云錦路下沉式綠地海綿城市效益分析
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劉俊杰1，王建軍2，馬小杰2
[1上海西岸開(kāi)發(fā)（集團(tuán)）有限公司，上海200232;2上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院，上海200125]
摘要：根據(jù)住建部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南（試行）》及《海綿城市建設(shè)績(jī)效評(píng)價(jià)與考核指標(biāo)（試行）》，定量分析云錦路下沉式綠地的海綿城市效益。通過(guò)分析影響設(shè)施年凈流總量控制率的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，為海綿城市在上海及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：海綿城市；下沉式綠地；徑流總量控制率；徑流污染控制率
中圖分類(lèi)號(hào)：TU992 文章編號(hào)：1004-4655( 2016) 02-0033-03
針對(duì)我國(guó)城市化過(guò)程中的地表水環(huán)境惡化、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)加劇、初期徑流污染嚴(yán)重等問(wèn)題，海綿城市的雨水管理理念應(yīng)運(yùn)而生。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時(shí)將蓄存的水加以利用。海綿城市建設(shè)將自然途徑和人工措施相結(jié)合，在確保城市排水防澇安全的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)雨水在城市區(qū)域的積存、滲透和凈化。
GB 50014-2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范(2014年版)》中設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期的提高及設(shè)計(jì)內(nèi)澇防治重現(xiàn)期的提出，推進(jìn)國(guó)內(nèi)海綿城市建設(shè)與發(fā)展。透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施及植草溝等有效控制徑流污染、削減徑流流量和峰值流量，是海綿城市——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)中的重要措施。其中下沉式綠地可廣泛應(yīng)用于城市建筑與住宅小區(qū)、道路、綠地和廣場(chǎng)內(nèi)，具有適用區(qū)域廣、易與景觀結(jié)合、徑流控制效果好以及建設(shè)維護(hù)費(fèi)用低的特點(diǎn)。
1項(xiàng)目概況
云錦路下沉式綠地處于上海市徐匯濱江地區(qū)云錦路跑道公園內(nèi)，其西側(cè)緊鄰云錦路。徐匯濱江地區(qū)規(guī)劃為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)集聚區(qū)，重點(diǎn)發(fā)展商貿(mào)、辦公及航空文化科技產(chǎn)業(yè)，作為徐家匯副中心的功能延伸，將打造濱江公共活動(dòng)及商務(wù)中心。下沉式綠地的實(shí)施，將低影響開(kāi)發(fā)和雨水管渠系統(tǒng)結(jié)合到一起，采用“綠色+灰色”的復(fù)合方案，緩解排水壓力。設(shè)施匯水區(qū)域主要包括園區(qū)內(nèi)道路、廣場(chǎng)、建筑及周邊云錦路市政道路。
2低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施設(shè)置
本工程共設(shè)置7個(gè)下沉式綠地區(qū)段，主要收集市政道路、園區(qū)道路及設(shè)施周邊區(qū)域的雨水徑流，周邊園區(qū)及市政道路標(biāo)高約4.2 m，溢流口標(biāo)高3.8 m，下沉式綠地底部標(biāo)高3.4 m，設(shè)施種植土層深0.3 m，碎石排水層0.3 m，下設(shè)防滲土工布。
下沉式綠地設(shè)計(jì)流程圖見(jiàn)圖1，設(shè)施構(gòu)造見(jiàn)圖2，如圖中所示，周邊園區(qū)內(nèi)道路及綠地廣場(chǎng)徑流利用線性排水溝收集后進(jìn)人下沉式綠地，周邊市政道路雨水徑流經(jīng)雨水口內(nèi)截流裝置截流后進(jìn)入下沉式綠地，設(shè)施底部設(shè)置碎石排水層，下滲徑流通過(guò)排水層內(nèi)盲管快速排出，經(jīng)排水盲管收集的下滲徑流可作周邊綠化澆灌用水，或者直接排入市政管網(wǎng)。暴雨情況下，如徑流來(lái)不及下滲，則通過(guò)綠地上方設(shè)置的500 mm×500 mm溢流口直接排入附近云錦路現(xiàn)狀市政管網(wǎng)。
下沉式綠地平面位置參見(jiàn)圖3，各設(shè)施服務(wù)面積比（下沉式綠地面積／匯水面積）為5.7%～17.7%，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。
3海綿城市效益分析
徑流總量、徑流峰值和徑流污染是低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)的主要規(guī)劃控制目標(biāo)。本文以年徑流總量和年徑流污染控制率2個(gè)指標(biāo)，定量分析設(shè)施徑流總量、徑流污染控制目標(biāo)，進(jìn)而評(píng)價(jià)設(shè)施海綿城市效益。
3.1計(jì)算方法
下沉式綠地的雨水調(diào)蓄容積包括有效調(diào)蓄容積V s和調(diào)節(jié)容積V d，圖2中雨水調(diào)節(jié)空間對(duì)應(yīng)設(shè)施調(diào)節(jié)容積V d.設(shè)施有效調(diào)蓄容積V包括設(shè)施頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部蓄水容積，計(jì)算方法見(jiàn)式(1)。
設(shè)施徑流控制能力可由單位面積徑流控制量衡量，由式(3)計(jì)算得到。
3.2設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)的選取
分析探討以徑流總量為控制目標(biāo)，下沉式綠地、雨水花園等低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的主要設(shè)計(jì)參數(shù)及其取值，為海綿城市在上海及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用提供參考與借鑒。
由式3可知，設(shè)計(jì)降雨量H為
當(dāng)徑流總量控制目標(biāo)一定（即設(shè)計(jì)降雨量為定值）時(shí)，由式( 3-1)可知，設(shè)施服務(wù)面積比a和單位面積徑流控制量q是影響設(shè)施年徑流總量的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。
根據(jù)式(3)推導(dǎo)得設(shè)施設(shè)計(jì)單位面積徑流控制量q s：
由式( 3-2)可知，q s與有效滲透面積無(wú)關(guān)，設(shè)施有效蓄水深度h s、種植土層深度h1及種植土壤物理性質(zhì)是影響單位面積徑流控制量的主要因素，其中h s是決定性因素。式( 3-2)中h s、h1N和KJT分別表征設(shè)施的頂部蓄水能力、結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)?chǔ)水能力及下滲性能，對(duì)于非滲透設(shè)施而言，KJTs項(xiàng)近似為0，可以不予考慮。
表2給出當(dāng)年徑流總量控制率分別為75%、80%和85%（對(duì)應(yīng)上海市設(shè)計(jì)降雨量分別為22.2 mm、26.7 mm和33.0 mm），綜合徑流系數(shù)取0.6時(shí)，設(shè)施服務(wù)面積比a對(duì)應(yīng)的q s值，以供設(shè)計(jì)參考。由表2可知，在一定的徑流總量控制目標(biāo)下，設(shè)計(jì)設(shè)施服務(wù)面積比a越大，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)單位面積徑流控制量q s越小，反之亦然。實(shí)際應(yīng)用中，需合理選取a與q s取值以在滿足景觀要求、植物生長(zhǎng)需求等前提下，實(shí)現(xiàn)設(shè)施徑流總量控制目標(biāo)。
3.3年徑流總量控制率
年徑流總量控制率是徑流總量控制目標(biāo)的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，降雨總量在年總降雨量中的比率即為年徑流總量控制率。根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)氣候特征、土壤地質(zhì)條件的差異，將上海地區(qū)劃分為Ⅲ區(qū)，要求年徑流總量控制率為75%～85%，75%、80%和85%年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的上海市設(shè)計(jì)降雨量分別為22.2 mm、26.7 mm和33.0 mm。
本文根據(jù)式( 3-2)計(jì)算得到，下滲歷時(shí)t s取2h，水力坡降J取1時(shí)，設(shè)施設(shè)計(jì)單位面積徑流控制量q s約為0.50 m。同時(shí)通過(guò)式(3)分別計(jì)算各個(gè)設(shè)施在不同年徑流總量下，對(duì)應(yīng)的單位面積徑流控制量（見(jiàn)表3）。由表3可知，q s遠(yuǎn)大于q s這表明云錦路7個(gè)下沉式綠地均可充分滿足85%年徑流總量控制率的要求。
為進(jìn)一步計(jì)算設(shè)施年徑流總量控制率，根據(jù)上海市徐匯站近20 a降雨數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析各年徑流總量控制率（見(jiàn)表4）。結(jié)果表明，1～7號(hào)下沉式綠地年徑流總量控制率均在91.5%以上，平均為96.7%，具有良好的徑流總量控制效果，即使年徑流總量控制率最小的7號(hào)設(shè)施，也能有效控制約96%的降雨事件不發(fā)生溢流現(xiàn)象。
3.4年徑流污染控制率
徑流污染控制是低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)的控制目標(biāo)之一。根據(jù)對(duì)上海市區(qū)非滲透性地面徑流污染特性研究，徑流事件平均濃度中值為：COD濃度205 mg/L，BOD5濃度68 mg/L，SS濃度185 mg/L，N H4+-N濃度3.14 mg/L，TP濃度0.40 mg/L，TN濃度7.23 mg/L，這表明上海市地表徑流污染嚴(yán)重，污染程度遠(yuǎn)高于國(guó)外。在城市徑流污染物中，SS與其他污染物指標(biāo)具有一定的相關(guān)性，通常用SS作為污染物控制指標(biāo)。
由上文可知，云錦路下沉式綠地對(duì)年徑流總量有較好的控制效果，均可達(dá)91.5%以上。國(guó)內(nèi)外研究表明，下沉式綠地、雨水花園等低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施均可有效去除徑流中SS，去除率為67%～99%。本文以80%的SS平均去除率，由下述方法估算設(shè)施的年SS總量削減率。
年SS總量削減率=年徑流總量控制率×低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施對(duì)SS的平均削減率
計(jì)算得到，設(shè)施年徑流總污染削減量可達(dá)73.2%以上（以SS計(jì)），表明云錦路下沉式綠地具有較好的徑流污染控制效果。
3.5技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析
根據(jù)項(xiàng)目概算得到，云錦路跑道公園項(xiàng)目總投資約18 000萬(wàn)元，其中下沉式綠地投資約190萬(wàn)元。經(jīng)上文對(duì)設(shè)施海綿城市效益評(píng)價(jià)分析得到，云錦路7塊設(shè)施年徑流總量控制率在91.5%～99.6%之間，年徑流污染控制率（以SS記）可達(dá)73.2%以上，具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
4結(jié)語(yǔ)
年徑流總量控制率是海綿城市效益的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明：云錦路7塊下沉式綠地年徑流總量控制率在91.5%～99.6%之間，年徑流污染控制率（以SS記）可達(dá)73.2%以上，海綿城市效益顯著。但上海地區(qū)是水質(zhì)型缺水區(qū)域，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)大，在確保海綿城市綜合效益的前提下，建議適當(dāng)降低下沉式綠地溢流口標(biāo)高，以預(yù)留更多的調(diào)蓄空間用于削減徑流峰值，從而減小周邊管渠系統(tǒng)的排水壓力，降低內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)。
分析指出，設(shè)施服務(wù)面積比a、單位面積徑流控制量q s是影響設(shè)施年徑流總量控制率的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)施有效蓄水深度h s影響q s的決定性因素。文中給出年徑流總量控制率分別為75%、80%和85%，綜合徑流系數(shù)為0.6時(shí)，上海地區(qū)不同a對(duì)應(yīng)的q s值，設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，可以參考此數(shù)據(jù)，通過(guò)合理選取a與h s實(shí)現(xiàn)設(shè)施徑流總量控制目標(biāo)。建議結(jié)合本區(qū)域雨水管渠系統(tǒng)水力模型進(jìn)一步評(píng)估云錦路跑道公園及下沉式綠地的防澇效果。
