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海绵城市年径流总量控制目标取值和分解研究
康丹，叶青
(武汉市规划研究院，湖北武汉430014)
摘要：年径流总量控制率是海绵城市规划控制目标中的首要指标，径流总量控制目标取值和分解是海绵城市规划设计中的重点和难点。结合《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》，在水生态、水安全、水环境和水资源等四个方面需求分析的基础上确定海绵城市径流总量控制目标，并开展目标值分解三级法的应用研究，以供规划和设计同行参考。
年径流总量控制率是海绵城市建设的首要目标，取值越高，环境保护和内涝防治的综合效益越好，但是工程投资和实施难度也越大，因此，年径流总量控制率目标对海绵城市规划设计方案影响较大。
海绵城市低影响开发建设在国内尚无大规模实践和系统设计经验，为指导和推进全国海绵城市低影响开发建设，2014年10月，住建部发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建（试行）》（简称《指南》）。笔者在满足《指南》对年径流总量控制率要求的基础上，对年径流总量控制目标取值区间进行优化，并开展径流目标值系统分解思路研究，以期为海绵城市规划和设计提供参考。
1 海绵城市径流总量控制目标取值
1.1 年径流总量控制率分区及取值
《指南》将我国大陆地区年径流总量控制率分为5个区，并提出相应的取值范围。为保证《指南》的普适性，取值范围区间跨度较大，区间内高值和低值差距显著。以武汉和海口为例，分别位于径流控制分区的第Ⅳ区和第Ⅴ区，设计降雨量取值区间分别为（24.5~43.3）、（23.5~63.4） mm，高低限值之比分别达到1.8、2.7，取值跨度较大，给各地海绵城市年径流总量控制目标取值的确定带来困扰。
1.2 年径流总量控制目标取值区间优化
海绵城市建设包括水生态、水安全、水环境和水资源四方面的需求，以实现水生态循环达到开发前、水系水质达标、有效应对城市内涝和雨水资源化利用四大目标，通过研究确定实现各目标的最小年径流总量控制率，取其中最大值作为年径流总量控制目标取值区间的最小值，以优化取值区间。
建议以城市年径流总量控制率达到当地的天然径流总量控制率作为水生态目标实现的控制标准。天然径流控制率通过对实测的径流率进行还原计算而得。像武汉这样的多水地区，应按照陆地区域的天然径流总量控制率计算。
水环境水质目标与年径流总量控制率关联的建立相对复杂。首先根据城市水体水质管理目标和水质现状，计算城市水体最大环境容量，扣除点源和内源污染物等的排入量，推算城市降雨径流污染物最大可排入量，再根据径流污染物浓度与径流量的关系推算相应的年径流总量控制率。
水安全内涝目标与年径流总量控制率的关系难以直接计算，需在充分考虑城市管渠系统排放、内涝设施调蓄等因素的基础上采用模型模拟计算。
由于海绵城市中年径流总量控制率目标通过控制中、小降雨排放来实现，雨水资源化利用设施规模常按照2年一遇的降雨重现期设计，并不局限于中、小降雨，因此，两者取值关联不密切，不建议将雨水资源化利用目标作为确定海绵城市年径流总量控制目标的依据。
一般情况下，水生态目标对应的年径流总量控制率取值最高，在不具备条件的地区，可对以上方法进行简化，直接以天然径流控制率作为城市年径流总量控制目标取值区间的最小值。
2 海绵城市年径流总量控制目标分解方法
2.1 《指南》中年径流总量控制目标分解方法
《指南》第3章第4节中已提供年径流总量控制目标的详细分解方法，流程如图1所示。
在按照《指南》进行年径流总量控制目标分解的过程中，存在两个问题，导致分解难以执行。一是《指南》中年径流总量控制目标直接从地区分解到地块，两者用地规模差距过大，导致地区总控制目标对地块目标的指导性不强，两者难以衔接。在实际设计中，总体规划设计面积往往达数百乃至上千平方千米，而控制性详细规划控制的地块用地面积多为数十公顷甚至更小，地块加权后的年径流总量控制率与规划目标容易偏离，可能导致大量的调整和试算工作。二是部分规划和改建地块的综合雨量径流系数计算存在困难。《指南》表4-3中雨量径流系数的汇水面积种类为各类下垫面；下垫面参数在详规和设计阶段才能明确，在城市总规、专项规划和控规阶段，无法对地块下垫面面积分类进行统计。
2.2 年径流总量控制目标分解三级法
2.2.1 三级法思路
根据年径流总量控制目标分解中存在的问题，提出三级法。三级法思路主要包括两点：
一是分层控制，多级分解。通过增加目标控制的层数，缩小单级分解的跨度；层层核算，减少校核的工作量。分解和控制级数可根据需要确定，参照武汉汇水情况，采用三级分解比较适宜，对流域或地区、排水子系统、街区和道路、宗地和路段等四层不同规模用地的年径流总量控制率目标进行设计，见图2。
二是分类赋值。根据用地属性和建设分类，考虑可实施性和需求，将地块分类，并对每类地块的年径流总量控制率目标人为赋值，避免单个地块逐一求值的繁琐的工作量。
2.2.2 三级法步骤
首先，根据《指南》分区要求，同时考虑水生态、水安全、水环境和水资源的需求，明确和优化地区的年径流总量控制目标取值区间。年径流总量控制总目标一般在城市总体规划中确定。
其次，明确各级排水子系统的年径流总量控制目标，完成对地区年径流总量控制总目标的分解，第一级分解建议纳入分区或专项规划。各排水子系统年径流总量控制目标值在排水分区的基础上，根据受纳水体水质保护需求确定。排水子系统宜有独立而单一的排水出口，便于对排水子系统的径流量进行监测和对年径流总量控制目标进行考核。
再次，明确各排水子系统的年径流总量控制目标，完成对街区和城市道路年径流总量控制目标的分解，第二级分解建议纳入控制性详细规划。此处街区指城市道路围合的地块，对部分面积较大的街区也可根据需要划分为若干地块。道路和街区年径流总量控制率目标根据用地分类和建设情况分类确定，包含一种以上用地类型的街区还需对街区内各类用地年径流总量控制率进行加权。为增强街区和城市道路控制目标的科学性和合理性，可考虑内涝风险性和实施条件等因素进行调整优化，如提高内涝中高风险区的目标取值，降低绿化比例小的道路的目标取值等。
最后，明确宗地和路段的年径流总量控制目标，完成街区和道路的年径流总量控制目标的分解，第三级分解建议纳入修建性详细规划阶段。宗地是土地登记的基本单元，也是地籍调查的基本单元，一般情况下，一个宗地为一个权属单位；宗地也是用地控制的最小单元，宗地年径流总量控制目标可直接纳入用地的规划设计条件，直接指导设计和施工。
宜在每一级分解中对上一层控制目标进行复核，如复核不达标，应对本层控制目标进行调整，直至达标为止。
3 三级法分解应用实例
3.1 研究区域概况
Q区位于武汉市东北部，北临长江、南靠东湖风景区、东至武钢工业区，总面积为22.6 km2，现状人口约为28万;属北亚热带季风性湿润气候区，雨热同季，降雨充沛;地势较平坦，地面高程大部分在21.0~24.0 m（黄海高程），在常年洪水位以下。
根据勘测部门提供的地形，按照屋面、道路、绿地、水面、未建裸露地等分类对Q区现状下垫面进行解析，并按照《指南》表4-3对各类下垫面雨量径流系数赋值，加权生成Q区现状年均雨量径流系数为0.54，具体计算依据如下：屋面、道路、公共绿地、水面、未建裸露地以及其他下垫面的现状年均雨量径流系数分别为0.90、0.80、0.15、1.00、0.15、0.50，面积所占比例分别为15%、13%、8%、5%、16%、43%。
Q区港渠和湖泊均为内涝峰值排放和调蓄设施，根据《指南》对年径流总量控制率的定义，其调蓄能力不宜纳入；根据Q区现状年均雨量径流系数，估算现状年径流总量控制率约为46%，显然不能达到海绵城市的径流控制要求。
3.2 年径流总量控制目标取值区间确定
根据武汉市境内28处雨量站1956年—2010年系列观测数据统计分析，全市多年平均降雨量为1240.6 mm；根据武汉市水文站所测水量，进行还原计算，武汉市年均天然径流量为502.7mm。据此可知，武汉市多年平均天然径流率为40.5%。
武汉市水面占比约为25.0%，扣除水面，估算武汉市陆域多年平均天然径流率为25.7%。年径流控制率与年径流率之和为1，可知武汉市陆域天然径流控制率为74.3%，据此确定武汉市Q区的年径流总量控制率取值区间为75%~85%。
3.3 年径流总量控制目标分级分解
3.3.1 排水系统分区控制目标
根据排水出口的不同，Q区划分为港西系统和东湖汇水区，汇水面积分别为9.1和13.5 km2，港西系统雨水排入长江，东湖汇水区雨水首先排入东湖调蓄，降雨过后再排入长江。
考虑东湖水质保护目标高于长江，且长江环境容量高于城市内湖东湖，港西系统和东湖汇水区规划年径流总量控制目标分别按照70%和80%控制。有条件的情况下，可根据环境容量对各汇水区的径流控制目标最低值进行测算。
对两个排水系统的目标取值加权，Q区年径流总量控制率达到76%，位于总目标取值区间内，满足要求。
3.3.2 街区和道路年径流总量控制目标
首先按照属性将Q区用地划分为道路、绿地、水体、开发地块等，道路和开发地块再按照规划新建、现状保留和已建拟更新改造划分为三类；然后考虑可行性、生态敏感性等影响因子分类对年径流总量控制率进行赋值，再对包含一种以上用地类型的地块进行加权，生成街区和道路的综合年径流总量控制率，具体见表1。
项目建设情况年径流总量控制率目标赋值/%道路现状改造30规划新建85绿地现状和新建绿地85开发地块（公建、居住、商业等）现状保留区60三旧改造区75规划新建区85水体不包含调蓄湖泊100其他铁路60为了控制结果更加直观，绘制色阶图表示各街区和道路的径流控制率，见图3。
经复核，按照街区和道路的目标值加权计算，港西系统和东湖汇水区的年径流总量控制目标分别为76%和82%，满足上一级控制要求。
3.3.3 宗地和路段年径流总量控制目标
根据用地属性、建设情况、绿化率等因素，确定各宗地和路段的年径流控制率目标，再加权计算街区和道路的径流控制目标是否达标。对不达标街区和道路，可对相关宗地和路段下垫面的低影响开发指标进行调整或增加调蓄设施容量，反复核算直至径流控制目标达标为止。Q区宗地和路段数量均为数百项，具体分解过程和结果在此不作表述。
年径流总量控制目标分解至宗地和路段后，海绵城市规划阶段的分解工作完成，在宗地和道路低影响开发方案设计中，还应对各宗地和路段低影响开发后的年径流总量控制率进行复核。
4 结论
① 通过研究水生态恢复、水质保护和排涝目标对年径流总量控制率的要求，可缩小海绵城市年径流总量控制率取值区间，优化取值结果。
② 采用三级法对海绵城市年径流总量目标值分解，可满足不同规划层面下年径流总量控制的需求，并可分级对年径流总量控制目标可达性进行校核，能提高分解效率和控制目标值的科学性。
③ 下一步拟选取多个地块样本，通过下垫面统计和模型模拟等方法对表1中各类用地年径流总量控制率目标赋值的可达性进行研究，以提高年径流总量控制目标的科学性和合理性。
注：本文根据《武汉市海绵城市建设试点城市实施方案》中武汉市年径流总量控制率目标分解的相关内容编写而成，笔者为相关内容的策划和主要编写人，编制人员还包括姜勇、洪月菊、陈雄志、周勃、彭佳蕊、李敏、郭亚琼等。武汉市海绵城市年径流总量控制目标的部分内容和指标在下一步设计中会调整和优化，工程建设方案以官方批复方案为准。
（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第19期“城市雨水管理”栏目）
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