居住區(qū)海綿城市方案設計方法探討

高靜靜

（中機國際工程設計研究院有限責任公司華北分院，天津 300392）

一、居住區(qū)海綿城市方案設計的意義

（一）符合和諧社會發(fā)展理念

在傳統(tǒng)城市建設與改造觀念中，缺乏人與自然渾然一體的設計理念。因此，在傳統(tǒng)的城市設計與改造過程中，人與自然相對立，改良城市居住環(huán)境會大肆侵占自然資源，污染自然環(huán)境甚至破壞生態(tài)系統(tǒng)。但隨著人口密集度越來越高，城市化建設進程受到阻礙，生態(tài)環(huán)境的破壞與失衡使城市中的污染問題愈加嚴重，資源枯竭現(xiàn)象日益嚴峻。只有將人與自然融為一體，從人與自然相協(xié)調的角度建設城市，才能使城市建設更科學完善，使城市的建設發(fā)展完全符合人們的期待。

（二）緩解資源壓力

過度開采及過度使用自然資源，是現(xiàn)階段自然資源所面臨的最嚴重的問題。人類的發(fā)展需要使用自然資源，若不采取適當方式緩解這一主要矛盾，人類未來的發(fā)展將無以為繼。為緩解資源壓力，也為了改進人類的發(fā)展，開始嘗試使用綠色居住區(qū)域的設計理念設計與建設城市，有效緩解了人類與自然間的矛盾。綠色居住區(qū)域的設計使用大量的可循環(huán)、節(jié)能、綠色的新興材料，能緩解相關資源的使用壓力。相比較傳統(tǒng)的城市建設，綠色居住區(qū)域的城市建設不會過度侵害周圍的自然環(huán)境及自然資源，還能為自然資源的恢復創(chuàng)造一定的空間與時間，因此，綠色居住區(qū)域的設計理念能緩解資源壓力。

（三）減少自然災害，防止內澇

海綿城市在居住區(qū)可形成立體的設計空間，從平面到三維，從地面到屋頂。屋頂可建設屋頂花園，收集屋頂雨水，灌溉植物和綠地。地面的雨水也可收集起來進行灌溉或處理后變成生活用水?？稍诰幼^(qū)范圍內就地消化和利用雨水。因此，海綿城市還可減少自然災害，防止發(fā)生城市內澇。

二、居住區(qū)海綿城市方案設計方法

（一）分析項目區(qū)海綿城市建設條件

海綿城市建設條件的定性定量分析是開展海綿城市設計的基礎性工作和先決條件。除對項目區(qū)的范圍和面積、區(qū)位、交通等基礎現(xiàn)狀進行分析外，應重點關注對項目區(qū)的自然、下墊面條件和雨污管道系統(tǒng)分析。

1.自然條件分析

自然條件應包括降雨、蒸發(fā)、豎向、土壤、地下水等。降雨和蒸發(fā)資料可通過當?shù)睾＞d城市專項規(guī)劃或其他規(guī)劃獲取，有條件地獲取當?shù)亟?0 年連續(xù)日降雨序列；借助地理信息系統(tǒng)對項目區(qū)的現(xiàn)狀豎向分析現(xiàn)狀徑流特征，現(xiàn)狀豎向應將已開展的設計豎向納入考慮范圍，如調整可能性極小的建筑、道路、地下停車場等設施的標高設計；對土壤和地下水水位定量分析是指導項目區(qū)選擇 LID 設施的基礎，可借助項目區(qū)或周邊的地勘資料分析土壤的滲透性能和地下水位對滲透的影響。根據(jù)《海綿型建筑與小區(qū)雨水控制及利用》（17S705），雨水入滲設施適用于土壤滲透系數(shù) 10-6～10-3m/s 的工程，不適用于濕陷性黃土、膨脹土、高含鹽土、永久性凍土土壤。對于土壤滲透性較低的，不宜選擇滲透型設施，宜優(yōu)先選擇滯蓄型設施。對南方由于地下水位較高，滲透性能不足的，為提高其滲透性能達到設計目標要求的，可采用滲透性設施，但對其介質進行換填或布置滲排管（穿孔管）等增滲的方式實現(xiàn)。

2.下墊面條件分析

下墊面條件分析主要是對項目區(qū)的現(xiàn)狀和規(guī)劃用地進行分析，確定各類用地的面積和占比，并借助數(shù)學模型或經驗公式法確定徑流總量、綜合徑流系數(shù)或現(xiàn)狀年徑流總量控制率，對有客水進入的，應將客水所匯集區(qū)域的徑流量納入項目區(qū)徑流總量。各用地的徑流系數(shù)等設計參數(shù)可參考《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》和《室外排水設計規(guī)范》（GB50014）中的相關標準執(zhí)行。

3.雨水管道建設情況分析

雨污管道尤其是雨水管道建設情況是海綿城市設計的重要參考依據(jù)。雨水管道分析應對項目區(qū)外的市政雨水管建設和規(guī)劃情況進行分析，新建居住小區(qū)內部盡量采用雨污分流制建設，內部雨水管道應接入市政雨水管。對已開展小區(qū)內部雨水管設計或建設的，應獲取雨水管設計資料，這是確保低影響開發(fā)設施溢流口設計與內部雨水管重力接駁的重要依據(jù)。

（二）確定項目區(qū)的設計目標

新建居住區(qū)海綿城市設計目標一般包括年徑流總量控制率、年徑流污染控制率、雨水資源化利用率等指標。多數(shù)城市將年徑流總量控制率、年徑流污染控制率等作為強制性指標，設計中應優(yōu)先保證，其他為引導性指標，可根據(jù)實際情況適當調整。建設項目的設計指標一般可從項目所在行政區(qū)海綿城市專項規(guī)劃、詳細規(guī)劃、海綿城市系統(tǒng)化方案中獲取，按照規(guī)劃對不同用地或各地塊的控制指標獲取。對于海綿城市建設較為成熟地區(qū)如國家海綿城市試點城市，已將年徑流總量控制率等海綿城市建設指標納入“兩證一書”等行政許可發(fā)放環(huán)節(jié)，因此可直接從項目建設規(guī)劃許可用地條件中獲取。

（三）制定設計方案

新建居住區(qū)海綿城市設計實現(xiàn)地上和地下、灰色和綠色、景觀和功能的有機融合，排水和景觀設計專業(yè)應同步開展，充分溝通銜接。排水設計重點突出對排水組織和設施規(guī)模的確定，景觀設計重點突出對各類設施豎向設計的優(yōu)化調整和植物優(yōu)化配置。

1.劃定排水分區(qū)并核算調蓄容積

以現(xiàn)狀地形為基礎，考慮建筑排水組織，劃定排水分區(qū)，并可采用容積法或 SWMM 模型核算徑流總量，即為設施的總調蓄容積，作為各類設施規(guī)模的確定的依據(jù)。對照當?shù)啬陱搅骺偭靠刂坡逝c設計降雨關系圖表確定對應的設計降雨量，簡單的可采用容積法公計算設計徑流量。

各排水分區(qū)內通過合理的豎向設計將雨水引入低處的 LID 設施，分區(qū)間通過雨水傳輸設施（植草溝 / 排水淺溝、連接管等）進行雨水的傳輸，排放至低處分區(qū)LID 設施內，最終溢流至外部的市政管道。徑流總量（容積法）計算公式：W=10Ψzc Iy F （1）

式中 W——徑流總量（m3）；——雨量綜合徑流系數(shù)；Ψzc——設計降雨量（mm）；F ——匯水面積（hm2）

2.合理設計保障雨水組織排放

雨水組織排放主要通過合理的豎向設計和轉輸設施來實現(xiàn)。豎向設計主要包括：①結合現(xiàn)狀豎向條件，盡量遵循自然排水路徑將地面、綠地、屋面的雨水徑流自流進入植草溝、雨水花園、生物滯留設施等LID設施；②對LID設施進行豎向設計，既要滿足各自的調蓄容積要求還要滿足設施間有組織自流；③對沒有排水通道或排水通道能力不滿足超標準（超設計降雨量）雨水的 LID 設施應設置溢流口，溢流口的豎向應在 LID 設施有效調蓄高度以上，超過滯留能力的溢流至雨水管，碎石蓄水層中設置導流管盲管，盲管接入溢流口就近與雨水井連接。

3.景觀優(yōu)化設計

景觀設計重點是對地下景觀效果進行優(yōu)化設計，對設施空間布局、植物配置和豎向設計進行優(yōu)化：結合景觀設計需求，對各類 LID 設施初步布局和豎向設計進一步優(yōu)化和深化設計，對各類設施的植物優(yōu)化配置達到良好的景觀效果。景觀設計應充分結合豎向設計將喬木設置在高處，避開處于低處的LID設施。LID設施區(qū)域應加強其植物選擇和優(yōu)化配置，保證在雨期和旱期都有較好的景觀效果，優(yōu)先選擇對污染物有一定吸附功能的耐旱耐淹的草本植物，搭配淺水區(qū)域的灌木設計，打造植物的層次，改變給排水專業(yè)設計景觀單調、美觀性不足等缺點。

（四）評估核算目標可達性

對設計前后下墊面情況、排水系統(tǒng)、LID 設施等數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的量化評估，推薦數(shù)學模型軟件 SWMM 模型，對方案進行目標可達性分析和建設效果評估。如受專業(yè)限制不便搭建模型的，可參考《海綿城市建設技術指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建（試行）》容積法公式確定徑流總量控制率，并參考各設施對污染的削減情況，加權平均確定綜合徑流污染控制率。對不滿足工程目標要求的設計方案不斷優(yōu)化調整，反復模型校核，進而確定海綿城市建設最佳方案。

結束語

對海綿城市源頭減排類項目中新建居住區(qū)海綿城市方案設計全流程要點和重點進行了詳細闡述，重點對資料和數(shù)據(jù)的獲取和分析、設計目標的確定方法和要求、方案設計的要點和重點、目標可達性分析等內容進行了詳細分析。為源頭減排類新建居住區(qū)海綿城市方案設計提供了明確的技術路線，實現(xiàn)灰綠有機結合，地上與地下有機結合，既滿足海綿城市的建設功能要求，又要注重景觀設計效果，達到功能和美觀并重的目的。