海綿改造設(shè)計(jì)實(shí)踐
——以北京某園區(qū)調(diào)蓄池項(xiàng)目為例

文/深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司 李小嬌 史敬華 張 宇 申 超

0 引言

北京自2004年以來(lái)，城區(qū)多次發(fā)生極端天氣，如2011年“6·23”暴雨、2012年“7·21”暴雨及2016年“7·20”暴雨給交通和市民出行造成嚴(yán)重影響。2013年12月，習(xí)近平總書記在中央城鎮(zhèn)化工作會(huì)議講話時(shí)指出：解決城市缺水問(wèn)題，必須順應(yīng)自然。在提升城市排水系統(tǒng)時(shí)要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來(lái)，更多利用自然力量排水，建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。

目前全國(guó)大部分城市在新建項(xiàng)目中已相繼出臺(tái)相應(yīng)的海綿技術(shù)要求和指標(biāo)體系，而已建成項(xiàng)目中，雨水問(wèn)題如何解決，如何改造成具有海綿效果的場(chǎng)地值得探討。本文結(jié)合北京某園區(qū)調(diào)蓄項(xiàng)目案例深入分析海綿改造設(shè)計(jì)實(shí)踐。

1 背景

某綠色園區(qū)位于北京市海淀區(qū)，2016年7月20日北京持續(xù)降雨時(shí)，園區(qū)某入口處長(zhǎng)100m范圍內(nèi)積水嚴(yán)重，路面積水深50cm，對(duì)園區(qū)交通出行造成嚴(yán)重影響（從2016年7月19日1時(shí)至21日6時(shí)，北京市出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，此次降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、總量大、范圍廣，全市平均降雨210.7mm，城區(qū)274.0mm，最大小時(shí)雨強(qiáng)30～50mm）。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)診斷，造成積水原因如下。

1）相鄰市政路雨水方溝井底高程比接駁的雨水方溝井底低0.48m，形成反坡。

2）相鄰市政路雨水方溝尺寸小于園區(qū)雨水方溝尺寸。

3）排水渠暗涵出口處被攔截，下游土渠未疏通。

4）排水渠暗涵多處被垃圾、雜物堵塞，且長(zhǎng)期積壓未清。

積水點(diǎn)所處地勢(shì)較低，且排水系統(tǒng)排水能力變化處恰位于地勢(shì)較低處。當(dāng)降雨強(qiáng)度未超過(guò)3年一遇，但超過(guò)積水點(diǎn)處下游排水系統(tǒng)現(xiàn)有排水能力時(shí)，下游對(duì)上游排水形成頂托，而上下游交界處地勢(shì)較低，故雨水從排水箱涵處冒出，在地勢(shì)較低處形成積水。當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)3年一遇時(shí)，積水點(diǎn)除箱涵冒出的排水外，場(chǎng)地內(nèi)未能進(jìn)入排水管道的雨水沿道路路面匯流至積水點(diǎn)形成積水。

2 項(xiàng)目需求與解決措施

1）解決極端天氣園區(qū)入口雨水積水問(wèn)題 建設(shè)雨水調(diào)蓄池，保證在緩解內(nèi)澇問(wèn)題上有明顯、直觀效果。

2）改善周邊環(huán)境品質(zhì)及海綿示范參觀展示 開挖建設(shè)調(diào)蓄池后，復(fù)原的周邊綠地設(shè)計(jì)為海綿主題小公園，對(duì)海綿知識(shí)進(jìn)行科普宣傳，同時(shí)緩解調(diào)蓄池周邊雨水壓力。

3 設(shè)計(jì)實(shí)施

3.1 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)項(xiàng)目調(diào)蓄空間進(jìn)行分析，結(jié)合建設(shè)條件及經(jīng)濟(jì)適用原則，提出近期和遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)思路及方案（見圖1）。

1）近期 對(duì)園區(qū)進(jìn)行海綿園區(qū)蓄、排方案設(shè)計(jì)，解決積水問(wèn)題。

2）遠(yuǎn)期 下游市政排水系統(tǒng)疏通、全系統(tǒng)低影響開發(fā)技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建海綿園區(qū)、節(jié)水型園區(qū)。

圖1 調(diào)蓄池總體設(shè)計(jì)思路

3.1.2 調(diào)蓄池空間確定

根據(jù)DB 11/685—2013《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：為實(shí)現(xiàn)年徑流總量控制率85%要求，每10000m2硬化面積應(yīng)設(shè)300m3雨水調(diào)蓄池。本工程匯水面積約60萬(wàn)m2，按綠化率35%估算，硬化面積39萬(wàn)m2，需建設(shè)調(diào)蓄池的總?cè)莘e為11700m3。該調(diào)蓄容積較大，可結(jié)合園區(qū)地形條件，將調(diào)蓄池分期分散建設(shè)于園區(qū)各地塊內(nèi)，總?cè)莘e不小于11700m3（包括近期建設(shè)的調(diào)蓄池容積），以達(dá)到對(duì)雨水進(jìn)行控制和利用的目的。

1）近期工程 結(jié)合上游排水系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，按2017年北京市最新暴雨強(qiáng)度公式，b=11.593，n=0.681（b，n為暴雨強(qiáng)度公式參數(shù)），按上游排水能力最大3年一遇時(shí)計(jì)算脫過(guò)系數(shù)為0.579，降雨歷時(shí)按31min計(jì)，其中地面流行時(shí)間取11min，管道流行時(shí)間取20min（按管道全長(zhǎng)約1200m，水流平均速度1m/s估算），經(jīng)計(jì)算所需調(diào)蓄空間約為5100m3。并據(jù)此反推3000m3調(diào)蓄空間可達(dá)到積水點(diǎn)處遇2年一遇降雨時(shí)不積水目標(biāo)，2000m3的調(diào)蓄空間可達(dá)到積水點(diǎn)處遇1年一遇降雨時(shí)不積水目標(biāo)。2017年底，建設(shè)有效容積2500m3調(diào)蓄池，當(dāng)上游進(jìn)水大于下游排水能力時(shí)，多余雨水進(jìn)入調(diào)蓄池，2500m3調(diào)蓄容量可達(dá)到在重現(xiàn)期小于2年一遇（最大24h降雨量81mm）、大于1年一遇降雨時(shí)路口不積水目標(biāo)。

2）遠(yuǎn)期工程 結(jié)合園區(qū)地形條件，分期分散設(shè)置雨水調(diào)蓄池，增加的總?cè)莘e為9200m3，達(dá)到園區(qū)內(nèi)雨水調(diào)蓄總?cè)莘e11700m3，實(shí)現(xiàn)年雨水徑流總量控制率85%目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)海綿園區(qū)建設(shè)總目標(biāo)。

3.1.3 工程設(shè)計(jì)（以近期工程為例）

根據(jù)調(diào)蓄空間分析，近期建設(shè)2500m3調(diào)蓄容積和應(yīng)急設(shè)施可緩解園區(qū)路口積水問(wèn)題（見圖2）。

調(diào)蓄池工作方式：連接箱涵和調(diào)蓄池之間設(shè)溢流墻，當(dāng)不降雨或降雨量較小時(shí)，溢流墻可有效阻止箱涵中的水進(jìn)入調(diào)蓄池，防止倒灌；當(dāng)降雨較大，上游進(jìn)水大于下游排水能力，排水箱涵水位高于溢流墻墻頂時(shí)，雨水通過(guò)連接箱涵溢流進(jìn)入調(diào)蓄池內(nèi)（見圖3）。

圖2 調(diào)蓄池平面

3.1.4 調(diào)蓄池運(yùn)營(yíng)維護(hù)

日常維護(hù)以物業(yè)管理、值守、觀測(cè)為主。

1）定期檢查調(diào)蓄池泵、閥門、管道、電器控制器、電機(jī)等相關(guān)設(shè)備，保證其正常工作。

2）定期清理調(diào)蓄池淤泥，每年1次。

3）調(diào)蓄池在每次暴雨前預(yù)留調(diào)蓄空間。

4）完整記錄設(shè)施設(shè)備的檢查、調(diào)試、運(yùn)行情況。

5）進(jìn)出調(diào)蓄池及設(shè)備間前，進(jìn)行安全檢測(cè)。

6）雨水出水水質(zhì)應(yīng)按照水質(zhì)要求定期檢測(cè)。

暴雨應(yīng)急預(yù)案如下。

1）建立暴雨災(zāi)害事故預(yù)警機(jī)制，做到早準(zhǔn)備、早處置、早報(bào)告。

2）隨時(shí)關(guān)注氣象監(jiān)測(cè)部門發(fā)布的氣象信息、政府通報(bào)、應(yīng)急指令等，并利用電子屏幕、網(wǎng)絡(luò)、通信等載體傳遞預(yù)警信息。

3）暴雨時(shí)由專業(yè)技術(shù)人員在積水點(diǎn)值守、觀測(cè)，及時(shí)啟動(dòng)設(shè)備。

3.2 地面海綿景觀設(shè)計(jì)

3.2.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)調(diào)蓄池周邊綠地豎向關(guān)系，將海綿技術(shù)嵌入綠地復(fù)原設(shè)計(jì)中，解決周邊部分雨水入滲及蓄存問(wèn)題，充分發(fā)揮城市綠地、水系、透水地面等對(duì)雨水吸納、蓄滲及緩釋作用，有效緩解局部?jī)?nèi)澇，削減徑流及污染負(fù)荷，節(jié)約水資源，保護(hù)和改善周邊生態(tài)環(huán)境。同時(shí)增加公共活動(dòng)空間，使海綿景觀融入日常生活（見圖4，5）。

3.2.2 海綿技術(shù)應(yīng)用與展示

調(diào)蓄池開挖面積約1500m2。建設(shè)完成后，調(diào)蓄池頂部需恢復(fù)綠化種植，覆土厚度約1.2m。在此范圍設(shè)計(jì)1個(gè)共享活動(dòng)空間并將海綿技術(shù)與展示融入其中。

1）喜水植物雨水花園 如圖6所示，喜水植物雨水花園結(jié)構(gòu)層分為卵石層、種植土層、砂層、調(diào)蓄層、隔離層、覆蓋層和植被層。除有效進(jìn)行雨水滲透外，還具有多種功能：①去除徑流中懸浮顆粒等有害物質(zhì)；②通過(guò)喜水植物配置，打造豐富生態(tài)棲息環(huán)境；③通過(guò)植物蒸騰作用，調(diào)節(jié)周邊空氣濕度與溫度，改善微環(huán)境氣候；④建造成本較低，易維護(hù)，減少大量后期運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；⑤雨水花園景觀效果良好，給人以新的視覺認(rèn)知和景觀感受。

2）卵石填料雨水花園 即取消喜水植物雨水花園中的種植土及植物層，以裸露的卵石為景觀要素，模擬自然界干枯河床，營(yíng)造枯山水的景觀形象，既節(jié)水又增加禪意。除景觀訴求外，卵石填料雨水花園還兼顧雨水花園的凈、蓄、滯功能，當(dāng)土壤含水量飽和時(shí)，蓄積的雨水可形成干凈的水面，滿足不同景觀效果需求（見圖7）。

圖3 調(diào)蓄池工作示意

圖4 調(diào)蓄池上方海綿景觀平面

圖5 海綿景觀效果

圖6 喜水植物雨水花園

3）下凹綠地 將綠地豎向標(biāo)高降低至周圍地面以下，以便周邊雨水徑流匯入。下凹式綠地建設(shè)成本與常規(guī)綠地相近，改造增量成本較小，其滯納雨水的能力和地面透水性能良好，可減少綠化用水，補(bǔ)充地下水，減小市政雨水管網(wǎng)排水壓力，調(diào)節(jié)徑流和滯洪及削減徑流污染物（見圖8）。

4）入滲溝 多沿道路、鋪裝設(shè)置，用于匯聚并吸收周邊地面雨水，減少路面積水問(wèn)題。通過(guò)礫石、砂土的綜合作用使雨水得到凈化，部分自然下滲，涵養(yǎng)地下水源，其他可進(jìn)入園區(qū)水路徑管道，進(jìn)行回收利用（見圖9）。

5）透水鋪裝 透水鋪裝（透水混凝土、透水磚）是一種新的環(huán)保型、生態(tài)型道路鋪裝種類，能使雨水迅速滲入地表，有效補(bǔ)充地下水，緩解城市熱島效應(yīng)，平衡城市生態(tài)系統(tǒng)。透水鋪裝還能通透“地氣”，由于透水地面孔隙多，地表面積大，對(duì)粉塵有較強(qiáng)吸附力，可減少揚(yáng)塵污染，也可降低噪聲。

6）木塑鋪裝 木塑是一種新型復(fù)合材料，使用木粉、稻殼、秸稈等廢植物纖維混合成新的木質(zhì)材料，再經(jīng)擠壓、模壓、注塑成型。使用該產(chǎn)品可節(jié)約木材使用量，且防蟲、防水、防潮，解決木質(zhì)產(chǎn)品在潮濕和多水環(huán)境中吸水受潮后易腐爛、膨脹變形等問(wèn)題。

7）其他海綿景觀展示需求 ①在調(diào)蓄池和連接箱涵處設(shè)置雨水花園等海綿設(shè)施，直觀展示調(diào)蓄池大?。虎谠谡{(diào)蓄池溢流墻和排水泵上方設(shè)置玻璃頂蓋展示孔，并在展示孔處設(shè)置照明燈，供參觀人員觀看內(nèi)部構(gòu)造；③在調(diào)蓄池端部設(shè)置樓梯，方便人員進(jìn)入調(diào)蓄池內(nèi)部檢修及參觀；④設(shè)置展示牌，介紹設(shè)置原因、可解決問(wèn)題及工作原理，并配備相關(guān)照片（見圖10）。

4 結(jié)語(yǔ)

城市建成區(qū)面積急速擴(kuò)張，帶來(lái)城市下墊面的硬化，雨水徑流量和徑流污染隨之加劇，內(nèi)澇和水體污染嚴(yán)重影響城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)。北京某園區(qū)的調(diào)蓄池項(xiàng)目基本解決積水造成的安全隱患，同時(shí)將海綿景觀、海綿展示功能嵌入已建成園區(qū)中，是較成功的海綿改造設(shè)計(jì)嘗試及實(shí)踐。同時(shí)我司及時(shí)總結(jié)各海綿項(xiàng)目在后續(xù)使用、實(shí)際運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的問(wèn)題和意見反饋，為既有園區(qū)海綿化改造提供技術(shù)案例和經(jīng)驗(yàn)借鑒，使海綿技術(shù)應(yīng)用與推廣登上新臺(tái)階。

圖7 卵石填料雨水花園

圖8 下凹綠地

圖9 入滲溝

圖10 海綿技術(shù)展示路徑