基于海綿城市理念的電廠雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 婧，李 波，李 戈

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

海綿城市也稱低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)(low impact development，LID)，是指在設(shè)計(jì)防洪及排水系統(tǒng)時(shí)通過(guò)下滲和生態(tài)滯留設(shè)施延緩雨水徑流產(chǎn)生，積蓄雨水，結(jié)合自然資源和人工設(shè)施排水或凈化再利用，即滲、滯、蓄、排、凈、用，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)雨水資源的控制和利用[1]。

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快, 建筑物和道路的硬化使得不透水地面面積逐年增長(zhǎng)，同等降雨條件下產(chǎn)生更多的地表徑流，造成內(nèi)澇問(wèn)題頻發(fā)。此外，降雨初期地表污染物在雨水沖刷作用下匯入徑流，形成的初期雨水污染物指標(biāo)遠(yuǎn)高于典型生活污水的濃度，若直接流入自然水體，極易引發(fā)面源污染。因此海綿城市理念越來(lái)越受到關(guān)注，并逐步在建設(shè)領(lǐng)域?qū)嵤┩茝V。

近年國(guó)內(nèi)實(shí)施的海綿城市項(xiàng)目，通常以小區(qū)、公園及道路等民用及市政建設(shè)項(xiàng)目為主[2-4]。工業(yè)建設(shè)作為城市建設(shè)的重要部分，與民用及市政建設(shè)相比，具有廠區(qū)設(shè)施布置緊湊、生活用水占比小等特點(diǎn)，因此海綿城市理念在該領(lǐng)域的應(yīng)用難度更大，但效益卻將更為顯著。然而目前國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)十分缺乏。本文將結(jié)合某燃機(jī)電廠的工程案例論述基于海綿城市理念的電廠雨水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為今后其他工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域的海綿城市應(yīng)用項(xiàng)目提供參考。

1 工程概況及設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目廠址位于珠海市雞啼門水道右岸，歷史上洪水、風(fēng)暴潮等災(zāi)害十分嚴(yán)重。作為濱海電廠，本項(xiàng)目倡導(dǎo)沿海水質(zhì)型缺水地區(qū)節(jié)水、可靠、經(jīng)濟(jì)的水務(wù)管理思想，設(shè)計(jì)中秉承廠區(qū)排水資源化并綜合利用的原則。根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)“一書兩證”、施工圖審查階段海綿城市管控的通知》及《珠海市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與導(dǎo)則(試行)》[5]確定本項(xiàng)目海綿城市建設(shè)目標(biāo)為：1)年徑流總量控制率達(dá)到77%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為36.6 mm；2)年徑流固體懸浮物總削減率達(dá)到35%。

2 廠區(qū)整體排水方案

廠區(qū)排水系統(tǒng)采用清污分流制。雨水排水需考慮廠區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)暴雨及周圍山體下泄的小流域洪水兩個(gè)部分。其中廠區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為5 a，設(shè)計(jì)流量為1.96 m3/s；周圍山體下泄的小流域洪水由廠內(nèi)截洪溝收集排放，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用100 a一遇，設(shè)計(jì)洪峰流量為4.14 m3/s。二者最終均匯入廠區(qū)東側(cè)雞啼門水道?？紤]到濱海電廠雨水排水受潮位影響，為避免外江潮位較高時(shí)廠區(qū)發(fā)生內(nèi)澇，在廠區(qū)東南角設(shè)雨水泵房。雨水由道路雨水口、建筑物雨落管等收集后，經(jīng)地下雨水管網(wǎng)分區(qū)自流，匯集至雨水泵房雨水收集池內(nèi)，自流或經(jīng)雨水泵升壓后排放至雞啼門水道。

3 海綿工程措施設(shè)計(jì)

電廠與傳統(tǒng)民用建筑或公園相比，廠內(nèi)設(shè)施布置緊湊，海綿設(shè)施布置需要因地制宜，兼顧用地范圍的限制及海綿城市建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，本項(xiàng)目將傳統(tǒng)管道排水與生態(tài)化排水相結(jié)合，從源頭控制、中途控制、末端控制三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)削減徑流、控制污染的綜合效益。

圖1 電廠海綿城市建設(shè)內(nèi)容

3.1 源頭控制系統(tǒng)

源頭控制系統(tǒng)采用雨水花園的形式。結(jié)合廠區(qū)地形地勢(shì)，通過(guò)開口式路牙引導(dǎo)雨水進(jìn)入雨水花園，增加下滲面積與徑流時(shí)間，實(shí)現(xiàn)收集雨水及營(yíng)造生態(tài)景觀的雙重效益。雨水花園總面積271 m2，溝底標(biāo)高比周邊地面低30 cm，通過(guò)下凹綠地，將雨水匯集、滲透及儲(chǔ)存，可實(shí)現(xiàn)徑流控制體積56.85 m3。

3.2 中途控制系統(tǒng)

中途控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)輸型植草溝。全廠轉(zhuǎn)輸型植草溝總面積160 m2，溝底標(biāo)高比周邊地面低15 cm，主要作用為轉(zhuǎn)輸?shù)缆窂搅骷坝晁▓@所收集的雨水，底部不做換填，只在表面下凹，可實(shí)現(xiàn)徑流控制體積18.27 m3。

3.3 末端控制系統(tǒng)

3.3.1 全地下式雨水泵房

雨水泵房是雨水排水系統(tǒng)中的重要雨水調(diào)蓄排放設(shè)施，如圖2所示，主要由進(jìn)水池、雨水泵吸水池及排水井組成，在暴雨情況下啟動(dòng)雨水泵將雨水抽排至廠外河道。為提高雨水利用程度，本項(xiàng)目在雨水泵房進(jìn)水池部分設(shè)雨水回收泵，將含污染物較多的初期雨水抽排至人工濕地凈化后回收利用，作為工業(yè)用水的補(bǔ)充水源。雨水泵房占地約272.64 m2，可實(shí)現(xiàn)徑流控制體積603.36 m3。

圖2 全地下式雨水泵房平面圖

此外，為減少上部結(jié)構(gòu)土建費(fèi)用和泵房管理的投入，符合電廠去工業(yè)化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)，本項(xiàng)目雨水泵房采用全地下式布置、無(wú)人值班設(shè)計(jì)。由于泵房全部位于地下，需要在泵房?jī)?nèi)配置靈活有效的結(jié)構(gòu)、照明及排水系統(tǒng)，以保證設(shè)備正常安全運(yùn)行及工作人員進(jìn)入操作或巡檢時(shí)的人身安全。

3.3.2 人工濕地

末端控制系統(tǒng)目前國(guó)內(nèi)較多采用初期雨水調(diào)蓄池[6]。因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且能有效減少初期雨水引起的自然水體污染。受廠區(qū)用地限制，一般采用與雨水泵房疊放的合建形式，但由于基坑開挖加深，其施工難度和工程投資都相對(duì)增大；且建成后必須考慮對(duì)底部沉積物的定期清理，運(yùn)行成本較高。近年來(lái)人工濕地作為一種新興的污水處理系統(tǒng)，逐步在海綿城市建設(shè)的末端污染控制中得到關(guān)注。它可以充分利用已有水體或低洼地形，既能實(shí)現(xiàn)巨大的雨水調(diào)蓄量，也能通過(guò)濕地內(nèi)植物及微生物的作用凈化雨水，操作管理簡(jiǎn)單，維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用較低，故本工程在雨水管網(wǎng)末端采用人工濕地。

本項(xiàng)目人工濕地面積為750 m2，位于雨水泵房北側(cè)。初期雨水由位于雨水泵房?jī)?nèi)的雨水回收泵提升，通過(guò)壓力管開孔在濕地面層均勻布水，經(jīng)濕地內(nèi)各濾層處理后回收利用，可實(shí)現(xiàn)徑流控制體積1 846.64 m3。

根據(jù)“容積法”，設(shè)計(jì)降雨量為36.6 mm，廠區(qū)總匯水面積為12.15 hm2，雨量徑流系數(shù)取0.56，則要達(dá)到77%的年徑流總量控制率，全廠海綿城市工程措施的總徑流控制體積需至少為2 490.2 m3。而上述海綿工程措施能控制的徑流容積共為2 525.12 m3，對(duì)應(yīng)年徑流總量控制率為77.50%，達(dá)到了徑流控制的預(yù)期目標(biāo)。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(試行)》[7]，本項(xiàng)目海綿設(shè)施對(duì)固體懸浮物的平均去除率參照復(fù)雜型生物滯留設(shè)施的取值85%，故年徑流固體懸浮物總削減率為65.86%，達(dá)到國(guó)家級(jí)節(jié)水型城市的海綿城市建設(shè)考核指標(biāo)要求。

4 效益分析

1)生態(tài)環(huán)境效益

本項(xiàng)目通過(guò)建設(shè)雨水泵房與人工濕地等海綿設(shè)施結(jié)合的雨水排水系統(tǒng)，廠區(qū)的綠化率提高至38%，截留的初期雨水被供給人工濕地植被的生長(zhǎng)，有效去除徑流污染物，提升雨水水質(zhì)后回收利用，取得削減徑流排水和雨水污染治理的綜合效益。

2)社會(huì)效益

全地下式雨水泵房在保障廠區(qū)防洪排澇安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工廠去工業(yè)化景觀設(shè)計(jì)，與雨水花園、植草溝及人工濕地等海綿設(shè)施有機(jī)結(jié)合，營(yíng)造出綠化美觀、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的廠區(qū)環(huán)境，是綠色“電力公園”建設(shè)理念的良好實(shí)踐。

3)經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目基于海綿城市的設(shè)計(jì)理念增設(shè)的雨水花園、植草溝及人工濕地等工程措施工程造價(jià)約249.56萬(wàn)元；在雨水泵房?jī)?nèi)增設(shè)的初期雨水回收泵及其管線造價(jià)約10萬(wàn)元。海綿城市工程建設(shè)總投資約259.56萬(wàn)元。通過(guò)回收利用經(jīng)人工濕地處理后的初期雨水，按原水水費(fèi)1.53元/m3計(jì)，每年可節(jié)約水費(fèi)約21.79萬(wàn)元，約12 a可收回海綿工程措施投資。

5 結(jié)語(yǔ)

綠色環(huán)保、廠區(qū)外觀整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是未來(lái)電廠設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要趨勢(shì)?？紤]到電廠中生活用水所占比重較小，回收的雨水可用于生產(chǎn)或廠區(qū)綠化，因此雨水資源的回收利用對(duì)電廠等工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目意義重大。本工程案例通過(guò)在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置雨水花園和轉(zhuǎn)輸型植草溝等海綿設(shè)施，并建立雨水泵房與人工濕地的連接，在降低廠區(qū)內(nèi)澇壓力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了控制徑流、削減污染、節(jié)水節(jié)能的綜合效益。結(jié)合全地下式雨水泵房的設(shè)計(jì)，在廠區(qū)雨水的回收利用、去工業(yè)化設(shè)計(jì)兩個(gè)方面為工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域增添了成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。