海南某半地下污水處理廠海綿城市設(shè)計應(yīng)用

董文博，岳鳳偉

（1.天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司，天津市 300392;2.天津市賽英工程建設(shè)咨詢管理有限公司，天津市 300191;3.天津市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市 300042）

0 引 言

海綿城市理念是當(dāng)今城市規(guī)劃設(shè)計的重點(diǎn)之一。海綿城市旨在收集雨水，對雨水進(jìn)行調(diào)蓄及凈化處理，以減少徑流污染，對創(chuàng)建新時期生態(tài)環(huán)境友好型城市、實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明和魅力中國具有重要意義[1]。其關(guān)鍵技術(shù)包括透水鋪裝、屋頂花園、雨水花園、雨水收集處理設(shè)施、藍(lán)色/綠色空間等[2]。合理進(jìn)行海綿城市規(guī)劃設(shè)計，構(gòu)建完善的雨水滯留、收集、處理系統(tǒng)，有利于控制洪峰流量，減小內(nèi)澇災(zāi)害的損害程度及發(fā)生頻率，提高水環(huán)境質(zhì)量，更好的優(yōu)化城市水資源配置。

近幾年，我國城市建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，污水處理廠建設(shè)已成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的一部分。在城市污水處理廠工程建設(shè)中，應(yīng)用海綿城市的理念能夠發(fā)揮其重要的作用[3-6]。海綿設(shè)施不僅可以提高雨水下滲的能力，具備蓄水功能，同時其還擁有良好的凈水效果，通過滲水材料的使用，在下滲過程中將污水中的大顆粒物和其他固體污染物從水體中分離出去，從而發(fā)揮物理手段凈水的效果。本文以海南省某半地下污水處理廠為例，將海綿城市的理念融入到污水處理廠的建設(shè)中，在凈化城市污水的同時，更好地發(fā)揮環(huán)境效益及社會效益。

1 項(xiàng)目概況

1.1 區(qū)域概況

該次設(shè)計某半地下污水處理廠位于海南省南部某海濱城市，該地區(qū)地形貌主要受北部五指山支脈向南輻射延伸以及海浪長期侵蝕和堆積作用影響，呈北高南低之勢，城區(qū)形起伏錯落有致。該城市屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，長夏無冬，全年陽光充足，旱季雨分明，年平均氣溫25.5℃。根據(jù)相關(guān)氣象資料統(tǒng)計，全市平均年降雨量1392.2mm，年均降雨天數(shù)為109d。5月—10月為雨季，降雨量占全年的90%；11月—4月為旱季，降水量僅為全年降水的量僅為全年降水的10%。6月—11月受熱帶氣旋影響較多，多為臺風(fēng)降雨，過程降雨量多在50mm以上，呈現(xiàn)雨急風(fēng)大的特點(diǎn)。

1.2 污水處理廠概況

該污水處理廠設(shè)計處理規(guī)模9.5萬m3/d，廠址位于某河流入?？诒卑?，預(yù)留用地總面積約4.4hm2，廠區(qū)南側(cè)緊鄰港灣，周邊環(huán)繞密集居住區(qū)，環(huán)境敏感性較強(qiáng)。本著著力推進(jìn)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型升級、建設(shè)國際化旅游精品城市的理念，該市啟動“生態(tài)修復(fù)、城市修補(bǔ)”戰(zhàn)略工作，力求改善生態(tài)和居住環(huán)境，創(chuàng)建人與自然和諧相處的生存空間的要求。本著節(jié)約建設(shè)用地以及環(huán)境友好的原則，可將污水處理廠集約化建設(shè)并埋設(shè)于地下，主體污水處理構(gòu)筑物采用全覆蓋設(shè)計，頂層覆土綠化，使污水處理廠與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一[7]。同時，考慮到廠址靠近海灣，隨著埋深增加基坑費(fèi)用將大幅提升，為盡量節(jié)約投資，該項(xiàng)目最終確定采用半地下式雙層加蓋的型式，北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)三面覆土，東側(cè)為附屬房間出入口。

2 海綿城市理念在污水廠設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 海綿專項(xiàng)規(guī)劃解讀

根據(jù)當(dāng)?shù)亍逗＞d城市建設(shè)總體規(guī)劃》中相關(guān)內(nèi)容，該污水處理廠廠址屬于該城市YJ-5片區(qū)，總建設(shè)用地面積約2.25km2。根據(jù)用地統(tǒng)計，YJ-5片區(qū)新建占比約44%。根據(jù)改造區(qū)和新建不同的用地類型和建設(shè)強(qiáng)度等，計算各種用地類型下綠色屋頂率、透水鋪裝和單位面積控制容積等各項(xiàng)指標(biāo)。其中，要求本分區(qū)內(nèi)新建地區(qū)建筑紅線內(nèi)年徑流總量控制率約60%，控制設(shè)計降雨量為25.4mm，單位面積控制容積約137.7m3/hm2。要求本分區(qū)總體年徑流總量控制率約55%，控制設(shè)計降雨量為21.6mm，單位面積控制容為99.4m3/hm2?？紤]到污水處理廠內(nèi)容積率較低，因此按照年徑流總量控制率約60%，控制設(shè)計降雨量為25.4mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。

2.2 廠區(qū)海綿排水設(shè)計總體布局

該項(xiàng)目污水處理構(gòu)筑物采用半地下式雙層加蓋箱體，三面覆土，設(shè)置斜坡與地面接順。頂面覆土種植植物，形成屋頂空中花園。因此，該污水處理廠廠區(qū)雨水排水系統(tǒng)劃分為為屋頂海綿排水系統(tǒng)與地面海綿排水系統(tǒng)，總收水面積約4.4hm2，其中屋頂排水系統(tǒng)收水面積約2.2hm2，地面排水系統(tǒng)收水面積約2.2hm2，廠區(qū)匯水面類型詳見表1。

表1 廠區(qū)內(nèi)各匯水區(qū)類型指標(biāo)分解表

屋頂排水系統(tǒng)海綿設(shè)施主要包括透水鋪裝、碎石排水溝等，地面排水系統(tǒng)海綿設(shè)施主要包括透水鋪裝、生態(tài)停車場、轉(zhuǎn)輸型植草溝、下凹綠地等。屋頂排水系統(tǒng)收集的雨水通過管道匯入地面排水系統(tǒng)下凹式綠地，隨后通過溢流口進(jìn)入廠區(qū)雨水管網(wǎng)，最終排入天然水體。海面城市設(shè)計技術(shù)路線詳如圖1所示。

圖1 海面城市設(shè)計技術(shù)路線圖

2.3 屋頂海綿排水設(shè)計

半地下式污水處理廠，屋頂通常設(shè)計成空中花園的形式?？罩谢▓@不僅僅是種植屋面，它包含景觀設(shè)計、屋面建筑設(shè)計、排水設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計及園林種植等各專業(yè)技術(shù)。屋頂排水系統(tǒng)也需要經(jīng)過各專業(yè)相互結(jié)合、相互協(xié)調(diào)后才能形成一套完整的系統(tǒng)化的設(shè)計。

該污水處理廠屋頂空中花園雨水排水設(shè)計包含兩個子系統(tǒng)，分別為屋頂?shù)孛媾潘到y(tǒng)及屋面蓄排水層排水系統(tǒng)。降雨初期，雨水滲入屋頂土壤，下滲至土壤孔隙中。隨著降雨的進(jìn)行，土壤孔隙逐漸飽和，會形成地表漫流，此時雨水落至地面后，根據(jù)地形流向最低點(diǎn)設(shè)置的碎石排水溝（寬0.8m），溝內(nèi)設(shè)置DN150穿孔管收集雨水，并通過DN200~DN400排水管將其導(dǎo)入地面排水系統(tǒng)的下沉綠地。降水結(jié)束后，土壤孔隙中儲存的雨水下滲至屋面蓄排水層，雨水沿蓄排水層坡度匯至箱體外邊緣女兒墻，隨后通過雨落管排至地面雨水系統(tǒng)。該項(xiàng)目屋頂海綿排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 屋頂海綿排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 地面海綿排水設(shè)計

地面雨水收集排放主要分為三種類型，分別為下凹綠地雨水收集、地面綠地雨水收集以及硬化鋪裝雨水收集。

廠區(qū)地面區(qū)域總面積約2.2hm2，環(huán)繞半地下污水處理廠箱體，考慮到箱體東、西兩側(cè)空間較小，因此地面海綿排水系統(tǒng)設(shè)計中將下凹綠地設(shè)置在廠區(qū)南、北兩側(cè)，北側(cè)下凹綠地面積1697.18m2，南側(cè)下凹綠地面積724.97m2，平均蓄水深度25cm，總蓄水能力約605.54m3，滿足當(dāng)?shù)亍逗＞d城市建設(shè)總體規(guī)劃》中137.7m3/hm2的控制指標(biāo)要求。地面綠低點(diǎn)設(shè)置轉(zhuǎn)輸型植草溝，下游接入廠區(qū)下凹綠地。硬化鋪裝區(qū)域行車道按照道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，人行道采用透水鋪裝，停車區(qū)采用透水花磚設(shè)計。地面海綿排水系統(tǒng)示意圖詳如圖3所示。

圖3 地面海綿排水系統(tǒng)示意圖

降雨初期間，屋頂排水系統(tǒng)收集到的雨水通過管道匯入下凹綠地，地面排水系統(tǒng)收集到的雨水通過轉(zhuǎn)輸型植草溝或地表徑流匯入下凹綠地，隨著雨水逐漸積累，結(jié)合步行棧道，形成景觀蓄水塘。隨后，雨水通過設(shè)置在下凹綠地中的溢流雨水井排入廠區(qū)地面雨水排水管網(wǎng)。當(dāng)降水結(jié)束時，下凹綠地內(nèi)積蓄的雨水逐漸下滲，通過設(shè)置在底部的碎石層及穿孔花管將雨水導(dǎo)入地面雨水排水系統(tǒng)。

地面綠地收集雨水后，通過雨水下滲以及地表徑流排水，地表徑流通過沿人行鋪裝設(shè)置的轉(zhuǎn)輸型植草溝收集，最終排入下凹綠地。地面硬化鋪裝收集雨水后，通過設(shè)置在側(cè)石邊的收水井將雨水導(dǎo)入地面雨水排水系統(tǒng)。

3 結(jié) 語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，周邊環(huán)境對污水處理廠建設(shè)的要求也不斷提高。海綿城市作為新的城市發(fā)展理念，亟需應(yīng)用到污水處理廠規(guī)劃設(shè)計中。本污水處理廠工程已建成通水，并穩(wěn)定運(yùn)行，出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到污水處理廠一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。本污水處理廠建設(shè)結(jié)合了“海綿城市”理念，在汛期達(dá)到雨水下滲、滯留、調(diào)蓄、排放的效果。此外，在整個排水過程中對雨水進(jìn)行了過濾凈化，最大程度體現(xiàn)了“海綿城市”在雨水排水系統(tǒng)中的功能運(yùn)用，綜合效益顯著。