要素“滯”在海綿型礦井工業(yè)場(chǎng)地的構(gòu)建

王 元

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)模式，在場(chǎng)地中設(shè)置了大量的硬化路面及廣場(chǎng)，改變了自然土壤、植被和滲透層對(duì)雨水的天然循環(huán)屬性，降低了場(chǎng)地對(duì)雨水的滯留[1]。下雨時(shí)雨水快速向末端匯集，加大了場(chǎng)地下游的匯水壓力，如遇到暴雨，易造成場(chǎng)地內(nèi)澇。

海綿型工業(yè)場(chǎng)地排水設(shè)計(jì)引入“海綿城市”設(shè)計(jì)理念，在土地利用、改造過(guò)程中更加尊重自然和生態(tài)保護(hù)，可以使工業(yè)場(chǎng)地具有“海綿特質(zhì)”，在暴雨面前，具有更好的應(yīng)對(duì)能力[2]。海綿型工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)以分散式、低密度的“慢排緩釋”系統(tǒng)和“源頭分散”為主要規(guī)劃設(shè)計(jì)理念，既避免了洪澇，又有效地收集了雨水。

其中“慢排緩釋”的設(shè)計(jì)理念即是海綿城市6字方針中“滯”的體現(xiàn)[3]。漢字“滯”，有凝積，不流通的意思，體現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)地排水這一工程問題上，“滯”的核心任務(wù)，是從源頭上分散并降低雨水的徑流總量。

1 礦井工業(yè)場(chǎng)地雨水滯留

礦井工業(yè)場(chǎng)地雨水滯留，要從工業(yè)場(chǎng)地雨水自降落至排放的完整生命周期開始研究[4]。

目前，傳統(tǒng)的工業(yè)場(chǎng)地要求雨水盡快排放。雨水降落在工業(yè)場(chǎng)地范圍內(nèi)的屋面、路面、廣場(chǎng)后，通過(guò)設(shè)置建筑落水管、為道路設(shè)置橫坡和縱坡以及在硬化廣場(chǎng)設(shè)置脊線、谷線等措施，將雨水有組織的匯集至就近的雨水口，使雨水進(jìn)入雨水溝、雨水管道等雨水排放系統(tǒng)，繼而在場(chǎng)地最低處將其排放至場(chǎng)外，保證雨水不會(huì)形成場(chǎng)地內(nèi)澇，保證工業(yè)場(chǎng)地安全。傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)地的雨水排放流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)地雨水排放流程Fig.1 Rainwater drainage process in traditional industrial sites

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的工業(yè)場(chǎng)地雨水生命周期可以分為3個(gè)階段：雨水降落在屋頂、道路、廣場(chǎng)、綠地的階段，稱之為工業(yè)場(chǎng)地雨水排放周期的源頭階段；雨水從屋頂、路面等匯集至雨水管(溝)并流出的階段，稱之為工業(yè)場(chǎng)地雨水排放周期的過(guò)程階段；雨水最終排放至工業(yè)場(chǎng)地以外的階段，稱之為盡頭階段。

要將工業(yè)場(chǎng)地“海綿化”，使雨水盡可能慢地從“源頭”到達(dá)“盡頭”，達(dá)到“滯”的目的，就要從這3個(gè)階段分別想辦法。

1.1 源頭階段

源頭階段，要對(duì)雨水接觸面進(jìn)行變革。

將傳統(tǒng)的防水硬質(zhì)屋頂替換成涵水、滯水的花園式綠色屋頂，可以減少屋面雨水的下落量，讓一部分雨水剛落到屋頂，就在屋頂被蒸發(fā)回去，還可以防止雨水快速落至地面，減小地表徑流量。

將傳統(tǒng)場(chǎng)地的道路、廣場(chǎng)的鋪砌材質(zhì)更換為更加親水的透水材質(zhì)，一方面可以讓一部分雨水直接下滲，進(jìn)入土壤，另一方面還能夠盡可能地減小雨水流入雨水管(溝)的雨速和雨量。

將傳統(tǒng)的高于道路標(biāo)高的綠化帶、景觀設(shè)施降下來(lái)，改變以往綠化帶上凸的外形，變?yōu)橄掳?下沉)式的綠地，盡可能留住周邊的雨水。

1.2 過(guò)程階段

過(guò)程階段，要對(duì)工業(yè)場(chǎng)地雨水的傳輸介質(zhì)進(jìn)行改變。

將傳統(tǒng)的雨水管道、排水溝直排換成植草溝加溢流雨水管相結(jié)合的方式，使雨水流經(jīng)親水植物改造的植草溝，多余部分雨水經(jīng)過(guò)溢流管道進(jìn)入下一級(jí)的影響開發(fā)設(shè)施，如雨水塘或蓄水池，這樣做一方面能夠依靠植物起到凈化初期雨水的作用，另一方面可以最大程度地減小下游系統(tǒng)的排水壓力。

1.3 盡頭階段

盡頭階段，要改變雨水的處置方式。

傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地的雨水處置方式是尋找場(chǎng)地外的低洼處進(jìn)行排放。而海綿礦井工業(yè)場(chǎng)地的理念則是要盡可能地收集，以期達(dá)到循環(huán)利用的目的?？梢岳糜晁亍⑸鷳B(tài)蓄水池，亦或是有條件時(shí)設(shè)置雨水濕地等末端雨水收集設(shè)施來(lái)匯集、儲(chǔ)存雨水，起到調(diào)蓄雨水、收集利用的目的。海綿型工業(yè)場(chǎng)地的雨水排放流程如圖2所示。

圖2 海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水排放流程Fig.2 Rainwater drainage process in sponge-type industrial sites

2 “滯”在里必礦井工業(yè)場(chǎng)地的構(gòu)建

礦井工業(yè)場(chǎng)地不同于城鎮(zhèn)、小區(qū)，其主要任務(wù)是服務(wù)于礦井生產(chǎn)，是以工業(yè)為主導(dǎo)的場(chǎng)地，文中緊靠礦井工業(yè)場(chǎng)地這一屬性，擬針對(duì)工業(yè)場(chǎng)地不同的功能分區(qū)進(jìn)行有區(qū)別的研究。

里必礦井工業(yè)場(chǎng)地依據(jù)功能可分為3個(gè)分區(qū)：行政福利區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、選煤生產(chǎn)區(qū)[5]。本文分別針對(duì)這3個(gè)功能分區(qū)，詳細(xì)闡述影響開發(fā)雨水滯留設(shè)施在里必礦井工業(yè)場(chǎng)地的具體構(gòu)建。

2.1 行政福利區(qū)

礦井行政福利區(qū)主要由辦公樓、宿舍、食堂等民用建筑，以及供職工生活工作的各種活動(dòng)場(chǎng)地構(gòu)成。雨水徑流主要包括屋面徑流和場(chǎng)地徑流[6]。

2.1.1 屋面徑流

對(duì)于行政福利區(qū)的屋面徑流，傳統(tǒng)模式建設(shè)的礦井工業(yè)場(chǎng)地雨水降落至普通硬質(zhì)屋頂后，迅速通過(guò)雨落管匯至地面，形成徑流，繼而排至雨水排放系統(tǒng)。里必礦井行政福利區(qū)擬設(shè)置配備綠色屋頂?shù)乃奚帷⑹程眉稗k公樓，這樣做一方面可以有效減少屋面徑流總量和徑流污染負(fù)荷[7]，在源頭對(duì)雨水形成第1次滯留；另一方面，綠色屋頂將形成良好的景觀，提升場(chǎng)地整體綠化率。同時(shí)在建筑四周結(jié)合雨落管位置，應(yīng)用雨落管斷接原理，設(shè)置規(guī)模大小與對(duì)應(yīng)雨量相匹配的雨水花園[8]，對(duì)于水形成二次滯留。雨量較大時(shí)，多余的雨水通過(guò)雨水花園中的溢流井進(jìn)入下游低影響設(shè)施。在這樣的思路下，就形成了新的屋面徑流排放流程，如圖3所示。

圖3 行政福利區(qū)屋面雨水排放流程Fig.3 Roof rainwater drainage process in administrative welfare area

2.1.2 場(chǎng)地徑流

里必煤礦生活區(qū)中央空地是煤礦職工休閑娛樂的主要場(chǎng)所之一，是重要的企業(yè)文化展示、企業(yè)精神傳播陣地，辦公樓及食堂前廣場(chǎng)則是里必煤礦人流最為集中且最具企業(yè)文化展示效果的區(qū)域。傳統(tǒng)的建設(shè)模式通常會(huì)在這2個(gè)區(qū)域用廣場(chǎng)磚鋪成不同的造型，搭配造型花壇、樹池等設(shè)施，創(chuàng)造人流集散區(qū)域。在里必煤礦“慢排緩釋”雨水滯留思路下，為生活區(qū)進(jìn)行以“親水近自然”為主旨的專題設(shè)計(jì)，以生態(tài)蓄水池為區(qū)域中心，配合曲徑通幽的透水人行道、親水木棧道以及大面積下沉式綠地、點(diǎn)綴景觀效果為主的雨水花園，打造一個(gè)功能齊全、生態(tài)多樣、人與自然渾然一體的宜居環(huán)境[9]。而辦公區(qū)場(chǎng)地兼顧人流的便捷性和良好的景觀效果，設(shè)計(jì)采用石材與透水材料結(jié)合的硬質(zhì)鋪裝，僅對(duì)必要的人流線路進(jìn)行鋪砌，滿足使用功能和景觀效果。在主要人流線路之外盡可能多地設(shè)置下沉式綠地。

雨水降落在行政福利區(qū)場(chǎng)地后，會(huì)首先通過(guò)帶有坡度的硬質(zhì)道路、鋪裝、透水人行步道下滲和匯入四周，經(jīng)下沉式綠地及雨水花園的滯留和滲透后，流入該區(qū)域的核心——生態(tài)蓄水池，蓄水池除了景觀作用之外，還能起到調(diào)節(jié)局部小氣候的作用[10]，更重要的是作為一個(gè)雨水調(diào)蓄和收集設(shè)施起到“滯”和“蓄”的作用。當(dāng)降水超出蓄水池的蓄存能力，多余雨水通過(guò)溢流管道進(jìn)入下游低影響設(shè)施。改變后形成新的場(chǎng)地雨水排放流程，如圖4所示。

圖4 行政福利區(qū)場(chǎng)地雨水排放流程Fig.4 Rainwater drainage process of administrative welfare area

2.2 輔助生產(chǎn)區(qū)

里必煤礦輔助生產(chǎn)區(qū)主要由無(wú)軌膠輪車庫(kù)、綜采設(shè)備庫(kù)、礦井修理車間、材料庫(kù)、材料棚等車間，以及各個(gè)車間對(duì)應(yīng)的硬化場(chǎng)地組成。

不同于傳統(tǒng)模式的礦井工業(yè)場(chǎng)地輔助生產(chǎn)區(qū)硬化場(chǎng)地滿鋪的做法，在里必煤礦輔助生產(chǎn)區(qū)的設(shè)計(jì)中大膽采用以下沉式綠化隔離帶分割硬化場(chǎng)地的做法，如圖5所示。這樣做的優(yōu)勢(shì)有3點(diǎn)，首先，在礦井生產(chǎn)上，將輔助生產(chǎn)區(qū)場(chǎng)地分割成相對(duì)獨(dú)立又方便聯(lián)系的3個(gè)部分，分別服務(wù)于材料庫(kù)及材料棚設(shè)備堆放、礦井修理車間設(shè)備堆放和設(shè)備中轉(zhuǎn)，做到場(chǎng)地對(duì)應(yīng)車間，同時(shí)通過(guò)綠化帶形成的區(qū)域內(nèi)部道路來(lái)引導(dǎo)區(qū)內(nèi)車輛有組織通行，實(shí)現(xiàn)礦井精細(xì)化管理；第二，綠化帶將大的場(chǎng)地分割為若干小場(chǎng)地，可以在降雨時(shí)將區(qū)域匯流面積分解，雨水在就近的綠化帶內(nèi)滯留、下滲、溢流，減小區(qū)域徑流總量，起到削減雨水峰值流量的作用，達(dá)到“滯”的效果；第三，由于輔助生產(chǎn)區(qū)各個(gè)車間的污染程度和類型不同，以綠化帶分割的場(chǎng)地能有效阻止各種污染物在降雨時(shí)通過(guò)地表水流相互交叉形成新的污染，甚至還能通過(guò)在每個(gè)區(qū)域綠化帶種植不同種類的植物起到針對(duì)不同污染物的雨水初步凈化作用。

圖5 里必煤礦輔助生產(chǎn)區(qū)海綿設(shè)計(jì)構(gòu)想Fig.5 Design concept of sponge-type auxiliary production area in Libi Coal Mine

在屋面徑流方面，由于工業(yè)建筑的特殊性，并非每個(gè)車間都適合建造綠色屋頂[11]，因此僅對(duì)里必煤礦輔助生產(chǎn)區(qū)建筑提出綠色屋頂?shù)慕ㄗh，在滿足生產(chǎn)的前提下，盡量設(shè)置綠色屋頂。

2.3 選煤廠生產(chǎn)區(qū)

礦井工業(yè)場(chǎng)地生產(chǎn)區(qū)的特點(diǎn)是煤塵污染較大，而生產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的污染性質(zhì)又不盡相同。里必煤礦選煤廠生產(chǎn)區(qū)根據(jù)地形分為上臺(tái)階的煤炭生產(chǎn)區(qū)(主廠房)和下臺(tái)階的產(chǎn)品煤裝車區(qū)(產(chǎn)品倉(cāng))，煤炭生產(chǎn)區(qū)的污染主要是以主廠房工作產(chǎn)生的煤塵為主，煤裝車區(qū)的污染則是以運(yùn)煤車輛掉落的煤渣污染為主。

針對(duì)不同區(qū)域不同污染的情況，在里必煤礦生產(chǎn)區(qū)排雨水設(shè)計(jì)中主要遵循的原則是各污染區(qū)域雨水隔離處理，各區(qū)域雨水分散式收集。從圖6可以看出，在主廠房排水方向的下游設(shè)置一號(hào)雨水收集凈化池，可以消納和儲(chǔ)存主廠房區(qū)域降雨前期的污染雨水；在產(chǎn)品倉(cāng)場(chǎng)地低點(diǎn)設(shè)置二號(hào)雨水收集凈化池，可以消納和儲(chǔ)存煤炭裝車區(qū)域降雨前期的污染雨水。當(dāng)一號(hào)和二號(hào)蓄水池的雨水蓄滿后，經(jīng)過(guò)沉淀的干凈雨水則通過(guò)溢流系統(tǒng)進(jìn)入場(chǎng)地外的生態(tài)水池，進(jìn)一步沉淀凈化和儲(chǔ)存。雨水通過(guò)3～5級(jí)蓄水池的層層蓄存、沉淀，在雨水凈化的同時(shí)，起到削減峰值流量的雨水滯留作用[12]。

圖6 里必煤生產(chǎn)區(qū)海綿設(shè)計(jì)構(gòu)想Fig.6 Design concept of sponge-type production area in Libi Coal Mine

3 結(jié)語(yǔ)

海綿型礦井工業(yè)場(chǎng)地雨水滯留理論強(qiáng)調(diào)在降雨初期就將雨水進(jìn)行分解，通過(guò)綠色屋頂、下沉式綠地、雨水花園、生態(tài)蓄水池等多種低影響開發(fā)設(shè)施，模擬自然界的雨水生態(tài)體系對(duì)雨水進(jìn)行滯留，減小場(chǎng)地雨水徑流峰值流量，并減小徑流污染。針對(duì)礦井工業(yè)場(chǎng)地不同功能分區(qū)的特點(diǎn)，因地制宜的選擇不同的方式進(jìn)行滯留，在不影響礦井生產(chǎn)和安全的前提下，對(duì)各區(qū)域雨水采用不同處置方式，達(dá)到同樣的滯留效果，并結(jié)合低影響設(shè)施的景觀功能，增加工業(yè)場(chǎng)地人文、自然景觀。