Total Annual Runoff Control Index

指標分解的校核，經試算后，規劃區年徑流總量控制率若不滿足城市總體目標的要求，可通過調整新建用地的指導性指標，調整海綿節點的調蓄能力，或是調整灰色基礎設施的規模等方式，重新計算規劃區的年徑流總量控制率，使其滿足城市的總體目標要求。由于老城區現狀條件有限，其指導性指標是根據現狀條件確定的可以實現的指標，在后續的試算調整中就不再調整老城區的指導性指標。下文以珠海市洪灣保稅一體化區域為例，對其海綿城市年徑流總量指標分解進行優化。

3 實例應用分析

3.1 項目概況

項目規劃區域為珠海市洪灣保稅一體化區域(下文簡稱一體化區域)，位于珠海市南灣區南部，由中等山體、坡積地和洪積地3種類型構成，地勢東高西低、南高北低。一體化地區總面積為25.66 km2，屬于南亞熱帶海洋性季風氣候，多年平均降雨量為2 271.6 mm，每年4月—9月為雨季，降水日數占全年降水日數的80%以上。

3.2 指標初步確定

3.2.1 城市總體目標的確定

確定規劃區年徑流總量控制率的總體目標及其對應的設計降雨量。年徑流總量控制目標可依據《指南》中控制率分布圖的推薦值或是遵循LID理念“恢復到開發前自然水文狀態”等統籌考慮[9-10]。珠海市根據《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》(國辦發〔2015〕75號)中海綿城市建設要求，確定了海綿城市建設目標要求，其中年徑流總量控制率要求，2020年規劃區內建成區30%面積達到年徑流總量控制率≥70%，2030年規劃區內建成區80%面積達到年徑流總量控制率≥70%。

3.2.2 流域單元和排水分區的劃分

根據規劃區范圍內自然地形、河流水系流向、排水管渠系統和行政區劃分等因素劃定流域分區。一體化區域按流域單元進行劃分，利用ArcGIS中的水文分析工具從一體化區域DEM中提取流域水文特征進行流域劃分，包括DEM的預處理→水流方向的確定→水流量積累提取→河網的提取→集水區的提取，最后進行流域劃分，再綜合考慮路網、控規等內容，將洪灣保稅一體化區域劃分為6個流域，如圖3所示。

圖3 產匯流特征分析Fig.3 Characteristic Analysis of Runoff and Confluence

綜合現狀河涌水系的布局、地形豎向與衛星測繪資料、現狀和控規雨水管網資料、現狀與規劃城市用地等情況，劃定各個流域單元內的排水分區，并進行編號，作為指標分解的計算單元。以一體化區域VI流域為例(圖4)，VI流域共確定14個排水分區。

圖4 排水分區劃分示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Drainage Zoning

3.2.3 排水分區分類

3.內容構成。習作題材在小學習作中包括寫人、事、景、物四大類，這幾種類型幾乎是在每一學年都會有，只是要求逐漸提高。此外，每個年級的下冊都有一次不限題材的自由習作，這是人教版小學語文習作的一大特點。習作的體裁主要有記敘文、應用文、說明文、議論文四種體裁。低年級主要以記敘文為主，在中高年級雖慢慢增加了其他三類的體裁習作，但還是以記敘文為主，只有寫“讀后感”劃分為議論文。

根據排水分區內場地條件和建設模式，分成新建用地和老舊城區改造2類，分別對其進行指標分解。老舊城區結合現場實地調研，梳理統計下墊面情況，包括綠地、裸土、道路、建筑、水域和鋪裝等。新建用地結合控制性詳細規劃等相關基礎資料，梳理統計流域范圍內各類建設用地情況，用地類型包括居住用地、公共設施用地、公園綠地和工業用地等。

3.2.4 新建用地指標的確定

新建用地主要根據年徑流總量控制率目標和宗地特性，以目標為導向，初步確定宗地不同用地類型的單項指導性指標。單項指導性指標包括下沉式綠地率、下沉深度、透水鋪裝率、綠色屋頂率等。一體化區域參考同類型城市單項指導性指標的取值范圍，如表1所示。

表1 單項措施的指導性指標Tab.1 Guiding Indicators for Individual Measures

以一體化區域某一新建排水分區為例，該場地現狀主要為農田和水塘，如圖5所示。根據控規，該區域將開發建設成以產業為主兼有商業和居住功能的區域，根據排水分區的劃分，確定每個宗地在排水分區所占的比例和面積，宗地性質如表2所示。

考慮到排水分區內有海綿措施，單項指標確定為可取范圍值的下限，采用容積法計算每個宗地的調蓄容積，不同匯水面通過加權平均計算宗地海綿建設后的徑流系數，得到各宗地的控制降雨量以及對應的年徑流總量控制率，如表3所示。

初步試算出該排水分區的現狀年徑流總量控制率為59%，設計降雨量約為19.4 mm。通過控制排水分區內地面豎向，確定超標雨水徑流通道，將宗地內超標雨水沿著徑流通道排至末端的海綿措施進行再消納。根據末端海綿措施的面積和調蓄深度，增加調蓄空間約為857 m3，整體提升了排水分區內的徑流控制能力，該排水分區年徑流總量控制率提升至69%。

圖5 新建用地排水分區示意圖Fig.5 Schematic Diagram of Newly Built Drainage Zoning

表2 新建排水分區宗地信息Tab.2 Parcel Land Information of Newly Built Drainage Zoning

表3 新建排水分區指標分解計算Tab.3 Index Decomposition Calculation of Newly Built Drainage Zoning

3.2.5 已建設用地指標的確定

通過查看一體化區域的衛星圖片和實地調研，對于已開發建設的排水分區，針對該排水分區所面臨的水環境問題，結合控規要求，對現狀進行改造，考慮到建設難度，判別老城區可改造的程度，確定可改造區域。以一個已開發用地的排水分區為例，如圖6所示。

圖6 已建城區排水分區示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Built Drainage Zoning

該排水分區北側有一片建筑密度高的老舊城區，地勢低洼且下游管網排水不暢，常年易內澇積水。通過容積法試算該排水分區的現狀年徑流總量控制率為52%。近期以緩解內澇問題為導向，識別老城區下游一處坑塘可作為海綿措施，坑塘附近通過雨水溝改造，盡可能將周圍的雨水通過地表流入坑塘，其他區域通過管線改造和加大泵站排水能力，抽排至坑塘或下游管網。經近期改造后，坑塘增加了分區內雨水的調蓄能力，提升排水分區的現狀年徑流總量控制率至56%。遠期根據控規圖則，該區域將被改造為新的住宅區，宗地信息如表4所示。

表4 已建排水分區宗地信息Tab.4 Parcel Land Information of Built Drainage Zoning

遠期結合控規，宗地的指導性指標選取參考新建設用地的單項指導性指標，僅考慮宗地內源頭的海綿措施，排水分區的年徑流總量控制率為66%，設計降雨量為25 mm，再疊加過程中徑流通道的構建和末端海綿措施的調控，整個排水分區的年徑流總量控制率提高至71%，如表5所示。

表5 已建排水分區指標分解計算Tab.5 Index Decomposition Calculation of Built Drainage Zoning

3.3 試算校核調整

根據排水分區的開發建設階段，將所有排水分區劃分為新建和已建用地，分別確定控制指標。通過加權平均的方法，試算流域單元年徑流總量控制率和規劃區的年徑流總量控制率。經第一次試算后，若結果等于或略高于目標值，即可認為試算完成；若結果遠遠高于目標值，可適當調整指導性指標的選取范圍，同時校核海綿措施的調蓄能力以及上游徑流的可達性；若結果低于目標值，可適當提高新建用地的指導性指標，或增加海綿措施的調蓄能力，同時保證上游徑流的可達性，已建用地根據現狀條件確定指導性指標，故不調整已建用地指標。

一體化區域通過指標分解優化計算，第一次試算年徑流總量控制率為71%，滿足目標值的要求，且更好地協調了綠色與灰色、地上與地下、分散與集中措施的關系，增強了指標的落地性。

4 結論

針對海綿城市常用指標分解方法存在落地性差的問題，對常用的分解試算法進行了優化。

(1)根據場地的不同建設階段，分為新建用地和已建用地分別進行指標分解。新建用地參考常用的指標分解方法；已建用地結合現狀問題，識別可改造區域，確定可改造程度，從而確定指標取值，增強了老城區改造指標的可實現性。

(2)指標分解計算以排水分區為計算單元，其中，排水分區需要考慮水系、地形、場地豎向、管網和用地等因素科學劃定，從而真正實現“源頭-過程-末端”的管控。在排水分區內，充分利用綠色基礎設施，同時平衡地上與地下、分散與集中的關系，使指標分解更為合理。

(3)根據目標反復試算調整的過程中，只調整新建用地的指標，不改變已建用地的指標，確保已建用地改造指標落地的可實現性。

通過珠海洪灣一體化區域為例，采用上述方法對指標分解試算優化，增強一體化區域指標分解的科學性；與常用試算法相比，充分利用了地上的綠色基礎設施，為后續項目落地制定更合理的指標管控要求。