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地方海绵城市标准体系创新及设计经验总结

2022-05-07余小明

广东土木与建筑 2022年4期
关键词:控制率径流总量

余小明

(广州华森建筑与工程设计顾问有限公司 广州 510045)

0 引言

近年来,国家推广海绵城市建设力度较大,出台了一系列海绵城市设计相关规范或政策性文件,涉及海绵城市设计导则、设计做法、国家财政支持、运营评价体系等各个层面。

中国幅员辽阔,各地气候相差不一,各地在执行海绵城市上,侧重点也不太一样。本文收集和整理了全国及20 个试点省市出台的海绵城市相关规范或政策性文件,重点分析及整理相关政策性文件的异同,分析部分城市的海绵政策的独特点,相关的内容也可以给后续试点省市地区提供参考,确保海绵城市能够得到有效的推广及实施。

因篇幅限制,各地出台的海绵政策性文件不一一列举,本文重点摘录了部分城市出台的海绵城市相关标准或政策,如表1所示。

表1 各地海绵城市标准或政策文件摘录Tab.1 Extract of Sponge City Standards or Policy Documents

1 因地制宜设置控制目标

有些试点城市针对海绵城市径流总量、下沉绿地率、透水铺砖率等多项海绵城市控制指标采取一刀切的规定,造成了设计执行的困难,然而部分城市也根据用地性质进行了因地制宜的控制性目标。

对于海绵城市径流总量控制目标,一般试点地区都将数值控制在70%对应的一次降雨量。然而实际设计过程中,因项目用地性质、容积率、绿化不同,项目如果径流总量目标一致,实施的难度会有所不同。极端点如一个公园项目和一个综合体项目,若选取相同的70%径流总量控制目标,公园则非常容易满足设计要求,而综合体项目则需额外增加硬化调蓄水池,增加预算才可以达到设计要求,如此一刀切的规定,无法发挥各项目各自特点。海绵城市控制目标根据地块的性质,进行因地制宜的弹性调整有一定的必要性,可以充分发挥各地块的作用。

部分试点地区根据地块用地性质,调整径流总量控制目标。以河南省为例,根据项目地块性质、建筑密度、绿化率、建成状况进行调整径流总量控制目标,如表2所示。

表2 河南省径流总量控制率指标调整Tab.2 Adjustment of Runoff Total Control Rate Indicators in Henan Province

不光径流总量控制率执行弹性的比例,针对绿地下沉比例、透水铺砖比例、部分城市也执行了弹性的比例。以四川省遂宁市为例,针对改造项目和新建项目实行差异化,同时结合用地性质,相应的下沉式绿地比例、透水铺砖比例也有所不同,如表3、表4所示。

表3 遂宁市下沉式绿地引导性指标Tab.3 Guiding Indicators of Submerged Green Space in Suining City

表4 遂宁市透水铺砖率引导性指标Tab.4 Guiding Index of Permeable Brick Paving Rate in Suining City

同样的,部分城市为了有效改善城市水环境质量,通过消减径流的方式实现面源污染的消减,对应不同类型受纳水体,执行不同的径流总量控制率。以南京为例,针对Ⅱ类受纳水体,执行+5%的径流控制比例;Ⅲ类受纳水体,径流控制比例不调整,Ⅳ类受纳水体执行-5%的径流控制比例。

2 全流域控制目标全局分解

一些试点城市年径流总量控制实行三级规划控制指标,年径流总量按照全市(全市指标)、区域总体规划(区域指标)、控制性详细规划(控规单元指标)在全流以落实。各控制单元指标根据地块内的建筑小区、绿地、道路广场、河道等系统进行分摊,确保满足设计要求,上海市年径流总量控制、主要地类规划控制指标如表5所示。

表5 上海市主要地类的规划控制指标Tab.5 Planning Control Indicators of Major Land Classes in Shanghai

珠海市在海绵目标的分解上,做得尤为突出,全市执行70%的径流总量控制目标,然后指标按面积分解至下属7个区;各区设定独立的海绵城市径流控制目标及雨水调蓄容积;各区根据管辖的地块组团,分别设置组团的径流控制量及调蓄容积;各组团的具体用地地块设置独立的海绵城市径流控制指标。摘取了部分用地地块径流总量控制数据,如表6 所示,对B203B0109绿地执行94%的径流总量控制率、对B203B0107地块执行50.7%的径流总量控制率,如此整个城市的海绵调控目标经过层层分解后就变得容易实现了。

表6 珠海市西部中心城区地块径流控制率指标分解Tab.6 Decomposition of Runoff Control Rate Indicators in West Central District of Zhuhai City

深圳市海绵城市还引入了一个不透水下垫面径流控制比例这一指标,引导硬化铺砖及屋顶雨水往海绵设施内排放,可以使得海绵设施之间的关联也受到了全局性的约束。

3 雨水模型应用分析

目前国内外有不少排水管网模拟软件可供选择,海绵城市模型软件常见的有暴雨管理模型(SWMM)、储存和漫流模型(STORM)、DHI MIKE等系列。

暴雨模型软件在各地的应用范围不一,主要应用在4 个方面:①城市区域海绵指标分解及大区域(超200 公顷)雨水模型分析;②项目内涝防洪数据分析;③项目源头减排模型分析;④项目海绵城市径流总量控制指标复核。

广西、贵安新区、江西省、上海市、重庆市等地均规定,项目总占地面积大于200公顷时,应采用水力模型辅助低影响开发设计。通过模拟降雨情况,有利于大区域海绵城市的分解及内涝防治。以珠海市横琴新区为例,利用MIKE软件平台,建立城市降雨径流模型、雨水管道模型、城市地面二维径流模型等,用于分析区域的内涝情况、源头减排情况以及海绵城市径流分析。

除了政府规划层面上要求外,各地对具体项目也有所侧重点。三亚市针对内涝防治、源头减排项目要求进行模型模拟,建议采用SWMM 软件或inforworks软件建模,并转换成inp 格式,提供开发建设前、传统开发、低影响开发3种模型供图审人员审阅;珠海市重点项目必须采用模型法进行校核海绵城市设计指标,设计单位需要针对不同降雨条件进行模拟,并对风险点进行分析和说明;厦门市海绵城市设计虽无明确要求,但在其海绵项目综合评价中,应用模型法进行径流模拟分析、管网模拟分析、径流总量控制率同时采用容积法及模型法相互校核,总计可以加4分。

暴雨模型软件分析在海绵城市中的应用很广,但也有些局限性,需要不少前置条件。比如,用来复核城市径流总量控制率方面,需要取得近10年来当地的降雨情况分析,而这些数据一般设计单位较难取得,有些小城市甚至缺乏统计数据;另外以SWMM 软件为例,一般将当地的暴雨强度公式进行芝加哥雨型互换,分配时长(1~5 min)和降雨历时(2~6 h)得到不同降雨重现期下的短历时降雨过程线,用于评估径流峰值流量及管网能力。然而针对内涝防治方面,各城市的降雨情况与芝加哥情况大有不同,仅深圳就有东部雨型、中部雨型、西部雨型、甚至台风来临的台风雨型。在城市历史降雨情况、暴雨雨型未知的情况下,以芝加哥雨型进行内涝防治分析,相应的结果也就不那么准确了。

4 财政支持措施梳理

中央层面上,国家明确发文,针对海绵城市建设试点给予3 年的专项资金补助,其中直辖市每年6 亿元,省会城市每年5 亿元,其他城市每年4 亿元。各试点城市也出台了一些地方财政支持措施,以推动海绵城市的建设及发展。

深圳市针对海绵城市项目也出台了一些政策,对于新建海绵城市项目,在市海绵办报送通过,取得竣工验收和达标材料,经当地海绵办确认后,按照占地面积给予15 万元/公顷的奖励;针对既有项目进行海绵化专项改造的,经海绵办初步审核及第三方机构或专家评审确认后,按照海绵设施竣工面积以及对应设施改造成本的50%予以设计奖励;同时针对海绵城市建设及规划设计、施工、监理等每年组织评奖,以设计为例,一等奖奖金为30万。

珠海市也出台了类似的规定,针对在建的建筑小区类项目,按照占地面积给予80 元/m2的补助;在建的道路交通类项目,按照海绵城市专项工程结算金额的50%给予补助;其他新建、在建、扩建和改建项目,按照海绵设施建设项目投资成本的20%给予补助;城市海绵项目运营监测设备由海绵办专项资金进行采购,可以确保后续海绵项目的运营情况数据收集。

5 设计运营评价措施

针对海绵城市的设计评价,国家出台了《海绵城市建设评价标准:GB/T 51345—2018》[2],针对年径流总量控制率及径流体积控制、源头减排项目实施有效性、路面积水控制与内涝防治、城市水体环境质量、自然生态格局管控与水体生态性岸线保护、地下水埋深变化趋势、城市热岛效应缓解等7 个方面进行评价。各地方也出台了相关的评价及运营措施,值得借鉴。

海绵城市的施工过程也十分重要,黄广鹏[3]对海绵城市施工及工艺流程做了详细的解读,相应的施工评价很有必要。

厦门市出台了地方标准《海绵城市建设工程评价标准:DB 3502/Z 5023—2018》,类似绿色建筑评价打分制,在建设项目竣工1年后,对设计、施工、运营阶段进行全过程控制,如表7 所示,每个阶段总分100 分,各阶段权重比例分别为30%、20%、50%,工程阶段总得分按各阶段得分乘以权重之和得出。海绵城市建设工程评价按总得分分别达到60、70、85分时,建设工程分别登记为一星级、二星级、三星级。

表7 厦门海绵工程运营阶段评价各部分权重Tab.7 Weight of Each Part in the Evaluation of Xiamen Sponge Project in Operation Stage

在实际设计及运营阶段,通过设计安装雨量计、流量计、浊度、液位计等监测装备,可以有效监控海绵运营效果。萍乡市建设局监测设施安装情况分布、降雨量及对应溢流流量、降雨量与SS 浓度关联分别如图1~图3所示。

图1 萍乡市建设局监测设施安装情况分布Fig.1 Distribution of Installation of Monitoring Facilities of Pingxiang Construction Bureau

图2 萍乡市建设局降雨时LID设施出口流量变化Fig.2 Change of LID Facility Export Flow during Rainfall of Pingxiang Construction Bureau

图3 萍乡市建设局降雨时LID设施浊度仪变化Fig.3 Change of Turbidimeter of LID Facility in Rainfall of Pingxiang Construction Bureau

6 海绵设计经验总结

在实际设计过程中,海绵城市需要做到从全局把控、前期资料收集、专业配合等各方面。需要平衡各项海绵城市设施,满足各地的海绵城市控制性指标要求,并尽量满足引导性指标要求,通过容量法或模型法校核径流总量控制率要求,复核各项SS去除率等其他各项指标要求。

前期资料的收集,要注意当地的基础详细勘察情况,根据勘察材料可以得出原状土质及分布情况,相应土质的渗透系数不同,用来评判海绵设施是否需要换土回填需要,按照绿化种植土壤要求,一般绿化土壤,其表层土壤(0~20 cm)应不小于5 mm/h,当用于地下雨水调蓄或净化时,其土壤入渗率应在10 mm/h~360 mm/h 之间;根据地下水水位分布情况不同,海绵渗透设施的分布及设置标高等也会有所不同,一般渗透设施应高于地下水位1.0 m 效果较好,和地下水位持平则完全没有效果。

在专业配合上,需和建筑及景观专业紧密配合,下沉绿地的范围、雨水收集池的设置以及屋顶绿化的设置位置等、地下室上方的雨水积水排放、以及结构预留的荷载等。比较容易忽略的关键节点是,屋面雨水径流如何向海绵设施引流,雨水断流的设计容易被各方忽略,常见的雨水断接做法如图4所示。

图4 雨水立管LID做法Fig.4 LID Method of Rainwater Riser

目前,在参与设计海绵城市的多个地区中,在审查环节,三亚市要求最为严格,相应的措施值得推广,也可供设计借鉴。三亚市要求每个下沉式绿地或调蓄水池独立设置一个小型的汇水分区,制表以统计每个小型汇水分区的调蓄雨量与汇流雨量,以统计复核是否满足一次降雨量不产生市政外排效果。按照这个要求,一个小区会被分割成几十个小型汇水分区,若其中有几个小型汇水分区产生径流量,需在管网末端增加调蓄水池,调蓄水池的容量应为上述小型汇水分区径流量之和。

7 小结

⑴一些城市海绵城市目标值执行弹性机制,并进行全局性分解,有利于整个城市海绵城市设计的推进,因地制宜,最少成本完成城市海绵设计总目标。

⑵海绵模型应用范围较广,可以在城市区域海绵指标分解、内涝防治、源头减排、项目径流总量控制等应用,但海绵模型应用有一定的局限性,需要有一定的前置气候气象条件。

⑶各试点城市对海绵项目的财政支持措施上,侧重点有所不同,值得借鉴分析。

⑷各试点城市在对海绵项目验收评价等方面,出台了一系列的政策,针对海绵城市建设评价标准做了一定的补充和创新。

⑸在实际过程中,海绵城市需要做到从全局把控、前期资料收集、专业配合等各方面完善海绵城市的设计。

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