海綿城市建設(shè)工程設(shè)計技術(shù)研究
——以佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)北院為例

陳永文

（佛山市代建項目管理中心，廣東 佛山 528000）

1 工程概況

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)北院位于佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)仙溪湖畔，新校區(qū)環(huán)繞仙溪水庫，被水庫分成了南北2 個片區(qū)。本次海綿城市建設(shè)工程為新校區(qū)北院的南區(qū)部分，具體范圍是在廣云路以北，仙溪水庫以南，水庫西路以東，虹嶺路以西。

項目建設(shè)主要包括透水鋪裝、生態(tài)停車場、下沉式綠地、雨水花園、蓄水池等海綿設(shè)施。建設(shè)規(guī)模包括透水鋪裝6 624m2、生態(tài)停車場1 082m2、下沉式綠地13 280m2、雨水花園10 411m2、蓄水池600m3。

2 設(shè)施選擇與工藝流程

根據(jù)項目片區(qū)及自身面臨的突出問題和需求，并基于自然凈化的雨水利用設(shè)計理念，優(yōu)先選擇以綠化吸收為主、回收為輔的海綿設(shè)施，如雨水花園等。根據(jù)匯水情況，通過集中與分散相結(jié)合的布置方式對雨水進行匯集。針對不透水鋪裝面積大等問題，選擇透水鋪裝進行設(shè)計。由于場地縱向坡度大，雨水流速快，可設(shè)置橫向截水溝對屋面和道路匯集的雨水進行截流，有效地將雨水引入綠地中的調(diào)蓄設(shè)施。根據(jù)項目情況修建雨水收集回用設(shè)施，如蓄水模塊，可用于景觀水池補給和綠地澆灌，以減少自來水用量。針對不同的下墊面條件，分別采取相應(yīng)的輔助措施，對徑流雨水進行導(dǎo)流、傳輸與控制。本文著力構(gòu)建如圖1 所示的“源頭減排”“管渠傳輸”“排澇除險”多層級、高耦合雨水綜合控制利用系統(tǒng)。

圖1 雨水綜合控制利用系統(tǒng)

3 匯水分區(qū)及工程布局

3.1 豎向設(shè)計與匯水分區(qū)

海綿排水分區(qū)是地塊海綿化建設(shè)中徑流量計算和管控的獨立單元。各排水分區(qū)根據(jù)區(qū)域綠化率、鋪裝條件等進行海綿化建設(shè)，分區(qū)內(nèi)部滿足徑流總量控制率、徑流污染削減率、雨水資源回用率等海綿指標(biāo)，總體實現(xiàn)海綿建設(shè)目標(biāo)。

圖2 是海綿排水分區(qū)圖。通過對地塊設(shè)計高程及管網(wǎng)系統(tǒng)的分析，可將地塊劃分為6 個海綿排水分區(qū)。

圖2 海綿排水分區(qū)圖

3.2 匯水分區(qū)設(shè)計

根據(jù)各匯水分區(qū)計算所得出的徑流控制量和下墊面徑流情況，合理進行海綿設(shè)施布置，海綿設(shè)施總平面布置圖如圖3所示。校區(qū)屋頂、硬化路面、透水鋪裝等下墊面徑流通過周邊植草溝、雨水花園及礫石系統(tǒng)等海綿設(shè)施進行滲、滯、蓄、凈，并將海綿設(shè)施通過溢流口與雨水管網(wǎng)銜接，部分溢流雨水通過小區(qū)管網(wǎng)末端設(shè)置的蓄水池進行調(diào)蓄回用，超出容納能力的雨水則進入市政雨水管網(wǎng)。

4 徑流量及雨水資源利用率分析

4.1 設(shè)計徑流控制量計算參數(shù)

根據(jù)佛山市科學(xué)技術(shù)學(xué)院仙溪校區(qū)南區(qū)用地類型和規(guī)模，參照《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》【1】中各種下墊面雨量徑流系數(shù)參考值，并結(jié)合項目自身特征，采用加權(quán)平均法，計算校區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)。

綜合雨量徑流系數(shù)計算公式為：

式中，φ 為綜合雨量徑流系數(shù)；F 為匯水面積，hm2；φi為 i區(qū)域綜合雨量徑流系數(shù)；Fi為i 區(qū)域匯水面積，hm2。

圖3 海綿設(shè)施總平面布置圖

設(shè)計徑流控制量計算公式為：

式中，V 為年徑流控制量，m3；H 為設(shè)計降雨量，mm；φ 為綜合雨量徑流系數(shù)；F 為匯水面積，hm2。

4.2 徑流控制量分析

1 號子匯水分區(qū)用地面積3.31hm2，采用的雨水設(shè)施主要為植草溝、雨水花園（生物滯留設(shè)施）、下沉綠地、透水鋪裝。其中，植草溝上部分臨時蓄水高度5mm，下沉綠地上部臨時蓄水高度200mm，種植介質(zhì)土厚500mm，雨水花園上部臨時蓄水高度200mm，種植介質(zhì)土厚500mm，底部礫石厚200mm。由于種植土進行了換填，滲透性較好，結(jié)構(gòu)層空隙蓄水能力可較好發(fā)揮，故實際徑流控制量應(yīng)考慮除表層蓄水能力外的土壤、礫石孔隙蓄水能力?？紤]到施工或維護造成的誤差，容積將存在一定的折減，系數(shù)宜取0.8～1.0。經(jīng)計算1 號匯水分區(qū)總徑流控制量為485m3（見表1），對應(yīng)降雨量28.51mm，對應(yīng)控制率72%，滿足徑流控制量要求。

根據(jù)本項目用地條件和雨水設(shè)施布局，按照1 號子匯水分區(qū)設(shè)施凈流控制量計算方法，詳細(xì)計算1～4 號、6 號（5 號區(qū)域位于二期建設(shè)范圍）子匯水分區(qū)內(nèi)雨水設(shè)施徑流控制量（見表2）。

表1 1 號子匯水分區(qū)雨水設(shè)施徑流控制量計算表

表2 各子匯水分區(qū)海綿設(shè)施規(guī)模計算表

經(jīng)計算，除了2 號、4 號以及6 號匯水分區(qū)，其余匯水分區(qū)基本可通過分區(qū)內(nèi)的綠色雨水設(shè)施實現(xiàn)雨水源頭消納，在2號和4 號子匯水分區(qū)內(nèi)2 個雨水管網(wǎng)末端設(shè)置調(diào)蓄池，對分區(qū)內(nèi)雨水進行集蓄利用，實現(xiàn)區(qū)域達標(biāo)；另外，6 號匯水分區(qū)由于地形劣勢，需通過截水溝將雨水轉(zhuǎn)屬至4 號匯水分區(qū)進行消納，以實現(xiàn)項目整體徑流控制量達標(biāo)。由于展示區(qū)大部分位于3、4 號自匯水分區(qū)，因此，3 號自匯水分區(qū)管網(wǎng)末端亦設(shè)置調(diào)蓄池。

綜上所述，本項目海綿設(shè)施布置滿足雨水徑流控制量的目標(biāo)。

4.3 雨水資源利用率試算與達標(biāo)評估

根據(jù) GB/T 51345—2018《海綿城市建設(shè)評價標(biāo)準(zhǔn)》【2】實現(xiàn)目標(biāo)所需的雨水資源利用量計算公式為：

式中，α 為季節(jié)折減系數(shù)；ψ 為綜合雨量徑流系數(shù)；H 為多年平均降雨量，mm；A 為匯水面積，m2；β 為雨水收集率，%。

其計算結(jié)果見表3。

表3 雨水資源利用量計算表

根據(jù)項目環(huán)評報告的相關(guān)資料顯示，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院南區(qū)年供水總量9.698×105m3，通過布設(shè)海綿設(shè)施，年可利用雨水量為 1.204×105m3，雨水資源利用率達12.41%，滿足本項目雨水資源利用率為3%的設(shè)計指標(biāo)。

5 結(jié)語

海綿城市建設(shè)對于改善區(qū)域水環(huán)境、提升水資源利用率具有重要意義。本文以佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院新校區(qū)北院實際工程為例，系統(tǒng)分析了海綿城市建設(shè)中設(shè)施布設(shè)的過程和要點，并通過徑流量及雨水資源利用率分析，驗證了設(shè)計成果的合理性。研究成果可供類似工程設(shè)計計算參考。