基于海綿城市理論框架下北京生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持分析

范海洋

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)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(yīng)自然,合理利用和改善現(xiàn)有資源或已被破壞的資源,使得自然資源自身形成一個(gè)健康的、積極的可循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)。在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中,內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善雖然會(huì)給社會(huì)帶來(lái)諸多便利,但同時(shí)也導(dǎo)致了城市內(nèi)澇和水資源缺乏的問(wèn)題,嚴(yán)重影響了居民的正常工作和生活質(zhì)量,生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目需要進(jìn)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(chǎn)建設(shè)過(guò)程中的問(wèn)題,關(guān)注海綿城市建設(shè)和城市水土保持治療的關(guān)系,只有這樣才能提出合理有效的城市水土保持對(duì)策。

1.2 海綿城市與生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持存在的關(guān)系

城市水土保持是指在建設(shè)新項(xiàng)目時(shí),對(duì)完成的水土流失現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防和處理,另一方面也是對(duì)綠化環(huán)境的有效措施。海綿城市建設(shè)思路的提出為制定水土保持的措施提供了重要的依據(jù)和保障。海綿城市在建設(shè)過(guò)程中,嚴(yán)格國(guó)家規(guī)定的雨水洪澇災(zāi)害的管理要求和標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一,建設(shè)排水防澇工程并不是最終目的,只是作為一個(gè)比較急切的階段性目標(biāo)。建設(shè)海綿城市的主要目標(biāo)是為了建設(shè)出一個(gè)能和有效控制水資源污染、合理預(yù)防和治理洪澇災(zāi)害、維持生態(tài)系統(tǒng)和水資源系統(tǒng)良性循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展城市。

雨水徑流不但會(huì)引起城市出現(xiàn)洪澇災(zāi)害,還會(huì)加重城市的污染問(wèn)題,導(dǎo)致災(zāi)害的嚴(yán)重性增加。在生產(chǎn)建設(shè)過(guò)程中要重點(diǎn)關(guān)注雨水徑流的處理方式,按照地理位置和環(huán)境,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的規(guī)劃,避免引起其他問(wèn)題。

2 工程概況

項(xiàng)目區(qū)位于北京某科技園區(qū),建設(shè)項(xiàng)目距離西側(cè)孟祖河管理范圍線200 m,距離南側(cè)孟祖河管理范圍線150 m,距離南側(cè)京密引水渠管理范圍線300 m。根據(jù)相關(guān)管理?xiàng)l例。從京密引水渠河道兩岸向外水平距離100 m范圍內(nèi)為地表水源一級(jí)保護(hù)區(qū),該范圍內(nèi)禁止建設(shè)除了水利工程及取水構(gòu)筑物以外的所有工程。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀為閑置廢棄廠房,廠房及公共設(shè)施等還未拆除,場(chǎng)地內(nèi)無(wú)大面積的裸露地面,發(fā)生揚(yáng)塵等水土流失危害少。如圖1所示,根據(jù)項(xiàng)目區(qū)周邊地形資料、現(xiàn)狀路網(wǎng)高程及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況劃定排水分區(qū),該排水分區(qū)面積2.67 hm2。排水分區(qū)內(nèi)西北側(cè)現(xiàn)狀地面高程54.90 m～54.98 m,東南側(cè)現(xiàn)狀地面高程53.42 m～54.10 m,整體地勢(shì)西北高東南低,坡向東南側(cè)孟祖河,本項(xiàng)目位于排水分區(qū)西側(cè),地勢(shì)較高,不屬于排水分區(qū)的低洼易澇區(qū)。

圖1 項(xiàng)目區(qū)所在排水分區(qū)圖

3 建設(shè)防洪及內(nèi)澇分析與評(píng)價(jià)

3.1 雨水調(diào)蓄設(shè)施布置合理性分析

根據(jù)主體設(shè)計(jì)雨水調(diào)蓄池及綜合管線布置圖,雨水調(diào)蓄池位于項(xiàng)目區(qū)東北角,項(xiàng)目區(qū)內(nèi)雨水可通過(guò)內(nèi)部雨水管線收集至雨水調(diào)蓄池,經(jīng)調(diào)蓄后通過(guò)東側(cè)雨水管線排至北側(cè)現(xiàn)狀利祥路市政雨水管網(wǎng)。根據(jù)主體設(shè)計(jì),本項(xiàng)目于項(xiàng)目區(qū)東北側(cè)雨水出口處配建310 m3雨水調(diào)蓄池,滿足雨洪利用的要求。綠地中至少應(yīng)有50%為滯留雨水的下凹式綠地：本項(xiàng)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(guī)定要求。

3.2 外排徑流總量控制

建設(shè)項(xiàng)目總占地面積2.67 hm2,計(jì)算分析建設(shè)前和建成后3 年一遇降雨條件下,項(xiàng)目區(qū)總占地的綜合徑流系數(shù)及徑流量變化。

（1）雨水徑流總量計(jì)算原理

徑流總量按下式計(jì)算：

式中：zc為雨量綜合徑流系數(shù)；hy為設(shè)計(jì)降雨量,mm；F為計(jì)算面積,hm2。

（2）參數(shù)取值

1）設(shè)計(jì)降雨量hy

項(xiàng)目區(qū)最大24小時(shí)雨量均值H24h=109 mm,Cv=0.61,取Cs/Cv=3.5,確定項(xiàng)目所在地3 年一遇最大24 小時(shí)降雨量109 mm。

2）計(jì)算面積

項(xiàng)目建設(shè)前后計(jì)算面積為項(xiàng)目用地面積2.67 hm2。

（3）計(jì)算結(jié)果

根據(jù)調(diào)查,如表1所示,項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀下墊面種類(lèi)為硬屋面、混凝土硬化地面和綠地,項(xiàng)目建設(shè)前綜合徑流系數(shù)0.56,徑流總量1632.98 m3。

表1 建設(shè)前項(xiàng)目區(qū)徑流系數(shù)及外排徑流總量表

經(jīng)調(diào)蓄后外排徑流總量為921.72 m3,綜合徑流系數(shù)0.32。

（4）外排徑流總量分析

本項(xiàng)目實(shí)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(diào)蓄池（310 m3）后,項(xiàng)目區(qū)外排雨量徑流系數(shù)0.32,滿足要求。

3.3 內(nèi)澇水深計(jì)算

內(nèi)澇水位計(jì)算按水量平衡原理：

式中：Δhi為第i計(jì)算時(shí)段地面平均積水深度,mm；Ri為計(jì)算時(shí)段內(nèi)設(shè)計(jì)凈雨量,mm；HP為雨水管網(wǎng)排水能力,mm（項(xiàng)目區(qū)雨水通過(guò)北側(cè)利祥路現(xiàn)狀雨水管排入興昌路現(xiàn)狀雨水管,后排入孟祖河,經(jīng)計(jì)算雨水管網(wǎng)排水能力6.63 mm/5 min）。本項(xiàng)目位于孟祖河左岸,項(xiàng)目區(qū)段河道有堤防。發(fā)生50 年一遇降雨時(shí),排水分區(qū)內(nèi)雨水依地勢(shì)排入孟祖河。經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)無(wú)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。

4 水土保持中海綿城市理念的應(yīng)用

4.1 水土保持制約性因素分析與評(píng)價(jià)

項(xiàng)目位于某區(qū)B3-10 地塊,項(xiàng)目建設(shè)符合產(chǎn)業(yè)基地相關(guān)規(guī)劃,同時(shí)已取得規(guī)劃和國(guó)土資源委員會(huì)審查意見(jiàn),明確了項(xiàng)目用地性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模和綠地率等。項(xiàng)目不在水源保護(hù)區(qū)、泥石流易發(fā)區(qū)等敏感范圍內(nèi),符合國(guó)家及地方相關(guān)水土保持審批規(guī)定。在施工組織設(shè)計(jì)上,嚴(yán)格控制施工場(chǎng)地、臨時(shí)堆土等臨時(shí)工程占地面積,合理安排施工,防止重復(fù)開(kāi)挖和多次轉(zhuǎn)運(yùn),并且減少開(kāi)挖面和堆土面的裸露時(shí)間,及時(shí)采取相應(yīng)防護(hù)措施。工程施工組織設(shè)計(jì)基本合理,無(wú)水土保持制約性因素。

4.2 工程占地與表土剝離分析與評(píng)價(jià)

工程總占地面積2.67 hm2,主要建設(shè)內(nèi)容符合一類(lèi)工業(yè)用地（M1）土地利用規(guī)劃要求。工程施工場(chǎng)地和臨時(shí)堆土區(qū)結(jié)合施工組織布置在項(xiàng)目建設(shè)用地紅線范圍內(nèi),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀為閑置廢棄廠房,廠房及公共設(shè)施等還未拆除?，F(xiàn)狀有科研樓、廠房、值班室等地上建筑,建筑物周?chē)皷|側(cè)入口處道路兩側(cè)有綠地,施工前需對(duì)空地綠地及廠房周?chē)G地進(jìn)行表土剝離。

4.3 土石方平衡分析與評(píng)價(jià)

項(xiàng)目建設(shè)涉及土方工程主要為建筑物基礎(chǔ)及地下工程、場(chǎng)地平整、室外管線、綠化覆土和建筑垃圾5 部分,根據(jù)水土流失防治分區(qū)。

1）建筑工程區(qū)：建筑工程區(qū)主要指本項(xiàng)目新建建（構(gòu)）筑物建設(shè)區(qū)域,建設(shè)土方主要包括基礎(chǔ)及地下工程開(kāi)挖土方、雨水調(diào)蓄池及化糞池等的開(kāi)挖回填土方、地下室工程。結(jié)合現(xiàn)狀地面高程和設(shè)計(jì)高程,施工時(shí)實(shí)際開(kāi)挖深度為5.8 m。根據(jù)基坑開(kāi)挖施工工藝,開(kāi)挖面積9890 m2,共開(kāi)挖土方6.29萬(wàn)m3。根據(jù)地下室肥槽回填面積及回填深度,經(jīng)計(jì)算,共回填土方0.55萬(wàn)m3。綜上所述,建筑工程區(qū)共開(kāi)挖土方6.51 萬(wàn)m3,回填土方0.65 萬(wàn)m3。

2）室外硬化區(qū)：室外硬化區(qū)建設(shè)土方主要包括室外場(chǎng)地平整回填土方和室外管線工程建設(shè)開(kāi)挖回填土方。

根據(jù)主體設(shè)計(jì)方案,項(xiàng)目區(qū)豎向布置結(jié)合現(xiàn)狀地勢(shì)進(jìn)行設(shè)計(jì),生產(chǎn)用房1（1#,2#樓）、生產(chǎn)用房2（3#樓）、生產(chǎn)用房3（4#樓）以及研發(fā)用房（6#樓）,室外地面設(shè)計(jì)高程54.80 m～55.12 m,設(shè)計(jì)±0高程55.30 m,生產(chǎn)用房4（5#樓）設(shè)計(jì)±0高程55.00 m。因此在室外道路等硬化區(qū)域平整場(chǎng)地時(shí)需要回填土方,扣除道路結(jié)構(gòu)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(wàn)m3。根據(jù)管線布設(shè)位置、管徑、埋深和管槽開(kāi)挖坡比,經(jīng)計(jì)算,管線工程共計(jì)開(kāi)挖土方6.47 萬(wàn)m3,按照松實(shí)系數(shù)換算,管槽回填土方6.35 萬(wàn)m3,見(jiàn)表2。綜上所述,室外硬化區(qū)共開(kāi)挖土方6.47 萬(wàn)m3,回填土方6.62萬(wàn)m3。

表2 管線工程開(kāi)挖回填土方量表

棄方處理：項(xiàng)目剩余土方5.71萬(wàn)m3,主要為建筑物地下工程開(kāi)挖回填后剩余土方,施工期間場(chǎng)地內(nèi)施工臨建區(qū)域產(chǎn)生建筑垃圾0.03萬(wàn)m3,計(jì)劃全部運(yùn)至昌平區(qū)十三陵渣土消納場(chǎng)。該消納場(chǎng)距離本項(xiàng)目13.6 km,屬于昌平區(qū)合法的建筑垃圾消納場(chǎng),主要消納工程槽土、裝修垃圾、建筑垃圾。根據(jù)實(shí)地調(diào)查,目前建筑垃圾填埋庫(kù)容滿足本項(xiàng)目渣土和建筑垃圾的堆放。

4.4 雨洪利用分析與評(píng)價(jià)

本項(xiàng)目實(shí)施后,項(xiàng)目?jī)?nèi)硬化面積較大,主要包括建筑物樓頂、硬化路面等,這些區(qū)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(jì)算：

工程設(shè)計(jì)中以雨水回用為目的時(shí),一般采用1 年～2年一遇標(biāo)準(zhǔn),北京市2 年一遇1 小時(shí)最大降雨量81 mm,經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目區(qū)徑流總量1038.02 m3。在項(xiàng)目區(qū)內(nèi)設(shè)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(xiàng)目區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的地表徑流。按照雨水回用標(biāo)準(zhǔn),在2 年一遇降雨條件下,經(jīng)計(jì)算,項(xiàng)目區(qū)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(shí)還可有效利用積蓄雨水作為植被養(yǎng)護(hù)用水,減少管護(hù)費(fèi)用。同時(shí)主體設(shè)計(jì)考慮了項(xiàng)目區(qū)透水鋪裝區(qū)域和下凹式綠地設(shè)計(jì),可降低廠區(qū)地表徑流系數(shù)。

4.5 防治措施

根據(jù)水土流失各防治分區(qū)的特點(diǎn)對(duì)各防治分區(qū)進(jìn)行措施總體布置。經(jīng)綜合分析,本工程水土流失防治措施體系見(jiàn)圖2。

圖2 水土流失防治措施體系框圖

5 結(jié)語(yǔ)

城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持治理是海綿城市建設(shè)技術(shù)落地的基本支撐之一,兩者既是求同存異,又有著互補(bǔ)的關(guān)系,利用城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持措施體系可以填補(bǔ)和完善海綿城市建設(shè)過(guò)程中未考慮或已發(fā)生的建設(shè)情形。另外,也表明城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持的實(shí)質(zhì)是“海綿區(qū)域（體系）”建設(shè),治理效果同樣具有海綿效果。因此,城市生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持可為海綿城市以流域?yàn)閱卧獦?gòu)建建設(shè)體系提供更多的理論價(jià)值和實(shí)踐意義。