海綿城市設(shè)計在工業(yè)廠區(qū)不同下墊面中的應(yīng)用

金雨薇，王暉，史長偉

（中機第一設(shè)計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年來，城市化進(jìn)程加快，透水下墊面漸漸被硬質(zhì)地面所替代，雨水下滲量減少，降雨時地表徑流量增加，雨水通過管網(wǎng)直接排出使得管網(wǎng)壓力過大，導(dǎo)致多起因雨水不能及時排出而引發(fā)的洪澇災(zāi)害。

2014 年10 月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部正式發(fā)布《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，其中明確了海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”，下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用[1]。

工業(yè)廠區(qū)在進(jìn)行海綿城市設(shè)計時，會面臨綠化面積小、不透水下墊面比例高、廠房屋面受工藝限制跨度較大、面源污染復(fù)雜等一系列問題，是海綿城市在工業(yè)廠區(qū)設(shè)計時的難點。因此，工業(yè)廠區(qū)海綿城市設(shè)計在滿足規(guī)范、導(dǎo)則及地方要求的情況下，應(yīng)盡可能貼近工藝生產(chǎn)的需求。本文考慮工業(yè)廠區(qū)下墊面性質(zhì)、功能的不同，采取不同的海綿城市設(shè)施，減少排入市政管道的雨水，使雨水資源盡可能地被合理利用，降低經(jīng)濟(jì)成本，降低內(nèi)澇風(fēng)險。

2 工業(yè)廠區(qū)不同下墊面分析

2.1 工業(yè)廠區(qū)屋面

工業(yè)廠區(qū)生產(chǎn)區(qū)域的建筑屋面主要分為2 種：一種是大型連跨的廠房，屋面雨水多采用虹吸排水。降雨時因屋面雨水徑流量大使得廠區(qū)管網(wǎng)壓力過大，易導(dǎo)致內(nèi)澇災(zāi)害。因此大型廠房屋面的雨水可以排至雨水收集池，雨水經(jīng)處理后可用于沖洗地面、澆灌花木、洗車等方面，不但利用了雨水，降低了工廠用水成本，而且減少了雨水徑流量，延遲了峰值時間。另一種則是小型廠房或生產(chǎn)配套設(shè)施，屋面雨水多采用重力排水，降雨時可將屋面雨水排入建筑附近綠化帶內(nèi)，由綠化帶收集、下滲，既補充了地下水，也減少了綠地的澆灌次數(shù)，節(jié)約了水資源。

工業(yè)廠區(qū)中廠前區(qū)建筑一般有辦公建筑、宿舍、食堂等，屋面多為混凝土平屋面，因此在做好防水，滿足荷載要求的情況下可以使用綠色屋面。綠色屋面既能吸收和儲存水分，利用土壤滲透過程凈化雨水中的部分污染物質(zhì)，又可以降低廠區(qū)下墊面雨水徑流系數(shù)，有效減緩雨水匯集速度，降低雨水排放強度。

2.2 廠區(qū)綠化帶

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)綠化分布不均勻。在生產(chǎn)區(qū)域，綠化帶面積受工藝生產(chǎn)限制比例較小且較為分散，因此，可以用下凹式綠地代替普通綠地。下凹式綠地可以設(shè)置在道路兩側(cè)及建筑物四周，收集屋面重力雨水、綠地和附近路面的雨水，減少地面積水；同時綠地蓄積的雨水通過下滲，可以對地下水進(jìn)行補充，提高土壤的含水率，減少綠地維護(hù)的澆灌次數(shù)，節(jié)約了水資源，對徑流污染物有較好的控制效果[2]。

而在廠前區(qū)，景觀綠化的需求增多，此區(qū)域綠化比例較大且相對集中，可以用雨水花園代替普通綠地。相對于普通綠地，雨水花園可以更好地降低雨水徑流的流速，削減徑流量，減少洪澇災(zāi)害，同時營造的小生態(tài)環(huán)境可以為一些鳥類以及蝴蝶、蜻蜓等昆蟲提供食物及棲息地，控制雨水滯留時間，避免滋生蚊蠅，具有很好的景觀和生態(tài)效果[3]。

2.3 道路廣場及停車位

一般的住宅小區(qū)或公共建筑道路雨水收集多采用透水鋪裝的形式，但工業(yè)廠區(qū)因運送貨物、堆放物料、工藝生產(chǎn)等緣故，在廠區(qū)道路會產(chǎn)生工藝廢渣、碎石等物質(zhì)，致使透水鋪裝的孔隙結(jié)構(gòu)堵塞，削弱其徑流調(diào)控能力。同時，一些廠區(qū)的主干道路允許承重型貨車通行，對于路面荷載要求大，由于透水混凝土含有孔隙，路面的抗壓能力較弱，易發(fā)生形變，增加使用及后期維護(hù)的成本，故此區(qū)域不適用透水地面。對于這些路面可以將雨水排至路面兩側(cè)綠化帶內(nèi)，采用下凹式綠地對其“滲、滯、蓄、凈、用”，而沒有綠化帶的道路或大型堆場等可以設(shè)置雨水收集池，對雨水進(jìn)行收集、凈化和利用。

對于廠前區(qū)來說，一些廣場、景觀等區(qū)域道路承受的荷載相對較小，面源污染較輕，可采用透水混凝土，停車位可以敷設(shè)植草磚，透水混凝土及植草磚均為透水鋪裝。透水鋪裝作為生態(tài)排水設(shè)施，可將降雨滲透率由硬化路面的10%～15%增加到75%以上，大大降低了地面徑流量，削減洪峰，避免大暴雨或連續(xù)降雨造成城市洪澇災(zāi)害[4]。

3 案例分析

3.1 海綿城市要求

該廠區(qū)為新建工業(yè)廠區(qū)，位于佛山市高明區(qū)。按照《佛山市海綿城市專項規(guī)劃導(dǎo)則（試行）》年徑流總量控制率的定義，新建工業(yè)倉儲小區(qū)海綿城市年徑流總量控制率不小于70%。根據(jù)佛山市水文局提供的佛山近30 年氣象資料統(tǒng)計，年均雨水徑流控制率不小于70%對應(yīng)的設(shè)計降雨量為26.7 mm。如表1 所示。

表1 佛山市不同年徑流總量控制率對應(yīng)的降設(shè)計雨量

3.2 廠區(qū)概況

工業(yè)廠區(qū)內(nèi)主要分為工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域及廠前區(qū)。匯水分區(qū)及建筑分布如圖1 所示，工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域為匯水分區(qū)一、匯水分區(qū)二；主要建筑為聯(lián)合站房、試制檢測車間、智能電氣廠房、倉庫等。試制檢測車間及智能電氣廠房為輕鋼屋面，屋面雨水采用虹吸排水，其余建筑屋面采用重力排水。因智能電氣廠房屋面匯水面積過大使得降雨時廠區(qū)雨水管道壓力過大，故拆分成2 個匯水分區(qū)。工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域路面為混凝土瀝青路面，有承載重型車輛的需求，區(qū)域內(nèi)無廢渣、廢氣的污染。

圖1 廠區(qū)主要建筑與匯水分區(qū)平面圖

廠前區(qū)為匯水分區(qū)三，主要建筑為研發(fā)大樓、辦公樓、宿舍等建筑，屋面為混凝土上人平屋面，屋面雨水均采用重力排水，該區(qū)域道路荷載較輕，有廣場、停車位、綠化等設(shè)施。

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》，每個匯水分區(qū)內(nèi)的綜合徑流系數(shù)應(yīng)根據(jù)不同地面種類的徑流系數(shù)，按照其各自面積占匯水面積的比例，采用加權(quán)平均法計算，求得項目匯水分區(qū)綜合雨量徑流系數(shù)，計算結(jié)果詳見表2。

表2 不同匯水分區(qū)雨量徑流系數(shù)及調(diào)蓄容積

式中，Ψz為綜合徑流系數(shù)；F 為匯水面積，hm2；Fi為地塊匯水面積，m2；Ψi為類下墊面的徑流系數(shù)。

根據(jù)年徑流總量控制率和設(shè)計雨量，對該廠區(qū)的設(shè)計調(diào)蓄容積進(jìn)行計算，計算按照對應(yīng)70%年徑流總量控制率。計算結(jié)果見表3。

表3 不同匯水分區(qū)的海綿城市設(shè)施布置及控制指標(biāo)

式中，V 為設(shè)計調(diào)蓄容積，m3；h 為設(shè)計降雨量，mm；φ 為綜合雨量徑流系數(shù)；F 為匯水面積，hm2。

3.3 海綿城市措施及控制指標(biāo)

根據(jù)廠區(qū)平面布置結(jié)合工藝需求，不同的下墊面采取不同的海綿城市措施（見圖2）。聯(lián)合站房、倉庫等小型生產(chǎn)輔助用房屋面雨水及附近道路雨水排至建筑周圍綠化帶內(nèi)，綠化帶采用下凹式綠地，下凹深度為150 mm，每塊下凹式綠地內(nèi)設(shè)置溢流口，溢流口頂部標(biāo)高高于綠地50 mm，溢流的雨水排至道路雨水口，經(jīng)廠區(qū)雨水管網(wǎng)排至各匯水分區(qū)的雨水收集池內(nèi)。試制檢測車間及智能電氣廠房屋面雨水排至雨水收集池內(nèi)，每個匯水分區(qū)均設(shè)置單獨的雨水收集池，每個雨水收集池有獨立的雨水回用設(shè)備。匯水分區(qū)一、匯水分區(qū)二、匯水分區(qū)三的雨水收集池有效容積分別為300 m3、600 m3、300 m3，各匯水分區(qū)的雨水回用水管道在廠區(qū)連成1 根回用水干管供廠區(qū)道路沖洗、冷卻塔補水及洗車使用。

圖2 廠區(qū)海綿城市設(shè)施平面圖

廠區(qū)每日道路沖洗用水量約為50 m3/d，洗車用水約為7 m3/d，冷卻塔補水量約為912 m3/d，雨水收集池總?cè)莘e為1 200 m3，剛好滿足廠區(qū)道路澆灑、洗車及冷卻塔補水用水。雨水回用設(shè)備將初期雨水棄流，再對雨水進(jìn)行過濾、加藥、消毒，水質(zhì)達(dá)到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)及GB 50400—2016《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定的處后雨水COD、SS 指標(biāo)后經(jīng)水泵提升到回用水管網(wǎng)進(jìn)行回用。

廠前區(qū)內(nèi)，廣場、道路、停車位采用透水鋪裝，透水鋪裝由面層、找平層、基層和土基組成。廣場及道路面層材料為現(xiàn)澆透水混凝土，停車位面層采用透水磚；透水鋪裝地面的面層和基層之間用粗砂或中砂鋪設(shè)找平層，找平層的透水系數(shù)不小于面層；基層使用砂、礫石、石灰?guī)r等材料。

研發(fā)大樓及宿舍屋面采用綠色屋面與雨水花園組合的形式。綠色屋面設(shè)施自上而下依次為植物層、種植基質(zhì)層、過濾層、排水層、防水層。種植基質(zhì)層采用篩選的輕質(zhì)材料混合而成，混合基質(zhì)層厚度為15 cm；過濾層選用聚酯纖維無紡布，截留土顆粒、細(xì)砂和小石料等，防止堵塞排水層；排水層選用新型塊狀塑料蓄水板，主要作用是迅速排除在降雨和澆灌時多余的水分；雨水在屋面通過屋頂綠化層截留、吸納部分天然雨水,并經(jīng)過人工種植土層中微生物的作用，降解污染物質(zhì)，多余的雨水經(jīng)排水層收集排至雨水花園。

雨水花園主要由植被緩沖帶、蓄水區(qū)、有機覆蓋層、種植土層、植物組成，雨水花園深度為20 cm，并設(shè)有溢流裝置，多余的雨水溢流至廠區(qū)雨水管網(wǎng)，排至附近雨水收集池內(nèi)。

4 結(jié)語

文章從工業(yè)廠區(qū)案例出發(fā)，分析了工業(yè)廠區(qū)在海綿城市設(shè)計中的難點，并分別針對不同下墊面比較了各項措施在工業(yè)廠區(qū)項目中的適用性。本項目通過對不同下墊面設(shè)置適合的海綿城市設(shè)施，完成了70%的年徑流總量控制率的要求，達(dá)到40%的徑流污染物控制率要求。廠區(qū)已投入使用，經(jīng)實際檢驗，該項目實現(xiàn)了雨水錯峰排放，有效降低雨水管網(wǎng)排水壓力，并且合理地利用了回用水資源，降低了工廠用水成本，滿足設(shè)計要求，對類似的工業(yè)小區(qū)設(shè)計具有借鑒意義。