海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)取值和分解研究摘要

1、海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)取值和分解研究2015-10-20 中國(guó)給水排水康丹，葉青(武漢市規(guī)劃研究院，湖北武漢430014)摘要：年徑流總量控制率是海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)中的首要指標(biāo)，徑流總量控制目標(biāo)取值和分解是海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合海綿城市建設(shè)技術(shù)指南低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行），在水生態(tài)、水安全、水環(huán)境和水資源等四個(gè)方面需求分析的基礎(chǔ)上確定海綿城市徑流總量控制目標(biāo)，并開(kāi)展目標(biāo)值分解三級(jí)法的應(yīng)用研究，以供規(guī)劃和設(shè)計(jì)同行參考。年徑流總量控制率是海綿城市建設(shè)的首要目標(biāo)，取值越高，環(huán)境保護(hù)和內(nèi)澇防治的綜合效益越好，但是工程投資和實(shí)施難度也越大，因此，年徑流總量控制率目標(biāo)對(duì)

2、海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案影響較大。海綿城市低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)在國(guó)內(nèi)尚無(wú)大規(guī)模實(shí)踐和系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為指導(dǎo)和推進(jìn)全國(guó)海綿城市低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)，2014年10月，住建部發(fā)布海綿城市建設(shè)技術(shù)指南低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）（簡(jiǎn)稱指南）。筆者在滿足指南對(duì)年徑流總量控制率要求的基礎(chǔ)上，對(duì)年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化，并開(kāi)展徑流目標(biāo)值系統(tǒng)分解思路研究，以期為海綿城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供參考。1 海綿城市徑流總量控制目標(biāo)取值1.1 年徑流總量控制率分區(qū)及取值指南將我國(guó)大陸地區(qū)年徑流總量控制率分為5個(gè)區(qū)，并提出相應(yīng)的取值范圍。為保證指南的普適性，取值范圍區(qū)間跨度較大，區(qū)間內(nèi)高值和低值差距顯著。以武漢和?？跒槔謩e位于

3、徑流控制分區(qū)的第區(qū)和第區(qū)，設(shè)計(jì)降雨量取值區(qū)間分別為（24.543.3）、（23.563.4） mm，高低限值之比分別達(dá)到1.8、2.7，取值跨度較大，給各地海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)取值的確定帶來(lái)困擾。1.2 年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間優(yōu)化海綿城市建設(shè)包括水生態(tài)、水安全、水環(huán)境和水資源四方面的需求，以實(shí)現(xiàn)水生態(tài)循環(huán)達(dá)到開(kāi)發(fā)前、水系水質(zhì)達(dá)標(biāo)、有效應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇和雨水資源化利用四大目標(biāo)，通過(guò)研究確定實(shí)現(xiàn)各目標(biāo)的最小年徑流總量控制率，取其中最大值作為年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間的最小值，以優(yōu)化取值區(qū)間。建議以城市年徑流總量控制率達(dá)到當(dāng)?shù)氐奶烊粡搅骺偭靠刂坡首鳛樗鷳B(tài)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的控制標(biāo)準(zhǔn)。天然徑流控制率通過(guò)

4、對(duì)實(shí)測(cè)的徑流率進(jìn)行還原計(jì)算而得。像武漢這樣的多水地區(qū)，應(yīng)按照陸地區(qū)域的天然徑流總量控制率計(jì)算。水環(huán)境水質(zhì)目標(biāo)與年徑流總量控制率關(guān)聯(lián)的建立相對(duì)復(fù)雜。首先根據(jù)城市水體水質(zhì)管理目標(biāo)和水質(zhì)現(xiàn)狀，計(jì)算城市水體最大環(huán)境容量，扣除點(diǎn)源和內(nèi)源污染物等的排入量，推算城市降雨徑流污染物最大可排入量，再根據(jù)徑流污染物濃度與徑流量的關(guān)系推算相應(yīng)的年徑流總量控制率。水安全內(nèi)澇目標(biāo)與年徑流總量控制率的關(guān)系難以直接計(jì)算，需在充分考慮城市管渠系統(tǒng)排放、內(nèi)澇設(shè)施調(diào)蓄等因素的基礎(chǔ)上采用模型模擬計(jì)算。由于海綿城市中年徑流總量控制率目標(biāo)通過(guò)控制中、小降雨排放來(lái)實(shí)現(xiàn)，雨水資源化利用設(shè)施規(guī)模常按照2年一遇的降雨重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，并不局限于中、

5、小降雨，因此，兩者取值關(guān)聯(lián)不密切，不建議將雨水資源化利用目標(biāo)作為確定海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)的依據(jù)。一般情況下，水生態(tài)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率取值最高，在不具備條件的地區(qū)，可對(duì)以上方法進(jìn)行簡(jiǎn)化，直接以天然徑流控制率作為城市年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間的最小值。2 海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)分解方法2.1 指南中年徑流總量控制目標(biāo)分解方法指南第3章第4節(jié)中已提供年徑流總量控制目標(biāo)的詳細(xì)分解方法，流程如圖1所示。在按照指南進(jìn)行年徑流總量控制目標(biāo)分解的過(guò)程中，存在兩個(gè)問(wèn)題，導(dǎo)致分解難以執(zhí)行。一是指南中年徑流總量控制目標(biāo)直接從地區(qū)分解到地塊，兩者用地規(guī)模差距過(guò)大，導(dǎo)致地區(qū)總控制目標(biāo)對(duì)地塊目標(biāo)的指導(dǎo)性

6、不強(qiáng)，兩者難以銜接。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，總體規(guī)劃設(shè)計(jì)面積往往達(dá)數(shù)百乃至上千平方千米，而控制性詳細(xì)規(guī)劃控制的地塊用地面積多為數(shù)十公頃甚至更小，地塊加權(quán)后的年徑流總量控制率與規(guī)劃目標(biāo)容易偏離，可能導(dǎo)致大量的調(diào)整和試算工作。二是部分規(guī)劃和改建地塊的綜合雨量徑流系數(shù)計(jì)算存在困難。指南表4-3中雨量徑流系數(shù)的匯水面積種類為各類下墊面；下墊面參數(shù)在詳規(guī)和設(shè)計(jì)階段才能明確，在城市總規(guī)、專項(xiàng)規(guī)劃和控規(guī)階段，無(wú)法對(duì)地塊下墊面面積分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2.2 年徑流總量控制目標(biāo)分解三級(jí)法2.2.1 三級(jí)法思路根據(jù)年徑流總量控制目標(biāo)分解中存在的問(wèn)題，提出三級(jí)法。三級(jí)法思路主要包括兩點(diǎn)：一是分層控制，多級(jí)分解。通過(guò)增加目標(biāo)控制的層

7、數(shù)，縮小單級(jí)分解的跨度；層層核算，減少校核的工作量。分解和控制級(jí)數(shù)可根據(jù)需要確定，參照武漢匯水情況，采用三級(jí)分解比較適宜，對(duì)流域或地區(qū)、排水子系統(tǒng)、街區(qū)和道路、宗地和路段等四層不同規(guī)模用地的年徑流總量控制率目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2。二是分類賦值。根據(jù)用地屬性和建設(shè)分類，考慮可實(shí)施性和需求，將地塊分類，并對(duì)每類地塊的年徑流總量控制率目標(biāo)人為賦值，避免單個(gè)地塊逐一求值的繁瑣的工作量。2.2.2 三級(jí)法步驟首先，根據(jù)指南分區(qū)要求，同時(shí)考慮水生態(tài)、水安全、水環(huán)境和水資源的需求，明確和優(yōu)化地區(qū)的年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間。年徑流總量控制總目標(biāo)一般在城市總體規(guī)劃中確定。其次，明確各級(jí)排水子系統(tǒng)的年徑流總量控制

8、目標(biāo)，完成對(duì)地區(qū)年徑流總量控制總目標(biāo)的分解，第一級(jí)分解建議納入分區(qū)或?qū)ｍ?xiàng)規(guī)劃。各排水子系統(tǒng)年徑流總量控制目標(biāo)值在排水分區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)受納水體水質(zhì)保護(hù)需求確定。排水子系統(tǒng)宜有獨(dú)立而單一的排水出口，便于對(duì)排水子系統(tǒng)的徑流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和對(duì)年徑流總量控制目標(biāo)進(jìn)行考核。再次，明確各排水子系統(tǒng)的年徑流總量控制目標(biāo)，完成對(duì)街區(qū)和城市道路年徑流總量控制目標(biāo)的分解，第二級(jí)分解建議納入控制性詳細(xì)規(guī)劃。此處街區(qū)指城市道路圍合的地塊，對(duì)部分面積較大的街區(qū)也可根據(jù)需要?jiǎng)澐譃槿舾傻貕K。道路和街區(qū)年徑流總量控制率目標(biāo)根據(jù)用地分類和建設(shè)情況分類確定，包含一種以上用地類型的街區(qū)還需對(duì)街區(qū)內(nèi)各類用地年徑流總量控制率進(jìn)行加權(quán)。為增

9、強(qiáng)街區(qū)和城市道路控制目標(biāo)的科學(xué)性和合理性，可考慮內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)性和實(shí)施條件等因素進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，如提高內(nèi)澇中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的目標(biāo)取值，降低綠化比例小的道路的目標(biāo)取值等。最后，明確宗地和路段的年徑流總量控制目標(biāo)，完成街區(qū)和道路的年徑流總量控制目標(biāo)的分解，第三級(jí)分解建議納入修建性詳細(xì)規(guī)劃階段。宗地是土地登記的基本單元，也是地籍調(diào)查的基本單元，一般情況下，一個(gè)宗地為一個(gè)權(quán)屬單位；宗地也是用地控制的最小單元，宗地年徑流總量控制目標(biāo)可直接納入用地的規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，直接指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。宜在每一級(jí)分解中對(duì)上一層控制目標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，如復(fù)核不達(dá)標(biāo)，應(yīng)對(duì)本層控制目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)標(biāo)為止。3 三級(jí)法分解應(yīng)用實(shí)例3.1 研究區(qū)域概況

10、Q區(qū)位于武漢市東北部，北臨長(zhǎng)江、南靠東湖風(fēng)景區(qū)、東至武鋼工業(yè)區(qū)，總面積為22.6 km2，現(xiàn)狀人口約為28萬(wàn);屬北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，雨熱同季，降雨充沛;地勢(shì)較平坦，地面高程大部分在21.024.0 m（黃海高程），在常年洪水位以下。根據(jù)勘測(cè)部門提供的地形，按照屋面、道路、綠地、水面、未建裸露地等分類對(duì)Q區(qū)現(xiàn)狀下墊面進(jìn)行解析，并按照指南表4-3對(duì)各類下墊面雨量徑流系數(shù)賦值，加權(quán)生成Q區(qū)現(xiàn)狀年均雨量徑流系數(shù)為0.54，具體計(jì)算依據(jù)如下：屋面、道路、公共綠地、水面、未建裸露地以及其他下墊面的現(xiàn)狀年均雨量徑流系數(shù)分別為0.90、0.80、0.15、1.00、0.15、0.50，面積所占比例分別為

11、15%、13%、8%、5%、16%、43%。Q區(qū)港渠和湖泊均為內(nèi)澇峰值排放和調(diào)蓄設(shè)施，根據(jù)指南對(duì)年徑流總量控制率的定義，其調(diào)蓄能力不宜納入；根據(jù)Q區(qū)現(xiàn)狀年均雨量徑流系數(shù)，估算現(xiàn)狀年徑流總量控制率約為46%，顯然不能達(dá)到海綿城市的徑流控制要求。3.2 年徑流總量控制目標(biāo)取值區(qū)間確定根據(jù)武漢市境內(nèi)28處雨量站1956年2010年系列觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，全市多年平均降雨量為1240.6 mm；根據(jù)武漢市水文站所測(cè)水量，進(jìn)行還原計(jì)算，武漢市年均天然徑流量為502.7mm。據(jù)此可知，武漢市多年平均天然徑流率為40.5%。武漢市水面占比約為25.0%，扣除水面，估算武漢市陸域多年平均天然徑流率為25.7%。

12、年徑流控制率與年徑流率之和為1，可知武漢市陸域天然徑流控制率為74.3%，據(jù)此確定武漢市Q區(qū)的年徑流總量控制率取值區(qū)間為75%85%。3.3 年徑流總量控制目標(biāo)分級(jí)分解3.3.1 排水系統(tǒng)分區(qū)控制目標(biāo)根據(jù)排水出口的不同，Q區(qū)劃分為港西系統(tǒng)和東湖匯水區(qū)，匯水面積分別為9.1和13.5 km2，港西系統(tǒng)雨水排入長(zhǎng)江，東湖匯水區(qū)雨水首先排入東湖調(diào)蓄，降雨過(guò)后再排入長(zhǎng)江。考慮東湖水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)高于長(zhǎng)江，且長(zhǎng)江環(huán)境容量高于城市內(nèi)湖東湖，港西系統(tǒng)和東湖匯水區(qū)規(guī)劃年徑流總量控制目標(biāo)分別按照70%和80%控制。有條件的情況下，可根據(jù)環(huán)境容量對(duì)各匯水區(qū)的徑流控制目標(biāo)最低值進(jìn)行測(cè)算。對(duì)兩個(gè)排水系統(tǒng)的目標(biāo)取值加權(quán)，Q

13、區(qū)年徑流總量控制率達(dá)到76%，位于總目標(biāo)取值區(qū)間內(nèi)，滿足要求。3.3.2 街區(qū)和道路年徑流總量控制目標(biāo)首先按照屬性將Q區(qū)用地劃分為道路、綠地、水體、開(kāi)發(fā)地塊等，道路和開(kāi)發(fā)地塊再按照規(guī)劃新建、現(xiàn)狀保留和已建擬更新改造劃分為三類；然后考慮可行性、生態(tài)敏感性等影響因子分類對(duì)年徑流總量控制率進(jìn)行賦值，再對(duì)包含一種以上用地類型的地塊進(jìn)行加權(quán)，生成街區(qū)和道路的綜合年徑流總量控制率，具體見(jiàn)表1。項(xiàng)目建設(shè)情況年徑流總量控制率目標(biāo)賦值/%道路現(xiàn)狀改造30規(guī)劃新建85綠地現(xiàn)狀和新建綠地85開(kāi)發(fā)地塊（公建、居住、商業(yè)等）現(xiàn)狀保留區(qū)60三舊改造區(qū)75規(guī)劃新建區(qū)85水體不包含調(diào)蓄湖泊100其他鐵路60為了控制結(jié)果更加直

14、觀，繪制色階圖表示各街區(qū)和道路的徑流控制率，見(jiàn)圖3。經(jīng)復(fù)核，按照街區(qū)和道路的目標(biāo)值加權(quán)計(jì)算，港西系統(tǒng)和東湖匯水區(qū)的年徑流總量控制目標(biāo)分別為76%和82%，滿足上一級(jí)控制要求。3.3.3 宗地和路段年徑流總量控制目標(biāo)根據(jù)用地屬性、建設(shè)情況、綠化率等因素，確定各宗地和路段的年徑流控制率目標(biāo)，再加權(quán)計(jì)算街區(qū)和道路的徑流控制目標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。對(duì)不達(dá)標(biāo)街區(qū)和道路，可對(duì)相關(guān)宗地和路段下墊面的低影響開(kāi)發(fā)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整或增加調(diào)蓄設(shè)施容量，反復(fù)核算直至徑流控制目標(biāo)達(dá)標(biāo)為止。Q區(qū)宗地和路段數(shù)量均為數(shù)百項(xiàng)，具體分解過(guò)程和結(jié)果在此不作表述。年徑流總量控制目標(biāo)分解至宗地和路段后，海綿城市規(guī)劃階段的分解工作完成，在宗地和道路低

15、影響開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)中，還應(yīng)對(duì)各宗地和路段低影響開(kāi)發(fā)后的年徑流總量控制率進(jìn)行復(fù)核。4 結(jié)論 通過(guò)研究水生態(tài)恢復(fù)、水質(zhì)保護(hù)和排澇目標(biāo)對(duì)年徑流總量控制率的要求，可縮小海綿城市年徑流總量控制率取值區(qū)間，優(yōu)化取值結(jié)果。 采用三級(jí)法對(duì)海綿城市年徑流總量目標(biāo)值分解，可滿足不同規(guī)劃層面下年徑流總量控制的需求，并可分級(jí)對(duì)年徑流總量控制目標(biāo)可達(dá)性進(jìn)行校核，能提高分解效率和控制目標(biāo)值的科學(xué)性。 下一步擬選取多個(gè)地塊樣本，通過(guò)下墊面統(tǒng)計(jì)和模型模擬等方法對(duì)表1中各類用地年徑流總量控制率目標(biāo)賦值的可達(dá)性進(jìn)行研究，以提高年徑流總量控制目標(biāo)的科學(xué)性和合理性。注：本文根據(jù)武漢市海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市實(shí)施方案中武漢市年徑流總量控制率

16、目標(biāo)分解的相關(guān)內(nèi)容編寫而成，筆者為相關(guān)內(nèi)容的策劃和主要編寫人，編制人員還包括姜勇、洪月菊、陳雄志、周勃、彭佳蕊、李敏、郭亞瓊等。武漢市海綿城市年徑流總量控制目標(biāo)的部分內(nèi)容和指標(biāo)在下一步設(shè)計(jì)中會(huì)調(diào)整和優(yōu)化，工程建設(shè)方案以官方批復(fù)方案為準(zhǔn)。（本文發(fā)表于中國(guó)給水排水雜志2015年第19期“城市雨水管理”欄目）如果您需要在微信公眾平臺(tái)或其他公眾媒體轉(zhuǎn)載、部分或全文引用本文，請(qǐng)?jiān)谖恼麻_(kāi)頭處注明出處（來(lái)源：中國(guó)給水排水雜志社官方微信，微信號(hào):cnww1985)雜志簡(jiǎn)介中國(guó)給水排水是面向全國(guó)給水排水和環(huán)境工程界的專業(yè)性科技期刊，具有較高的理論導(dǎo)向性和較強(qiáng)的工程實(shí)踐性，被稱為中國(guó)水行業(yè)的“首席雜志”、中文核心期刊、“中國(guó)百?gòu)?qiáng)科技期刊”中國(guó)精