南宁市是全国首批海绵城市建设试点城市之一。住房和城乡建设部编制的《海绵城市建设技术指南———低影响开发雨水系统构建 (试行) 》 (下文简称“指南”) 和南宁市规划管理局编制的《南宁市海绵城市规划设计导则 (试行) 》 (下文简称“导则”) 是南宁市海绵城市建设的主要依据。年径流总量控制率K、年SS总量去除率S是南宁市海绵城市建设的强制性控制指标, 容积法是建筑小区中计算低影响开发设施的规模和反算K值的最重要最常用的公式。

　　 容积法是实现径流总量控制的重要方法。在汇水区域综合雨量径流系数确定的情况下, 根据年径流总量控制率的目标, 计算出汇水区域内各低影响开发设施的设计调蓄容积之和, 即总调蓄容积 (不包括用于削减峰值流量的调节容积) , 以达到减少外排雨量的目的。容积法的计算公式如下:

　　 式中V———设计调蓄容积, m³;

　　 H———设计降雨量 (参照表1、图1) , mm;

　　 Ψ———综合雨量径流系数, 可参照“指南”表4-3进行加权平均计算;

　　 F———汇水面积, hm²。

　　 城市年径流总量控制率对应的设计降雨量值的确定, 是通过统计学方法获得的。根据中国气象科学数据共享服务网中国地面国际交换站气候资料数据, 选取至少近30年 (反映长期的降雨规律和近年气候的变化) 日降雨 (不包括降雪) 资料, 扣除≤2mm的降雨事件的降雨量, 将降雨量日值按雨量由小到大进行排序, 统计小于某一降雨量的降雨总量 (小于该降雨量的按真实雨量计算出降雨总量, 大于等于该降雨量的按该降雨量计算出降雨总量, 两者累计总和) 在总降雨量中的比率, 此比率 (即年径流总量控制率) 对应的降雨量 (日值) 即为设计降雨量。“导则”把南宁市的年径流总量控制率对应的设计降雨量表内容深化 (依据南宁市1980~2014年降雨资料计算) , 作为进一步指导南宁市海绵城市建设规划、设计的依据, 如图1、表1所示。

　　 从图1、表1可知, 不同的K对应着不同H, 通过有效汇水区域面积F及需要的K值就可以用式 (1) 计算出需要的低影响开发设施有效的调蓄容积V。式 (1) 也是通过V反算出H的重要公式。

　　 建筑小区的年SS总量去除率计算公式为S=KS′, 其中S′为各种低影响开发设施对SS的平均去除率, 是查表取值, 详见“指南”中表4-1 (本文略) 。因此, 当K值确定, 就可以相应计算出S值。

　　 简单举例说明, 示例一某建筑小区的汇水区域面积为F=1hm², 综合雨量径流系数Ψ=0.6, 按年径流总量控制率K=80%设计, 查图1或表1得知, H=33.4mm, 确定采用低影响设施为下沉式绿地 (广义, 下同) 时, 按式 (1) 计算, 它的有效调蓄容积为V=10×0.6×33.4×1=200.4 (m³) 。通过查“指南”中表4-1, 取下沉式绿地的SS去除率S′=80%, 该建筑小区的年SS总量去除率S=80%×80%=64%。

　　 通过建筑小区内不同区域的低影响设施有效调蓄容积来反算出整个小区的K、S值, 是计算该小区是否达到强制性标准的重要方法。例如, 一个建筑小区含两块汇水区域并具有不同K值时, 该小区应按K、S加权平均值计算。即按式 (1) 先反算出总用地面积F的H值, H= (V₁+V₂) /[10Ψ (F₁+F₂) ] (其中Ψ也是加权平均值, 计算略) , 然后用H值来查图1得出对应的K值。S值可以根据设施的有效调蓄容积加权平均计算 (下文简称有效容积法) , S=K (S′₁V₁+S′₂V₂) / (V₁+V₂) , 也可以根据设施的有效汇水面积加权平均计算 (下文简称有效面积法) , S=K (S′₁F₁+S′₂F₂) /F。

　　 简单举例说明, 示例二假设某建筑小区总区域的用地面积为F=2hm², 分为2个区域, 综合雨量径流系数Ψ=0.6, 采用低影响设施为下沉式绿地, 汇水区域1 F₁=汇水区域2 F₂=1hm², V₁=200.4m³, V₂=118.8 m³, K₁=80%, K₂=70%, Ψ₁=Ψ₂=0.6, S′₁=80%, S′₂=85%。据前所述计算方法, 总区域汇水面积的K、S计算结果如表2。

　　 在建筑小区K、S的加权平均计算中, 应注意以下问题:

　　 (1) 应复核低影响开发设施的有效调蓄容积V是否合理, 避免夸大项目的K值。在K值加权平均值计算中, 汇水面积F不变, V过大时, K值不应增大。合理计算V值是准确计算K值的前提。表3是相同汇水面积下V值逐渐变大时的K值对比表, 在K=90%后, V大幅增加而K值增加较小, 并且K超过一定值 (如K=95%) , V的增加变得意义不大。用意义不大的V值来加权计算整个项目的K值显然不合理。因此在计算加权平均K值中, 应有验证V是否为有效调蓄容积步骤。我国大陆地区大致分为5个区并有相应的K值控制范围, 其中最高K=90%, 因此表4按K≤90%时为有效值复核, 各地可因地制宜取值。表4中列出了复核出区域1的K值不合理后反算出有效V值的方法, 通过修正后的有效容积计算出合理的加权平均K值, 避免了夸大项目的K值。

　　 (2) 采用有效面积法计算加权平均S值更加合理。以上例子是汇水面积雨水全部汇入下沉式绿地的计算思路。表2中F₁+F₂=F, 用有效容积法和有效面积法计算加权平均S值的结果相差不大 (如61.8%和62.29%) 。当汇水面积雨水不能全部汇入低影响开发设施时, 即F₁+F₂<F, S的计算结果差异明显, 无效汇水面积越大, 差异越大, 如表5 (示例三) 。表5示例三与表2示例二几乎相同, 但区域2没有低影响开发设施, 且雨水不能汇入区域1的低影响开发设施, 区域1的低影响开发设施有效容积等于表2的总V值, 其他内容和表2相同。此时区域2的有效汇水面积、有效调蓄容积、年径流总量控制率、年SS总量去除率很小, 为简化对比计算均取值为0。对比表2, 表5示例三的有效汇水面积减少一半, 而采用有效容积法计算出的S值 (如61.8%和60.40%) 变化不大, 显然采用有效容积法计算S值不合理。实际上, 区域2的V、K、S值不会等于0, 但不影响对比结论。

　　 采用汇水面积加权平均法进行计算S值, 可以反映出低影响开发设施对汇水面积雨水污染物去除的有效性。排除大气对雨水污染的因素, 不同下垫面的冲刷污染物对雨水污染程度差异较大, 如绿色屋顶的雨水较为干净, 沥青或沥青油毡屋面的雨水受污染比较严重, 过车地面的雨水受汽车油污等污染最为严重。因此, 汇水面积的种类不同, S应略有不同。V值不变时, 有效汇水面积越大, S则越大。当透水铺装、绿色屋顶不计入调蓄容积时, 用面积法能更准确计算它们对S的贡献。在表5的有效面积法计算结果还能看出, 即使K值能达标, 而S值不一定能达标。这也符合“指南”分别把K、S值设为两个单独控制目标的意图。

　　 南宁市中心城区核心地区约60km²的范围是海绵城市建设示范区, 里面有大量的既有建筑小区和新建小区。在新建小区中, 很难做到每块区域百分之百的雨水汇入低影响开发设施, 而在既有小区中, 项目内雨水不能完全汇入低影响开发设施是常态。因此合理计算建筑小区的K、S值保证了建设效果, 对海绵城市建设有重要意义。