基于海綿城市理論框架下北京生產建設項目水土保持分析

范海洋

（北京市水利規劃設計研究院,北京 100048）

1 海綿城市理論

1.1 海綿城市概念

海綿城市目的是為適應自然,合理利用和改善現有資源或已被破壞的資源,使得自然資源自身形成一個健康的、積極的可循環生態系統。在生產建設過程中,內部基礎設施的不斷完善雖然會給社會帶來諸多便利,但同時也導致了城市內澇和水資源缺乏的問題,嚴重影響了居民的正常工作和生活質量,生產建設項目需要進行水土保持分析。

基于海綿城市理論,充分考慮到海綿城市在生產建設過程中的問題,關注海綿城市建設和城市水土保持治療的關系,只有這樣才能提出合理有效的城市水土保持對策。

1.2 海綿城市與生產建設項目水土保持存在的關系

城市水土保持是指在建設新項目時,對完成的水土流失現象進行預防和處理,另一方面也是對綠化環境的有效措施。海綿城市建設思路的提出為制定水土保持的措施提供了重要的依據和保障。海綿城市在建設過程中,嚴格國家規定的雨水洪澇災害的管理要求和標準相統一,建設排水防澇工程并不是最終目的,只是作為一個比較急切的階段性目標。建設海綿城市的主要目標是為了建設出一個能和有效控制水資源污染、合理預防和治理洪澇災害、維持生態系統和水資源系統良性循環的可持續發展城市。

雨水徑流不但會引起城市出現洪澇災害,還會加重城市的污染問題,導致災害的嚴重性增加。在生產建設過程中要重點關注雨水徑流的處理方式,按照地理位置和環境,根據實際情況進行合理的規劃,避免引起其他問題。

2 工程概況

項目區位于北京某科技園區,建設項目距離西側孟祖河管理范圍線200 m,距離南側孟祖河管理范圍線150 m,距離南側京密引水渠管理范圍線300 m。根據相關管理條例。從京密引水渠河道兩岸向外水平距離100 m范圍內為地表水源一級保護區,該范圍內禁止建設除了水利工程及取水構筑物以外的所有工程。

根據現場調查,項目區現狀為閑置廢棄廠房,廠房及公共設施等還未拆除,場地內無大面積的裸露地面,發生揚塵等水土流失危害少。如圖1所示,根據項目區周邊地形資料、現狀路網高程及現場調查情況劃定排水分區,該排水分區面積2.67 hm2。排水分區內西北側現狀地面高程54.90 m～54.98 m,東南側現狀地面高程53.42 m～54.10 m,整體地勢西北高東南低,坡向東南側孟祖河,本項目位于排水分區西側,地勢較高,不屬于排水分區的低洼易澇區。

圖1 項目區所在排水分區圖

3 建設防洪及內澇分析與評價

3.1 雨水調蓄設施布置合理性分析

根據主體設計雨水調蓄池及綜合管線布置圖,雨水調蓄池位于項目區東北角,項目區內雨水可通過內部雨水管線收集至雨水調蓄池,經調蓄后通過東側雨水管線排至北側現狀利祥路市政雨水管網。根據主體設計,本項目于項目區東北側雨水出口處配建310 m3雨水調蓄池,滿足雨洪利用的要求。綠地中至少應有50%為滯留雨水的下凹式綠地：本項目室外綠化面積1.0 hm2,其中,下凹式綠地0.73 hm2,下凹式綠地比例為73.02%,滿足規定要求。

3.2 外排徑流總量控制

建設項目總占地面積2.67 hm2,計算分析建設前和建成后3 年一遇降雨條件下,項目區總占地的綜合徑流系數及徑流量變化。

（1）雨水徑流總量計算原理

徑流總量按下式計算：

式中：zc為雨量綜合徑流系數；hy為設計降雨量,mm；F為計算面積,hm2。

（2）參數取值

1）設計降雨量hy

項目區最大24小時雨量均值H24h=109 mm,Cv=0.61,取Cs/Cv=3.5,確定項目所在地3 年一遇最大24 小時降雨量109 mm。

2）計算面積

項目建設前后計算面積為項目用地面積2.67 hm2。

（3）計算結果

根據調查,如表1所示,項目區現狀下墊面種類為硬屋面、混凝土硬化地面和綠地,項目建設前綜合徑流系數0.56,徑流總量1632.98 m3。

表1 建設前項目區徑流系數及外排徑流總量表

經調蓄后外排徑流總量為921.72 m3,綜合徑流系數0.32。

（4）外排徑流總量分析

本項目實施透水鋪裝0.64 hm2、室外綠化1.00 hm2（其中下凹式綠地0.73 hm2,覆土綠化0.27 hm2）和雨水調蓄池（310 m3）后,項目區外排雨量徑流系數0.32,滿足要求。

3.3 內澇水深計算

內澇水位計算按水量平衡原理：

式中：Δhi為第i計算時段地面平均積水深度,mm；Ri為計算時段內設計凈雨量,mm；HP為雨水管網排水能力,mm（項目區雨水通過北側利祥路現狀雨水管排入興昌路現狀雨水管,后排入孟祖河,經計算雨水管網排水能力6.63 mm/5 min）。本項目位于孟祖河左岸,項目區段河道有堤防。發生50 年一遇降雨時,排水分區內雨水依地勢排入孟祖河。經計算,項目區無內澇風險。

4 水土保持中海綿城市理念的應用

4.1 水土保持制約性因素分析與評價

項目位于某區B3-10 地塊,項目建設符合產業基地相關規劃,同時已取得規劃和國土資源委員會審查意見,明確了項目用地性質、建設規模和綠地率等。項目不在水源保護區、泥石流易發區等敏感范圍內,符合國家及地方相關水土保持審批規定。在施工組織設計上,嚴格控制施工場地、臨時堆土等臨時工程占地面積,合理安排施工,防止重復開挖和多次轉運,并且減少開挖面和堆土面的裸露時間,及時采取相應防護措施。工程施工組織設計基本合理,無水土保持制約性因素。

4.2 工程占地與表土剝離分析與評價

工程總占地面積2.67 hm2,主要建設內容符合一類工業用地（M1）土地利用規劃要求。工程施工場地和臨時堆土區結合施工組織布置在項目建設用地紅線范圍內,根據現場踏勘,項目區現狀為閑置廢棄廠房,廠房及公共設施等還未拆除。現狀有科研樓、廠房、值班室等地上建筑,建筑物周圍及東側入口處道路兩側有綠地,施工前需對空地綠地及廠房周圍綠地進行表土剝離。

4.3 土石方平衡分析與評價

項目建設涉及土方工程主要為建筑物基礎及地下工程、場地平整、室外管線、綠化覆土和建筑垃圾5 部分,根據水土流失防治分區。

1）建筑工程區：建筑工程區主要指本項目新建建（構）筑物建設區域,建設土方主要包括基礎及地下工程開挖土方、雨水調蓄池及化糞池等的開挖回填土方、地下室工程。結合現狀地面高程和設計高程,施工時實際開挖深度為5.8 m。根據基坑開挖施工工藝,開挖面積9890 m2,共開挖土方6.29萬m3。根據地下室肥槽回填面積及回填深度,經計算,共回填土方0.55萬m3。綜上所述,建筑工程區共開挖土方6.51 萬m3,回填土方0.65 萬m3。

2）室外硬化區：室外硬化區建設土方主要包括室外場地平整回填土方和室外管線工程建設開挖回填土方。

根據主體設計方案,項目區豎向布置結合現狀地勢進行設計,生產用房1（1#,2#樓）、生產用房2（3#樓）、生產用房3（4#樓）以及研發用房（6#樓）,室外地面設計高程54.80 m～55.12 m,設計±0高程55.30 m,生產用房4（5#樓）設計±0高程55.00 m。因此在室外道路等硬化區域平整場地時需要回填土方,扣除道路結構層厚度后需平均回填0.3 m,平整面積8800 m2,回填土方0.26 萬m3。根據管線布設位置、管徑、埋深和管槽開挖坡比,經計算,管線工程共計開挖土方6.47 萬m3,按照松實系數換算,管槽回填土方6.35 萬m3,見表2。綜上所述,室外硬化區共開挖土方6.47 萬m3,回填土方6.62萬m3。

表2 管線工程開挖回填土方量表

棄方處理：項目剩余土方5.71萬m3,主要為建筑物地下工程開挖回填后剩余土方,施工期間場地內施工臨建區域產生建筑垃圾0.03萬m3,計劃全部運至昌平區十三陵渣土消納場。該消納場距離本項目13.6 km,屬于昌平區合法的建筑垃圾消納場,主要消納工程槽土、裝修垃圾、建筑垃圾。根據實地調查,目前建筑垃圾填埋庫容滿足本項目渣土和建筑垃圾的堆放。

4.4 雨洪利用分析與評價

本項目實施后,項目內硬化面積較大,主要包括建筑物樓頂、硬化路面等,這些區域硬化后,地面雨水入滲率下降,地表雨水匯流量大,徑流增加,造成新的水資源流失,從水土保持角度分析,并不符合保水的理念。徑流總量按下式計算：

工程設計中以雨水回用為目的時,一般采用1 年～2年一遇標準,北京市2 年一遇1 小時最大降雨量81 mm,經計算項目區徑流總量1038.02 m3。在項目區內設置下凹式綠地共0.73 hm2（綠地低于周邊地面10 cm～15 cm）,用于收集項目區內產生的地表徑流。按照雨水回用標準,在2 年一遇降雨條件下,經計算,項目區徑流總量1038.02 m3。從水土保持角度分析,這樣不僅符合水土保持工作要求,同時還可有效利用積蓄雨水作為植被養護用水,減少管護費用。同時主體設計考慮了項目區透水鋪裝區域和下凹式綠地設計,可降低廠區地表徑流系數。

4.5 防治措施

根據水土流失各防治分區的特點對各防治分區進行措施總體布置。經綜合分析,本工程水土流失防治措施體系見圖2。

圖2 水土流失防治措施體系框圖

5 結語

城市生產建設項目水土保持治理是海綿城市建設技術落地的基本支撐之一,兩者既是求同存異,又有著互補的關系,利用城市生產建設項目水土保持措施體系可以填補和完善海綿城市建設過程中未考慮或已發生的建設情形。另外,也表明城市生產建設項目水土保持的實質是“海綿區域（體系）”建設,治理效果同樣具有海綿效果。因此,城市生產建設項目水土保持可為海綿城市以流域為單元構建建設體系提供更多的理論價值和實踐意義。