有色金屬加工企業(yè)廠區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)探討

馬什林

(中色科技股份有限公司,河南 洛陽 471039)

《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》明確指出,海綿城市應(yīng)充分利用自然界的生態(tài)排水性能,通過自然的蓄存、滲透和凈化能力,使城市和建筑在施工前后水文特征相似,緩解城市洪澇災(zāi)害,減輕城市水體污染等環(huán)境問題。城市及工業(yè)廠區(qū)能夠像“海綿”一樣,在適應(yīng)環(huán)境變化和應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害等方面具有良好的“彈性”,下雨時(shí)吸水、蓄水、滲水、凈水;需要時(shí)能將蓄存的水“釋放”出來“補(bǔ)給”自然界或加以綜合利用。

有色金屬加工廠區(qū)具有綠地面積少,廠房屋面跨度大、面積大,廠區(qū)道路和硬化地面比例高,面源污染點(diǎn)多等特點(diǎn),而這些特點(diǎn)正是工業(yè)廠區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。在海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),既要滿足國(guó)家和地方相關(guān)海綿城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則和規(guī)范的要求,又要滿足工業(yè)生產(chǎn)需要,應(yīng)根據(jù)工業(yè)廠區(qū)不同下墊面性質(zhì)、功能的不同,采用多種低影響開發(fā)設(shè)施(LID)相結(jié)合,使廠區(qū)內(nèi)的“海綿體”得到充分利用,減少排入市政雨水管網(wǎng)的壓力,并加以綜合利用節(jié)約水資源。

1 項(xiàng)目概況

某有色金屬加工項(xiàng)目位于某市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),周邊有配套市政道路和給排水管網(wǎng)。本項(xiàng)目用地面積61 024 m2,主要包括各生產(chǎn)廠房5座、綜合樓1座、原料庫1座及其配套道路、綠化帶、小型停車場(chǎng)、廠前區(qū)廣場(chǎng)等。

2 廠區(qū)下墊面

(1)建筑屋面。有色金屬加工廠區(qū)建筑屋面主要有2種:一種是大型連跨廠房屋面,一般為輕鋼結(jié)構(gòu)屋面,屋面面積大,雨水徑流量大,且形成徑流速度快,多采用虹吸排水方式,集中排至廠區(qū)雨水管網(wǎng);另一種是生產(chǎn)輔助設(shè)施、辦公生活設(shè)施等建筑屋面,屋面面積較小,多為鋼筋混凝土屋面,一般采用重力排水,排至室外散水坡后散排至附近綠化帶。

本項(xiàng)目5座生產(chǎn)廠房屋面均為輕鋼結(jié)構(gòu)屋面,其附跨屋面為鋼筋混凝土屋面,綜合樓和原料庫屋面為鋼筋混凝土屋面,屋面雨水均采用重力排水方式,由雨落水管排至散水坡后散排至廠房周邊普通綠化帶內(nèi)。

(2)道路及廣場(chǎng)。由于有色金屬加工廠區(qū)運(yùn)輸量較大,同時(shí)需要重載車輛通行,因此廠區(qū)道路和硬化堆場(chǎng)無法采用透水混凝土路面,而采用不透水混凝土路面。路面雨水一般采用雨水口收集后排至廠區(qū)雨水管網(wǎng)。

本項(xiàng)目廠區(qū)內(nèi)設(shè)環(huán)形道路,均采用不透水混凝土路面,路面雨水采用雨水口收集后排至廠區(qū)雨水管網(wǎng)。綜合樓前設(shè)有小廣場(chǎng),為硬化地面,作為人員活動(dòng)廣場(chǎng)及客戶用停車場(chǎng),采用透水鋪裝地面。

(3)小型停車場(chǎng)。一般在廠前區(qū)設(shè)置小型停車場(chǎng),其承受的荷載一般較小,可采用透水混凝土、植草磚等透水鋪裝作為生態(tài)排水設(shè)施,可將降雨滲透率增加到75%以上,大大降低地面徑流量。本項(xiàng)目在路邊另設(shè)有小型停車場(chǎng)1座,為廠區(qū)員工使用,采用植草磚鋪裝。

(4)廠區(qū)綠化帶。廠區(qū)綠化帶分布不均,在生產(chǎn)區(qū)域一般設(shè)在廠房和道路之間狹窄帶形區(qū)域,在綠化帶下一般布置有廠區(qū)管網(wǎng)和電纜溝等,不宜設(shè)置下凹式綠地。廠前區(qū)綠化面積較大且相對(duì)集中,可以設(shè)置下沉式綠地、雨水濕地花園等,更好的降低雨水徑流流速、削減徑流量,同時(shí)改善廠前區(qū)小生態(tài)環(huán)境。

本項(xiàng)目廠房周邊均設(shè)有綠化帶,由于項(xiàng)目所在地為濕陷性地區(qū),且綠化帶下敷設(shè)有電纜溝和各種地下管道,為確保建筑物和地下設(shè)施安全,采用普通綠地;在靠近廠區(qū)圍墻處設(shè)有綠化帶,采用下沉式綠地。

(5)其他。其他地面,如廠區(qū)邊角、人行道等采用非鋪裝土地面、干砌磚石等。

3 海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃控制目標(biāo)

3.1 設(shè)計(jì)流程

工業(yè)項(xiàng)目海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)流程一般如下:(1)根據(jù)國(guó)家和地方相關(guān)導(dǎo)則、規(guī)劃、規(guī)定等,確定項(xiàng)目海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo);(2)根據(jù)廠區(qū)用地性質(zhì)、容積率、廠區(qū)規(guī)劃等指標(biāo),對(duì)廠區(qū)下墊面進(jìn)行分析;(3)結(jié)合下墊面分析及相關(guān)控制指標(biāo),選用合適的低影響開發(fā)設(shè)施(LID),并確定其建設(shè)規(guī)模和布局;(4)根據(jù)低影響開發(fā)設(shè)施(LID)內(nèi)容和規(guī)模,復(fù)核海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo),并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整低影響開發(fā)設(shè)施(LID)建設(shè)內(nèi)容。

3.2 控制目標(biāo)

海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)一般包括年徑流總量控制率、年徑流污染消減率、徑流峰值控制目標(biāo)和雨水資源利用目標(biāo)等。

(1)年徑流總量控制率。年徑流總量控制率是指根據(jù)多年日降雨量統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)計(jì)算,通過自然和人工強(qiáng)化的入滲、蒸發(fā)(騰)、滯留、調(diào)蓄、凈化和收集回用,場(chǎng)地內(nèi)累計(jì)多年平均得到控制的雨水量占多年平均總雨量的比例。得到控制的雨水量包括不外排和處理后外排的雨水量。借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),年徑流總量控制率最佳為80%～85%,這一目標(biāo)主要通過控制頻率較高的中、小降雨事件來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》確定的年徑流總量控制分區(qū),本項(xiàng)目所在地屬于Ⅱ區(qū),年徑流總量控制率為75%～80%。根據(jù)當(dāng)?shù)睾＞d城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則,本項(xiàng)目年徑流總量控制率為75%,對(duì)應(yīng)的日設(shè)計(jì)降雨量為15.1 mm。

(2)年徑流污染消減率。年徑流污染消減率是指雨水經(jīng)過預(yù)處理措施和低影響開發(fā)設(shè)施物理沉淀、生物凈化等作用,場(chǎng)地內(nèi)累計(jì)多年平均得到控制的雨水徑流污染總量占多年平均雨水徑流污染物總量的比例。城市徑流污染涉及的污染物主要為懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(COD)、總磷(TP)、總氮(TN)等。一般可采用懸浮物(SS)作為徑流污染物控制目標(biāo),一般要求懸浮物(SS)的負(fù)荷量消減率達(dá)到40%～60%。根據(jù)當(dāng)?shù)睾＞d城市規(guī)劃設(shè)計(jì),本項(xiàng)目懸浮物(SS)污染物消減率≥45%。

(3)徑流峰值控制目標(biāo)。徑流峰值流量控制是低影響開發(fā)的控制目標(biāo)之一。低影響開發(fā)設(shè)施受降雨頻率與雨型、低影響開發(fā)設(shè)施建設(shè)與維護(hù)管理?xiàng)l件等因素的影響,一般對(duì)中、小降雨事件的峰值削減效果較好,對(duì)特大暴雨事件,雖仍可起到一定的錯(cuò)峰、延峰作用,但其峰值削減幅度往往較低。因此,為保障城市安全,在低影響開發(fā)設(shè)施的建設(shè)區(qū)域,城市雨水管渠和泵站的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期、徑流系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)仍然應(yīng)當(dāng)按照《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014)中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

按區(qū)域情況確定流量徑流系數(shù),本項(xiàng)目屬于建筑密集區(qū),綜合徑流系數(shù)ψ為0.60～0.85。用于確定廠區(qū)雨水管道等排水設(shè)施規(guī)模,確保廠區(qū)雨水排水安全。按下墊面種類確定雨量徑流系數(shù)和流量徑流系數(shù),見表1。

表1

(4)雨水資源利用目標(biāo)。應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厮Y源短缺程度、供水工程狀況、雨污分流程度、雨水調(diào)蓄設(shè)施規(guī)模等因素,綜合分析確定各地雨水資源化利用的具體目標(biāo)。水資源短缺比較突出的地區(qū),有條件時(shí)應(yīng)盡量充分利用城市雨水資源。根據(jù)當(dāng)?shù)睾＞d城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則,本項(xiàng)目對(duì)雨水資源利用目標(biāo)無具體要求。

(5)海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)。根據(jù)以上分析,確定本項(xiàng)目海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)為:年徑流總量控制率≥75%,對(duì)應(yīng)的日設(shè)計(jì)降雨量為15.1mm;流量徑流系數(shù)ψ≤0.85;年徑流污染消減率≥45%。

4 低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)

4.1 匯水分區(qū)劃分

工業(yè)廠區(qū)面積較大時(shí),應(yīng)合理劃分匯水分區(qū),一般按功能進(jìn)行劃分為工業(yè)生產(chǎn)區(qū)域、輔助生產(chǎn)區(qū)域、廠前區(qū)等,根據(jù)各分區(qū)特點(diǎn),每個(gè)分區(qū)分別進(jìn)行低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目廠區(qū)面積較小,功能分區(qū)不明顯,因此本項(xiàng)目不考慮匯水分區(qū)劃分,統(tǒng)一按一個(gè)匯水分區(qū)進(jìn)行低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)。廠區(qū)徑流系數(shù)計(jì)算詳見表2。

表2

4.2 徑流總量控制計(jì)算

(1)當(dāng)?shù)睾＞d城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則要求本項(xiàng)目年徑流總量控制率為75%,對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量15.1 mm。需要總調(diào)蓄雨水容積:V=10HΦF;式中,V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積,m3;H為設(shè)計(jì)降雨量,mm;Φ為綜合雨量徑流系數(shù);F為匯水面積,ha。V=10HΦF=10×15.1×0.7627×6.1024=702.80m3。

(2)下沉式綠地設(shè)施控制雨水量計(jì)算。根據(jù)本工程平面布置及豎向布置,綠化帶緊鄰生產(chǎn)廠房,根據(jù)地質(zhì)性質(zhì)和項(xiàng)目實(shí)際需要,不適合設(shè)置普通下沉式綠地。在臨近圍墻處設(shè)有一部分下沉式綠地,面積為622.67 m2,有效深度20 cm,共計(jì)有效儲(chǔ)水容積為:V下沉式綠地=F下沉式綠地×0.2=622.67×0.2=124.50m3。

(3)雨水調(diào)蓄設(shè)施控制雨水量計(jì)算。根據(jù)需要總調(diào)蓄雨水體積及下沉式綠地雨水容積,本項(xiàng)目所需雨水調(diào)蓄池容積為702.80-124.50=578.30 m3。

4.3 低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)

4.3.1 平面布局和豎向設(shè)計(jì)

(1)本項(xiàng)目總圖布局根據(jù)規(guī)劃要求,綜合考慮各種因素,合理布置建筑、道路廣場(chǎng)包括消防車道、綠化(含下沉式綠地)。

(2)優(yōu)先利用下沉式綠地、雨水調(diào)蓄池等設(shè)施和措施滯蓄、利用雨水,達(dá)到海綿城市建設(shè)技術(shù)規(guī)定要求。

(3)豎向設(shè)計(jì)。廠區(qū)道路最大道路縱坡為8%,最小道路縱坡為0.3%;廠區(qū)道路路緣石標(biāo)高高于綠地標(biāo)高150 mm 以上,對(duì)于下沉式綠地段道路,豎向高程應(yīng)高出綠地。建筑室內(nèi)地坪標(biāo)高宜高于廠區(qū)內(nèi)部道路400 mm。

(4)屋面雨水宜采取雨落管斷方式將屋面雨水?dāng)嘟硬⒁胫苓吘G化帶。

(5)廠區(qū)內(nèi)機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車道、人行道、廣場(chǎng)、露天停車場(chǎng)和庭院步道等應(yīng)盡量坡向綠地或建適當(dāng)?shù)挠晁畬?dǎo)引設(shè)施,使雨水流入低影響開發(fā)設(shè)施(LID)。

(6)個(gè)別匯水區(qū)域的雨水無法匯入低影響開發(fā)設(shè)施(LID)時(shí),應(yīng)在該匯水區(qū)域設(shè)置傳統(tǒng)雨水排放系統(tǒng),應(yīng)采用帶截污掛籃的雨水口。

4.3.2 低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)

低影響開發(fā)設(shè)施(LID)主要有透水鋪裝、綠色屋頂、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、滲透塘、滲井、濕塘、雨水濕地、蓄水池、雨水罐、調(diào)節(jié)塘、調(diào)節(jié)池、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶、初期雨水棄流設(shè)施、人工土壤滲濾等。本項(xiàng)目用地屬于重型自重濕陷性黃土地區(qū),綜合考慮各方面條件,本項(xiàng)目的低影響開發(fā)設(shè)施(LID)以雨水調(diào)蓄池為主,下沉式綠地和透水鋪裝等為輔。

(1)下沉式綠地。下沉式綠地可廣泛應(yīng)用于城市建筑與小區(qū)、道路、綠地和廣場(chǎng)內(nèi)。對(duì)于徑流污染嚴(yán)重、設(shè)施底部滲透面距離季節(jié)性最高地下水位或巖石層小于 1 m及距離建筑物基礎(chǔ)小于 3 m的區(qū)域,應(yīng)采取必要的措施防止次生災(zāi)害的發(fā)生。

下沉式綠地應(yīng)滿足以下要求:下沉式綠地的下沉深度應(yīng)根據(jù)植物耐淹性能和土壤滲透性能確定,一般為100～200 mm。下沉式綠地內(nèi)一般應(yīng)設(shè)置溢流口(如雨水口),保證暴雨時(shí)徑流的溢流排放,溢流口頂部標(biāo)高一般應(yīng)高于綠地 50～100 mm。

低影響開發(fā)設(shè)施(LID)植物應(yīng)能夠容忍短期的水澇,能夠容忍更長(zhǎng)的干旱期,假如同時(shí)有種灌木或樹木,選擇耐陰品種,在天然池塘或者人工設(shè)計(jì)的滯留池中,會(huì)長(zhǎng)時(shí)間的保存水,所以在植被搭配中多以水生植物為主。根系發(fā)達(dá),耐沖刷,凈化能力強(qiáng),特別是植物根系對(duì)重金屬的攔截和吸附作用,生命力頑強(qiáng),便于管理,合理搭配起到既能增強(qiáng)凈化力又具有觀賞性的效果。

種植土推薦采用換填層土壤級(jí)配:有機(jī)含量不小于3%的原土,粗砂(1～2 mm),中砂(0.25～1 mm),比例為1∶1.5∶6.95,細(xì)木屑摻雜比例為1%(質(zhì)量比)。滲透速率不小于100 mm/h。下沉式綠地中的種植土壤厚度不小于300 mm。

本項(xiàng)目設(shè)置有兩處下沉式綠地,面積分別為467.78 m2和145.89 m2,共計(jì)622.67 m2。另在下沉式綠地旁設(shè)置透水鋪裝小型客車停車位,共計(jì)481.25 m2(35個(gè)停車位)。

(2)雨水調(diào)蓄池。雨水調(diào)蓄池指具有雨水儲(chǔ)存功能的集蓄利用設(shè)施,同時(shí)也具有削減峰值流量的作用,主要包括鋼筋混凝土蓄水池,磚、石砌筑蓄水池及塑料蓄水模塊拼裝式蓄水池,用地緊張的城市大多采用地下封閉式蓄水池。

雨水調(diào)蓄池適用于有雨水回用需求的建筑與小區(qū)、城市綠地等,根據(jù)雨水回用用途(綠化、道路噴灑及沖廁等)不同需配建相應(yīng)的雨水凈化設(shè)施;不適用于無雨水回用需求和徑流污染嚴(yán)重的地區(qū)。

本項(xiàng)目在廠區(qū)雨水管網(wǎng)末端設(shè)置有雨水調(diào)蓄池630 m3,并設(shè)置雨水調(diào)蓄及利用設(shè)施1套,滿足廠區(qū)雨水調(diào)蓄和雨水利用,回用水池容積70 m3,用于廠區(qū)澆灑、綠化、沖洗等。雨水調(diào)蓄及回用系統(tǒng)設(shè)有雨水提升泵、過濾器、回用水泵等回用設(shè)施。

4.4 海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)復(fù)核

(1)實(shí)際年徑流總量控制率。本項(xiàng)目雨水調(diào)蓄池及下沉式綠地等海綿設(shè)施的總調(diào)蓄雨水量為754.5 m3,大于所需調(diào)蓄容積704 m3,廠區(qū)的綜合雨量徑流系數(shù)為0.7627,采用低影響開發(fā)設(shè)施(LID)調(diào)蓄后實(shí)現(xiàn)降雨控制量:H=754.5/(10×0.7627×6.1024)=16.21 mm,其對(duì)應(yīng)的實(shí)際年徑流總量控制率≥75%,滿足本項(xiàng)目海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)要求。

(2)年徑流污染消減率。城市徑流污染物中,SS與其他污染物指標(biāo)具有相關(guān)性,因此,年徑流污染消減率采用SS控制指標(biāo)。年 SS 總量去除率可采用《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)》的計(jì)算方法:α=S·αss;式中,α為年SS總量去除率;S為年徑流總量控制率;αss為低影響開發(fā)設(shè)施對(duì) SS 的平均去除率。

本項(xiàng)目雨水調(diào)蓄池內(nèi)雨水經(jīng)處理回用,SS平均去除率大于80%,因此取SS綜合平均去除率為80%。本項(xiàng)目年 SS 總量去除率=75%×80%=60%,滿足本項(xiàng)目年徑流污染消減率控制指標(biāo)不小于45%的要求。

(3)流量徑流系數(shù)。本項(xiàng)目流量徑流系數(shù)經(jīng)計(jì)算為0.8169,滿足當(dāng)?shù)睾＞d城市規(guī)劃設(shè)計(jì)要求建筑密集區(qū)流量徑流系數(shù)0.60～0.85的要求。

綜上所述,本項(xiàng)目實(shí)際年徑流總量控制率≥75%,日設(shè)計(jì)降雨量為16.21 mm,實(shí)際徑流污染消減率60%,實(shí)際流量徑流系數(shù)0.8169,均滿足本項(xiàng)目海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)及當(dāng)?shù)睾＞d城市專項(xiàng)規(guī)劃的要求。

5 結(jié)語

本文對(duì)某有色金屬加工廠區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為詳細(xì)的敘述,主要包括:海綿城市規(guī)劃控制目標(biāo)的確定,工業(yè)廠區(qū)下墊面分析,低影響開發(fā)設(shè)施(LID)設(shè)計(jì)和計(jì)算。希望本設(shè)計(jì)探討能夠拋磚引玉,得到廣大設(shè)計(jì)人員的意見和建議,對(duì)類似工業(yè)廠區(qū)海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷地優(yōu)化和完善,大力推進(jìn)建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”,節(jié)約水資源,保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。