3.3 工程应用中年径流总量控制的海绵措施选择

为了达到年径流总量控制率要求,可以采用单一的海绵措施或者多种组合措施。由于每种措施的雨水控制效果、工程造价、可实施性等差别较大,因此每种海绵措施的综合效益均不相同。第2章介绍了三种低影响开发措施在实际工程中的设计计算,并未考虑三种措施最佳组合方式以及经济效益,以下推导从三种不同低影响开发措施单位面积蓄水量出发,探究获得最佳组合方式及经济效益的方法,寻求能达到年径流总量控制率要求的最佳综合效益的海绵措施组合。

3.3.1　年径流总量控制的海绵措施组合

根据第2章的内容可知,雨水花园、下沉式绿地和透水铺装三种海绵措施各自单位面积控制的雨水体积分别为:

雨水花园需控制的径流雨水量可采用容积法公式计算:

式中　A_d——汇流面积,m2;

　　H——设计降雨量(按年径流总量控制率要求决定),m;

　　φ——雨量径流系数。

由于雨水花园、下沉式绿地和透水铺装均已计算了雨水下渗量或填料空隙储水量,因此该部分的雨量径流系数应取1。

对于一个给定的区域地块,雨水花园、下沉式绿地和透水铺装三种海绵措施各自单位面积控制的雨水体积V₁、V₂、V₃通过计算可视为常数。根据3.2节可知,针对南昌市,V₁、V₂、V₃的值分别为:

V₁=0.415m3/m2;V₂=0.186m3/m2;V₃=0.098m3/m2

由上述相关数字及前文内容可知,雨水花园、下沉式绿地和透水铺装三种海绵措施中,雨水花园对雨水径流的控制作用最为明显,其次为下沉式绿地,透水铺装效果最小。其中雨水花园和下沉式绿地主要靠蓄水层的作用控制雨水径流。

由于三种措施的选择还受工程造价、可实施面积、后期管理维护等因素的影响,因此,需根据相关约束条件求得最佳的海绵技术措施。本书以工程造价作为约束条件。

假设各自面积分别为x(m2)、y(m2)、z(m2),则有如下公式:

(3⁃11)

(3⁃12)

式中　P——海绵技术总造价,元;

　　A——雨水花园单位面积工程造价,元/m2;

　　B——下沉式绿地单位面积工程造价,元/m2;

　　C——透水铺装相比于非透水铺装单位面积增加的工程造价,元/m2。

0≤x、y、z≤现状或规划面积。

由于透水铺装容易堵塞,且其对雨水径流总量的控制影响较小,因此不建议大面积设置,目前透水铺装主要用于人行道。

由于下沉式绿地大面积应用时,易受地形条件的影响,实际调蓄容积较小,因此一般采用下沉式绿地率为50%~60%。

由上式可知,当V₁、V₂、V₃、A、B、C、H、A_d、φ、H、z均为已知量时,可求得P的最小值。

3.3.2　工程应用实例

以南昌市某新建小区为例,小区内含住宅、广场、庭院和公共绿地。该小区占地面积约3.0hm2,其中建筑用地面积0.9hm2,绿化用地1.1hm2,广场等占地0.5hm2,道路占地0.5hm2(人行道面积为0.15hm2)。小区拟采用雨水花园、下沉式绿地和透水铺装海绵技术使得雨水年径流总量控制率为70%,对应降雨量为22.8mm。透水铺装主要为全部人行道。

根据不同下垫面的雨量径流系数(表3⁃5),将各垫面的径流系数进行加权平均,得出综合径流系数,具体公式如下:

(3⁃13)

则本小区综合雨量径流系数为:

根据容积法可知,该小区需控制的雨水体积(m3)为:

根据《指南》及国内相关工程经验,雨水花园工程造价为200元/m2,下沉式绿地单位面积工程造价60元/m2,透水铺装相比于非透水铺装单位面积增加的工程造价50元/m2。

根据式(3⁃11)和式(3⁃12)可得,

P=200·x+60·y+50×1500

根据上式求得:当x=0,y=1523时,P最小,为16.64万元。即小区采用1523m2下沉式绿地和1500m2透水铺装时,能满足雨水年径流总量控制率为70%,同时工程造价最低,为16.64万元。