海綿城市理念在天府國際慢城項目中的應用

劉文靜，甄彬斌

（河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州 450003）

1 引言

海綿城市是生態文明建設背景下的一種新型雨洪管理模式，使得傳統單一的“灰色”排水系統轉變為“綠色+灰色”雙重排水系統，即“城市排水系統生態化”。其指導思想均為通過分散的、小規模的源頭控制設施來實現對初期降雨進行有效控制，進而大幅度提高城市雨水資源化和安全用水水平，切實緩解水環境特別是面源污染治理壓力，實現資源、能源、環境的可持續發展。目前，全國已大范圍開展和推進海綿城市建設，要求對新建項目進行海綿城市設計，通過各類海綿體的組合應用，進而實現徑流總量控制、徑流污染控制及雨水資源化利用等強制性管控指標。文章以崇州市天府國際慢城項目為例，結合區域水文氣象、水文地質、水資源等特點及現狀問題分析，按照系統性、因地制宜、經濟高效的原則選擇海綿措施及其組合系統。

2 項目概況

天府國際慢城項目位于崇州市白頭鎮五星村榿木河濕地公園，總占地面積10 219.52 m2。場地北側距榿木河約140.00 m，東南側距榿木河約70.00 m，東側約30.00 m為一水塘。項目為村莊產業用地，用地形狀較不規則，建成后地勢呈北高南低。

3 海綿城市建設適宜性及現狀問題分析

3.1 海綿城市建設適宜性

崇州屬四川盆地亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，雨量充沛，日照偏少，無霜期較長。年平均降雨量1 379.48 mm，春季179.10 mm、夏季588.00 mm、秋季218.40 mm、冬季29.90 mm。

根據天府國際慢城項目巖土工程勘察報告，場地內自上而下依次為人工填土（粉質粘土為主）、粘性土、粉土、砂及卵石組成，卵石層滲透系數k值為25.00 m/d，土壤滲透性能較好，土層厚度＞5.00 m。

根據擬建場地內及相鄰區域的水文地質調查，場地平均高程528.40 m，場地內無地表水，主要由大氣降水補給。枯水期，項目北側及東南側榿木河水位標高526.59 m，東側水塘水面標高526.81 m。

綜上所述，項目所在位置不處于地質災害區域，且無特殊污染物，場地內土壤滲透性能好，適宜構建海綿城市；項目位置緊鄰榿木河濕地公園，生態本底條件好，可利用其濕地對末端雨水進行凈化。

3.2 現狀問題分析

①項目市政預留雨水接口方向單一，接口能力不足，若場地內僅采用雨水管網排水，大部分區域雨水難以重力排至周邊市政雨水接口。②項目位于榿木河濕地公園內，且東南側距榿木河僅70.00 m，該項目未經控制的徑流雨水會對現狀河流造成污染，故需通過源頭減排來控制。

4 海綿城市建設目標

根據崇州市海綿城市建設工作領導小組辦公室對該項目下達的《崇州市海綿城市專項規劃》及《崇州市海綿城市建設條件通知書》確定海綿城市控制目標，見表1。

表1 海綿城市控制目標表

該項目海綿城市控制目標的實現主要采用容積法進行確定，具體設計流程如圖1所示。

圖1 海綿城市設計流程圖

5 海綿城市建設條件分析

5.1 下墊面條件

根據項目總平圖進行下墊面類型劃分及有效面積核算，包括硬質屋面3 769.60 m2、室外木平臺293.98 m2、綠地2 073.71 m2、車行道2 855.86 m2、人行道285.08 m2、停車位941.83 m2六類，參考《海綿城市建設技術指南—低影響開發雨水系統構建（試行）》中各類型下墊面雨量徑流系數取值，采用加權平均法計算，海綿城市建設前地塊綜合雨量徑流系數為0.68。

5.2 豎向設計及匯水分區

項目整體地勢較為平整，主入口處為最低點，標高527.90 m；中間最高點標高531.60 m，有利于地表徑流排放。項目場地內采用雨污分流制排水，僅有1 處雨水排出口接入市政雨水管網，位于主入口方位，如圖2所示。

圖2 場地豎向及管網分布圖

按照場地豎向及排水組織關系將該項目劃分為5 個匯水區，分別對各匯水區進行雨量及面源污染控制，如圖3所示，各匯水分區下墊面情況見表2。

圖3 匯水分區示意圖

表2 各匯水分區下墊面解析一覽表

5.3 建筑屋面雨水徑流分析

該項目建筑屋面設置5條天溝，有組織地集聚雨水，并通過屋面四周設置的10根雨水立管匯至雨水調蓄池，如圖4所示。

圖4 建筑屋面雨水收集示意圖

6 海綿城市控制指標

6.1 年徑流總量控制率

項目采用容積法進行計算，以徑流總量控制為目標，控制地塊內各海綿城市設施的設計調蓄容積之和，即總調蓄容積，一般不低于該地塊“單位控制容積”的控制要求。

設計調蓄容積計算公式：

式中：V－設計調蓄容積，m3；H－設計降雨量，mm；Φ－綜合雨量徑流系數；F－匯水面積，hm2。

以匯水分區1為例，先計算海綿城市擬設計后的綜合雨量徑流系數指標，其中擬設計的海綿體依據下墊面實際情況確定具體規模。初步設計方案為將普通停車位設計為植草磚停車位（雨量徑流系數0.30），人行道及車行道設計為透水混凝土路面（雨量徑流系數0.25），常規綠地的5%設計為生物滯留設施（雨量徑流系數0.15）。匯水分區1設計調蓄容積計算見表3。

表3 匯水分區1設計調蓄容積計算表

為消納在設計降雨條件下產生的所有雨水，匯水分區1應設置≥6.65 m3的調蓄容積。其中，生物滯留設施可調蓄23.40×0.25=5.85 m3，未調蓄的雨水（8.00 m3）通過雨水管網進入榿木河濕地塘進行調蓄處理，滿足匯水分區1所需控制容積要求。

重復以上計算過程，可分別計算出各匯水分區設計調蓄容積，并通過選擇合適的海綿措施來控制各匯水區雨水量，具體計算結果見表4。

表4 天府國際慢城各匯水分區海綿城市計算結果表

經核算，實際調蓄容積125.27 m3，實際可控制26.47 mm（24 h）的雨水，年徑流總量控制率可達75.48%＞75.00%，滿足設計目標。該項目海綿設施總體布局如圖5所示。

圖5 海綿設施分布圖

6.2 面源污染控制率

面源污染控制主要考慮固體懸浮物（SS）指標，即雨水經過海綿設施的預處理、物理沉淀和生物凈化等作用后，建設場地內累計一年得到設計控制的雨水徑流固體懸浮物（SS）總量，占全年雨水徑流固體懸浮物總量的比例。

面源污染控制率計算公式：

式中：C－面源污染總削減率；η－年徑流總量控制率；Ci－各類單個海綿設施對固體懸浮物（SS）削減率；F－各類單個海綿設施匯水面積之和，m2，即F=∑Fi。

雨水調蓄池容積為40.00 m3，主要收集屋面雨水，其等效匯水面積為1 773.68 m2；生物滯留設施調蓄容積為30.00 m3，主要考慮收集室外平臺、道路及周邊綠地徑流雨水，其等效匯水面積為4 578.99 m2；榿木河濕地調蓄容積為55.27 m3，主要調蓄各匯水分區未控制雨量，其等效匯水面積為3 866.85 m2。

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）》中各類海綿設施對固體懸浮物（SS）的削減率，設定該項目海綿體對SS 的削減率：生物滯留設施SS=75.00%；雨水蓄水池SS=85.00%；濕塘SS=70.00%；透水混凝土路面/植草磚停車位SS=80.00%。

經計算，該項目面源污染削減率C=57.60%＞50.00%，滿足設計目標。

6.3 雨水資源化利用率

該項目雨水資源化利用途徑主要為道路澆灑及綠化澆灌。按照《民用建筑節水設計標準》中規定，道路廣場的澆灑用水定額可按澆灑面積1～2 L/（m2·次）計算，結合崇州市的實際情況，該項目室外道路澆灑取2 L/（m2·次），每年澆灑天數取30 d；綠化澆灌定額0.28 m3/（m2·a），結合崇州市的氣候條件、植物種類，平均每周澆灌一次，每年綠化澆灌天數取52 d。故該項目總用水量為766.33 m3/a，見表5。

表5 天府國際慢城雨水資源利用量表

該項目雨水利用策略為收集屋面雨水，由雨水管道收集進入雨水蓄水池儲存并回用，考慮到實際降雨頻率、持續干旱時間間隔及澆灌頻次，雨水蓄水池有效容積按儲存2 d的平均日用水量計算，即蓄水池有效容積應為34.88 m3，即屋面雨水滿足回用要求。

由表5可知，道路澆灑及綠化澆灌全年總用水量為769.00 m3。根據崇州市水文氣象資料，崇州市年平均降雨量1 379.48 mm，則該項目年均降雨量為14 097.60 m3。故雨水資源化利用率為5.45%＞3.00%，滿足設計目標。

7 結論

①以天府國際慢城海綿城市建設項目為例，對其政策需求、本底條件及現狀問題進行深入分析，選取合適的海綿措施，通過計算以滿足年徑流總量控制率、面源污染控制率及雨水資源化利用率三大設計目標。②海綿設施中植物選配扮演著重要的角色，如植物的耐澇性、耐旱性、景觀性及根系發達等，對維持土壤滲透率及吸收雨水中污染物起著至關重要的作用，下一步應側重于海綿植被的研究，以保證海綿設施順利運行。③該項目參照成都市建設項目海綿城市專項設計編制規定及審查要點，并結合崇州市實際情況系統性闡述年徑流總量控制率、面源污染控制率及雨水資源利用率的計算過程及方法，成為當地海綿辦的標準性范本，為崇州市同類型工程項目海綿城市專項設計及報審提供參考，以形成有效指導低影響開發建設的目標和途徑。