海綿城市年徑流總量控制目標取值和分解研究
康丹，葉青
(武漢市規劃研究院，湖北武漢430014)
摘要：年徑流總量控制率是海綿城市規劃控制目標中的首要指標，徑流總量控制目標取值和分解是海綿城市規劃設計中的重點和難點。結合《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》，在水生態、水安全、水環境和水資源等四個方面需求分析的基礎上確定海綿城市徑流總量控制目標，并開展目標值分解三級法的應用研究，以供規劃和設計同行參考。
年徑流總量控制率是海綿城市建設的首要目標，取值越高，環境保護和內澇防治的綜合效益越好，但是工程投資和實施難度也越大，因此，年徑流總量控制率目標對海綿城市規劃設計方案影響較大。
海綿城市低影響開發建設在國內尚無大規模實踐和系統設計經驗，為指導和推進全國海綿城市低影響開發建設，2014年10月，住建部發布《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建（試行）》（簡稱《指南》）。筆者在滿足《指南》對年徑流總量控制率要求的基礎上，對年徑流總量控制目標取值區間進行優化，并開展徑流目標值系統分解思路研究，以期為海綿城市規劃和設計提供參考。
1 海綿城市徑流總量控制目標取值
1.1 年徑流總量控制率分區及取值
《指南》將我國大陸地區年徑流總量控制率分為5個區，并提出相應的取值范圍。為保證《指南》的普適性，取值范圍區間跨度較大，區間內高值和低值差距顯著。以武漢和海口為例，分別位于徑流控制分區的第Ⅳ區和第Ⅴ區，設計降雨量取值區間分別為（24.5~43.3）、（23.5~63.4） mm，高低限值之比分別達到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取值的確定帶來困擾。
1.2 年徑流總量控制目標取值區間優化
海綿城市建設包括水生態、水安全、水環境和水資源四方面的需求，以實現水生態循環達到開發前、水系水質達標、有效應對城市內澇和雨水資源化利用四大目標，通過研究確定實現各目標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取值區間的最小值，以優化取值區間。
建議以城市年徑流總量控制率達到當地的天然徑流總量控制率作為水生態目標實現的控制標準。天然徑流控制率通過對實測的徑流率進行還原計算而得。像武漢這樣的多水地區，應按照陸地區域的天然徑流總量控制率計算。
水環境水質目標與年徑流總量控制率關聯的建立相對復雜。首先根據城市水體水質管理目標和水質現狀，計算城市水體最大環境容量，扣除點源和內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，再根據徑流污染物濃度與徑流量的關系推算相應的年徑流總量控制率。
水安全內澇目標與年徑流總量控制率的關系難以直接計算，需在充分考慮城市管渠系統排放、內澇設施調蓄等因素的基礎上采用模型模擬計算。
由于海綿城市中年徑流總量控制率目標通過控制中、小降雨排放來實現，雨水資源化利用設施規模常按照2年一遇的降雨重現期設計，并不局限于中、小降雨，因此，兩者取值關聯不密切，不建議將雨水資源化利用目標作為確定海綿城市年徑流總量控制目標的依據。
一般情況下，水生態目標對應的年徑流總量控制率取值最高，在不具備條件的地區，可對以上方法進行簡化，直接以天然徑流控制率作為城市年徑流總量控制目標取值區間的最小值。
2 海綿城市年徑流總量控制目標分解方法
2.1 《指南》中年徑流總量控制目標分解方法
《指南》第3章第4節中已提供年徑流總量控制目標的詳細分解方法，流程如圖1所示。
在按照《指南》進行年徑流總量控制目標分解的過程中，存在兩個問題，導致分解難以執行。一是《指南》中年徑流總量控制目標直接從地區分解到地塊，兩者用地規模差距過大，導致地區總控制目標對地塊目標的指導性不強，兩者難以銜接。在實際設計中，總體規劃設計面積往往達數百乃至上千平方千米，而控制性詳細規劃控制的地塊用地面積多為數十公頃甚至更小，地塊加權后的年徑流總量控制率與規劃目標容易偏離，可能導致大量的調整和試算工作。二是部分規劃和改建地塊的綜合雨量徑流系數計算存在困難。《指南》表4-3中雨量徑流系數的匯水面積種類為各類下墊面；下墊面參數在詳規和設計階段才能明確，在城市總規、專項規劃和控規階段，無法對地塊下墊面面積分類進行統計。
2.2 年徑流總量控制目標分解三級法
2.2.1 三級法思路
根據年徑流總量控制目標分解中存在的問題，提出三級法。三級法思路主要包括兩點：
一是分層控制，多級分解。通過增加目標控制的層數，縮小單級分解的跨度；層層核算，減少校核的工作量。分解和控制級數可根據需要確定，參照武漢匯水情況，采用三級分解比較適宜，對流域或地區、排水子系統、街區和道路、宗地和路段等四層不同規模用地的年徑流總量控制率目標進行設計，見圖2。
二是分類賦值。根據用地屬性和建設分類，考慮可實施性和需求，將地塊分類，并對每類地塊的年徑流總量控制率目標人為賦值，避免單個地塊逐一求值的繁瑣的工作量。
2.2.2 三級法步驟
首先，根據《指南》分區要求，同時考慮水生態、水安全、水環境和水資源的需求，明確和優化地區的年徑流總量控制目標取值區間。年徑流總量控制總目標一般在城市總體規劃中確定。
其次，明確各級排水子系統的年徑流總量控制目標，完成對地區年徑流總量控制總目標的分解，第一級分解建議納入分區或專項規劃。各排水子系統年徑流總量控制目標值在排水分區的基礎上，根據受納水體水質保護需求確定。排水子系統宜有獨立而單一的排水出口，便于對排水子系統的徑流量進行監測和對年徑流總量控制目標進行考核。
再次，明確各排水子系統的年徑流總量控制目標，完成對街區和城市道路年徑流總量控制目標的分解，第二級分解建議納入控制性詳細規劃。此處街區指城市道路圍合的地塊，對部分面積較大的街區也可根據需要劃分為若干地塊。道路和街區年徑流總量控制率目標根據用地分類和建設情況分類確定，包含一種以上用地類型的街區還需對街區內各類用地年徑流總量控制率進行加權。為增強街區和城市道路控制目標的科學性和合理性，可考慮內澇風險性和實施條件等因素進行調整優化，如提高內澇中高風險區的目標取值，降低綠化比例小的道路的目標取值等。
最后，明確宗地和路段的年徑流總量控制目標，完成街區和道路的年徑流總量控制目標的分解，第三級分解建議納入修建性詳細規劃階段。宗地是土地登記的基本單元，也是地籍調查的基本單元，一般情況下，一個宗地為一個權屬單位；宗地也是用地控制的最小單元，宗地年徑流總量控制目標可直接納入用地的規劃設計條件，直接指導設計和施工。
宜在每一級分解中對上一層控制目標進行復核，如復核不達標，應對本層控制目標進行調整，直至達標為止。
3 三級法分解應用實例
3.1 研究區域概況
Q區位于武漢市東北部，北臨長江、南靠東湖風景區、東至武鋼工業區，總面積為22.6 km2，現狀人口約為28萬;屬北亞熱帶季風性濕潤氣候區，雨熱同季，降雨充沛;地勢較平坦，地面高程大部分在21.0~24.0 m（黃海高程），在常年洪水位以下。
根據勘測部門提供的地形，按照屋面、道路、綠地、水面、未建裸露地等分類對Q區現狀下墊面進行解析，并按照《指南》表4-3對各類下墊面雨量徑流系數賦值，加權生成Q區現狀年均雨量徑流系數為0.54，具體計算依據如下：屋面、道路、公共綠地、水面、未建裸露地以及其他下墊面的現狀年均雨量徑流系數分別為0.90、0.80、0.15、1.00、0.15、0.50，面積所占比例分別為15%、13%、8%、5%、16%、43%。
Q區港渠和湖泊均為內澇峰值排放和調蓄設施，根據《指南》對年徑流總量控制率的定義，其調蓄能力不宜納入；根據Q區現狀年均雨量徑流系數，估算現狀年徑流總量控制率約為46%，顯然不能達到海綿城市的徑流控制要求。
3.2 年徑流總量控制目標取值區間確定
根據武漢市境內28處雨量站1956年—2010年系列觀測數據統計分析，全市多年平均降雨量為1240.6 mm；根據武漢市水文站所測水量，進行還原計算，武漢市年均天然徑流量為502.7mm。據此可知，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%。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%，據此確定武漢市Q區的年徑流總量控制率取值區間為75%~85%。
3.3 年徑流總量控制目標分級分解
3.3.1 排水系統分區控制目標
根據排水出口的不同，Q區劃分為港西系統和東湖匯水區，匯水面積分別為9.1和13.5 km2，港西系統雨水排入長江，東湖匯水區雨水首先排入東湖調蓄，降雨過后再排入長江。
考慮東湖水質保護目標高于長江，且長江環境容量高于城市內湖東湖，港西系統和東湖匯水區規劃年徑流總量控制目標分別按照70%和80%控制。有條件的情況下，可根據環境容量對各匯水區的徑流控制目標最低值進行測算。
對兩個排水系統的目標取值加權，Q區年徑流總量控制率達到76%，位于總目標取值區間內，滿足要求。
3.3.2 街區和道路年徑流總量控制目標
首先按照屬性將Q區用地劃分為道路、綠地、水體、開發地塊等，道路和開發地塊再按照規劃新建、現狀保留和已建擬更新改造劃分為三類；然后考慮可行性、生態敏感性等影響因子分類對年徑流總量控制率進行賦值，再對包含一種以上用地類型的地塊進行加權，生成街區和道路的綜合年徑流總量控制率，具體見表1。
項目建設情況年徑流總量控制率目標賦值/%道路現狀改造30規劃新建85綠地現狀和新建綠地85開發地塊（公建、居住、商業等）現狀保留區60三舊改造區75規劃新建區85水體不包含調蓄湖泊100其他鐵路60為了控制結果更加直觀，繪制色階圖表示各街區和道路的徑流控制率，見圖3。
經復核，按照街區和道路的目標值加權計算，港西系統和東湖匯水區的年徑流總量控制目標分別為76%和82%，滿足上一級控制要求。
3.3.3 宗地和路段年徑流總量控制目標
根據用地屬性、建設情況、綠化率等因素，確定各宗地和路段的年徑流控制率目標，再加權計算街區和道路的徑流控制目標是否達標。對不達標街區和道路，可對相關宗地和路段下墊面的低影響開發指標進行調整或增加調蓄設施容量，反復核算直至徑流控制目標達標為止。Q區宗地和路段數量均為數百項，具體分解過程和結果在此不作表述。
年徑流總量控制目標分解至宗地和路段后，海綿城市規劃階段的分解工作完成，在宗地和道路低影響開發方案設計中，還應對各宗地和路段低影響開發后的年徑流總量控制率進行復核。
4 結論
① 通過研究水生態恢復、水質保護和排澇目標對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間，優化取值結果。
② 采用三級法對海綿城市年徑流總量目標值分解，可滿足不同規劃層面下年徑流總量控制的需求，并可分級對年徑流總量控制目標可達性進行校核，能提高分解效率和控制目標值的科學性。
③ 下一步擬選取多個地塊樣本，通過下墊面統計和模型模擬等方法對表1中各類用地年徑流總量控制率目標賦值的可達性進行研究，以提高年徑流總量控制目標的科學性和合理性。
注：本文根據《武漢市海綿城市建設試點城市實施方案》中武漢市年徑流總量控制率目標分解的相關內容編寫而成，筆者為相關內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的部分內容和指標在下一步設計中會調整和優化，工程建設方案以官方批復方案為準。
（本文發表于《中國給水排水》雜志2015年第19期“城市雨水管理”欄目）
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