基于實測的地塊海綿城市建設績效考核指標計算方法的研究

常儇宇，郭 清

（昆山市建設工程質量檢測中心，江蘇 昆山 215337）

0 引言

近年來，人們越來越重視社會發展過程中城市建設和生態環境的協調關系，以維持社會建設的可持續發展。海綿城市建設作為一種低影響開發模式，有利于保護自然生態格局，維系生態本底的滲透、滯蓄、蒸發（騰）、徑流等水文特征的原真性，保護和恢復降雨徑流的自然積存、自然滲透、自然凈化，提高水生態系統的自然修復能力［1］。

昆山自 2016 年入選為江蘇省海綿建設試點城市以來，在全市范圍大力推廣海綿城市建設理念，同時在示范區范圍內建成了一大批海綿城市項目。昆山根據水資源環境特征及城市現狀問題，結合自身探索，以提升城市彈性、可持續性和宜居性為目標，重構水與公共空間價值觀。其中，昆山杜克大學校區低影響開發項目、江南理想校區和康居公園區域建設項目、昆山市中環路海綿型道路改造項目入選國家案例集［2］，隨著海綿建設工作的不斷開展，這些建成的海綿項目是否達到預期效果，實際施工建設能否按照規劃設計完成，建設效果是否達到設計目標，均需要對其進行評估。

根據海綿城市建設的理念和內涵，年徑流總量控制率和年 SS 總量去除率為地塊海綿城市建設的核心控制指標［3］，在每個地塊規劃設計階段均對這兩個指標提出了明確要求，但這兩個指標在地塊項目建設過程中會受到實際地形環境、施工技術水平及各專業的配合情況等因素的影響，因此海綿城市建設完成后對這兩個核心指標的核查過程應充分考慮各影響因素，使得地塊海綿城市建設績效能夠得到精確評估。

本文以實際工程為例，介紹了一種基于實測的地塊海綿城市建設績效考核指標計算方法，以期為地塊海綿城市建設績效評估工作及如何在實際施工過程中控制海綿城市建設施工質量，實現海綿城市績效提供借鑒和參考。

1 研究項目和評估指標

1.1 研究項目

昆山某新建居住小區，位于昆山市鎮東圩區，地面高程一般在 3.2 m 以下，易受洪澇威脅，地下水位較高，土壤漬害較重，項目地塊呈矩形，南北向長約 100 m，東西向長約 350 m，主要由 15 層到 26 層的高層住宅組成，地塊東南角設一所幼兒園，項目占地面積 30 900.0 m2，其中綠地面積 16 071.2 m2。

規劃設計時根據場地實際情況對海綿設施分布盡量合理優化，減少較大的高差改變，即在場地低點設置海綿設施。項目設計的海綿設施包括生物滯留池、下凹式綠地、濕式植草溝、轉輸型植草溝、透水鋪裝、蓄水池。通過這些海綿設施將場地雨水收集、凈化，減少面源污染，并能削減場地徑流總量，減少雨水外排量，降低排水壓力，項目整體大貌如圖 1 所示。

圖1 項目現場照片

1.2 評估指標

本項目評估指標包括年徑流總量控制率和年 SS 總量去除率，其定義如下。

年徑流總量控制率：根據多年日降雨量統計數據分析計算，場地內累計全年得到控制的雨水量占全年總降雨量的百分比。

年 SS 總量去除率：雨水經過海綿設施的物理沉淀、生物凈化等作用，場地內累計多年平均得到控制的雨水徑流 SS 占多年平均雨水徑流 SS 總量的比例。

本項目設計目標為年徑流總量控制率為 87.77 %，年 SS 總量去除率為 70.22 %。

2 實測

通過對近幾年的海綿城市設計及施工過程跟蹤研究和總結發現，很多因素會造成建成的海綿績效評估指標存在偏差，如下墊面粗糙程度、場地豎向布置、海綿設施布置、海綿設施內部構造、海綿設施連接、過濾層材料厚度、排水系統施工、匯水口設置位置、雨水控制流程、滯留層高度、溢流設施構造、植物選型、長勢等，其中場地豎向布置（場地綠化、道路等區域的主要高程、坡向）、海綿設施布置（海綿設施類型和位置）、雨水控制流程（如雨落管斷接和海綿設施之間的銜接）及排水系統四個要素對績效評估指標影響的因素權重較大，因此現場實測內容主要圍繞這幾個方面進行。

2.1 場地豎向布置實施情況的實測

通過對項目現場所有匯水區域的檢查，并結合激光全站儀、測距儀等測量工具對場地綠化、道路等區域的主要高程、坡向測量發現，項目內大部分區域可實現有效匯水，有效匯水區內雨水徑流能夠匯入海綿設施。項目共劃分為 54 個匯水區，總面積 30 900.0 m2，其中有效匯水區 28 個，總面積 12 700.0 m2，無效匯水區 22 個，具體匯水區劃分如圖 2 所示。本項目匯水區中透水場地為綠地、停車位、透水鋪裝；不透水場地包括硬質道路、硬質廣場、硬質屋頂。

圖2 現場匯水區示意圖

2.2 雨水控制流程

通過對設計及施工文件審查和現場檢查，該項目部分匯水區雨水徑流匯入雨水管道，最終進入 200 m3的蓄水池收集再利用，雨水收集凈化流程示意圖如圖 3 所示。有效匯水區內廣場及綠地雨水通過轉輸型植草溝匯入生物滯留池或下凹式綠地，無效匯水區內雨水直接匯入市政雨水管網。

圖3 雨水收集凈化流程示意圖

2.3 海綿設施布置

通過對設計及施工文件審查和現場檢查發現，部分生物滯留池、下凹式綠地、轉輸型植草溝的布置與竣工圖紙存在偏差。小區內停車位采用植草類透水鋪裝，現場共設置 20 個生物滯留池、7 個下凹式綠地、1 條濕式植草溝、24 條轉輸型植草溝、1 個蓄水池。實際海綿設施具體布置情況如圖 4 所示。

圖4 海綿設施布置情況示意圖

2.4 海綿設施參數

1）生物滯留池。根據設計圖紙生物滯留池結構設計如圖 5 所示，豎向結構包括滯留層、過濾層、過渡層、排水層。過濾層采用的填料根據現場土壤性質進行配比，滲透系數為 200 mm/h。為提高生物滯留設施的調蓄作用，在穿孔管周圍增設礫石防止土壤進入穿孔管。具體設計參數如表 1 所示。

表1 生物滯留池結構設計

圖5 生物滯留池結構設計圖

通過文件審查和現場檢查，對項目生物滯留池的主要結構參數進行檢查，并匯總實際檢查結果。

2）下凹式綠地。本項目下凹式綠地結構設計如圖 6 所示。

圖6 下凹式綠地結構設計詳圖

3）濕式植草溝。本項目濕式植草溝過濾層采用生物物料介質，增加一層透水土工布。結構設計如圖 7 所示。

圖7 濕式植草溝結構設計詳圖（單位：mm）

4）轉輸型植草溝。本項目植草溝優先采用梯形轉輸型植草溝，結構設計如圖 8 所示。

圖8 轉輸型植草溝結構設計詳圖

5）透水鋪裝。本項目停車位采用植草類透水鋪裝，總面積共 807.3 m2；兒童游樂場采用非植草類透水鋪裝，總面積為 278.2 m2。

2.5 排水系統設置

根據設計圖紙和現場檢查得到溢流設施布置示意圖，如圖 9 所示。結合文件審查，本項目共 20 個生物滯留池、6 個下凹式綠地、1 條濕式植草溝設有溢流設施。溢流設施采用圓形溢流井，部分溢流井溢流面過低，井底積水。

圖9 溢流設施布置示意圖

2.6 實測結果匯總

通過文件審查和現場檢查，得到該項目建設實施情況，并與設計參數進行比較，結果匯總如表 2 所示。

3 指標計算

3.1 模擬軟件

本項目采用 MUSIC 作為模擬軟件，其是世界主要的雨水徑流水質管理及預測模擬軟件，通用于政府、咨詢設計及施工等水務行業各參與方。MUSIC 通過模擬處理系統出水水質在輸入的連續水文條件（降雨量及蒸發量數據）下的變化情況，不僅可以對單一處理系統多年平均表現進行分析評估，更適用于預測不同雨水處理流程等綜合管理策略的效果。

3.2 水文資料

該項目采用昆山市完整的現存共 11 年的水文資料，其中降雨量為 6 min 連續降雨數據，蒸發量為多年平均月蒸發數據，以 6 min 為間隔進行連續性模擬。昆山市近 11 年平均降雨量為 1 183 mm，年平均蒸發量為 1 031 mm。

3.3 模擬模型

3.3.1 總體模型

根據該項目匯水區劃分與海綿設施布置，在 M U S I C 中創建出如圖 10 所示的模型。其中匯水區屬于 S o u r c e N o d e 節點，海綿設施屬于Treatment Node 節點。

表2 實施情況匯總表

3.3.2 參數輸入及結果輸出

模型輸入參數均為實際測量及檢測值。具體參數類型為匯水區面積、徑流系數、透水場地持水量；各海綿區域實施尺寸形狀、內部構造、填料滲透系數、植物生長情況；雨水控制流程、排水系統情況等實測信息。

圖10 項目總模型圖

通過模擬計算得到該項目匯水區徑流總量控制率多年平均值為 62.95 %，SS 總量去除率多年平均值為 50.23 %（見表 3）。

表3 項目模擬結果

4 結論分析

本文研究項目在規劃設計階段的年徑流總量控制率（%）的目標值為 87.77，年 SS 總量去除率（%）的目標值為 70.22。實測計算得出年徑流總量控制率（%）為 62.95，年 SS 總量去除率（%）為 50.23。由于施工環境條件及施工過程中控制不當等各方面原因，使得設計目標與實際海綿績效存在一定的偏差。

通過實測，設計目標與實際海綿績效存在偏差的原因有以下幾點。

1）因為海綿城市建設是本著低影響、因地制宜的理念，所以在海綿項目施工過程中特別是改造項目，往往會受到施工環境或施工條件的限制，導致海綿設施無法有效實施，如在地下管線較多的區域設施就須取消或是改變類型，或有些設施須改變尺寸或位置。

2）海綿城市建設是一個系統工程，包含土建、市政、給排水、園林綠化等專業，各專業如果施工順序及工序間銜接不當，極易造成如場地豎向布置出現坡向與設計不符甚至相反的情況，導致設計原本該匯水的匯水分區無法實現匯水。

3）由于海綿城市建設施工技術是新興工種，施工人員技術水平及經驗存在不足現象，或是工人入場前，施工技術交底不夠，施工質量無法滿足設計要求，施工過程中會存在一些如雨水控制流程錯誤，即雨水匯流到設施的過程中原有的雨水匯流路線被改變，本該留到海綿設施里的雨水，卻無法進入設施，進而產生積水或是直接進入市政管網；還有很多設施內部構造會存在“打折”的現象，污染物去除效果也大大打折；或是有些海綿設施匯水口為開啟或是開啟尺寸不夠，造成雨水無法按照預定流程進入海綿設施，無法起到海綿作用。

4）海綿城市建設在運行過程中運維保養不當或缺失，也是造成海綿績效無法發揮的重要原因之一，如設施內垃圾不能及時清理，植物生長沒有定期修剪，設施沒有得到有效保養維修。

5 結語

因為海綿城市建設施工是個動態過程，如果施工過程不能得到有效控制，就會對建成的海綿城市建設發揮績效造成一定的影響。所以在評估海綿城市績效時應通過實測后再結合軟件評估來實際考察績效是否能真正達到。

由于海綿城市建設在國內尚在發展階段，在建設中存在的問題隨著發展進程會慢慢突顯出來，本文研究也會由于階段性及經驗的不足存在一定的局限，如模型需要大量的監測數據來率定以提高軟件模擬的精確度，研究的方法還需要多年的運行來進一步驗證考察。