淺談“海綿城市”理念在現(xiàn)代工廠建設(shè)中的應用

劉旭晨 朱亞飛 張 森 盛曉冬

(1．黎明化工研究設(shè)計院有限責任公司，河南 洛陽 471000；2.新希望六和股份有限公司，四川 成都 610000；3.中冶焦耐(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000)

現(xiàn)代工廠在規(guī)劃設(shè)計時，為了滿足消防和運輸?shù)男枨螅瑫O(shè)置較大比例的地面硬化，廠區(qū)雨水經(jīng)雨水收集設(shè)施快速收集后，經(jīng)雨水管網(wǎng)或雨水溝集中排入市政管網(wǎng)。近些年來，由于城市排水系統(tǒng)設(shè)計標準偏低以及雨水再利用系統(tǒng)的缺失，導致國內(nèi)眾多大中城市中頻繁發(fā)生內(nèi)澇問題。隨著城市擴張發(fā)展，城市規(guī)劃有意將老舊工業(yè)企業(yè)向新興工業(yè)區(qū)進行轉(zhuǎn)移，并出臺海綿城市規(guī)劃設(shè)計的強制性標準、指導性標準，用于指導新建、已建、擴建的工業(yè)項目和居住區(qū)建設(shè)。本文旨在闡述如何在滿足地方法律法規(guī)的前提下經(jīng)濟、合理、綠色、環(huán)保的將海綿城市理念融入到工程建設(shè)中。

1 海綿城市建設(shè)理念

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能夠像海綿一樣，在雨天及時吸收水分、儲蓄水分、滲透水分和凈化水分[1]，在干旱的時候把儲存的水分像海綿一樣的“擠”出來加以利用。將海綿城市的建設(shè)理念融入工廠的規(guī)劃建設(shè)中，通過低影響開發(fā)設(shè)施來實現(xiàn)對廠區(qū)內(nèi)雨水的儲存、緩釋、凈化和再利用，在滿足上位規(guī)劃要求的同時也對企業(yè)有諸多益處。

2 海綿城市設(shè)計標準

海綿城市的規(guī)劃設(shè)計應當依據(jù)建設(shè)項目所在地出臺的海綿城市設(shè)計導則，同時也需要滿足《海綿城市設(shè)計規(guī)范》。下面以岳陽市為例進行論述。

《岳陽市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導則》中規(guī)定：海綿城市的規(guī)劃設(shè)計標準由強制性標準、指導性標準和其他相關(guān)標準組成。按照導則要求，導則適用范圍內(nèi)的新建、改建、擴建項目必須遵守導則中的強制性標準，此外指導性標準是工程規(guī)劃設(shè)計階段建議參考的標準，設(shè)計者可自主選擇。具體如下：

2.1 強制性標準

年徑流總量控制率指的是在項目用地內(nèi)通過自然方式和人工干預手段，使得項目建設(shè)用地內(nèi)全年累計得到控制的雨量占全年降雨總量的比例。改擴建工業(yè)項目的年徑流總量控制率不低于60%，新建工業(yè)項目的年徑流總量控制率不低于65%。

2.2 指導性標準

2.2.1 年徑流污染削減率

雨水經(jīng)過預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，場地內(nèi)累計一年得到控制的雨水徑流污染物總量(以固體懸浮物 SS 計)占全年雨水徑流污染物總量的比例[2]。對于新建項目而言，該指標不宜低于60%，對于擴建或改建項目而言，該指標不宜低于40%。

2.2.2 透水鋪裝率

對于新建項目而言，透水鋪裝率的下限設(shè)置較高，機動車車道以外的地面硬化中，透水鋪裝所占的比例宜大于70%。

在涉及人行道和廣場的建設(shè)項目中，人行道面層材料和廣場的硬化鋪裝應優(yōu)先選擇透水材料。

2.2.3 綠色屋頂率

對于新建的以商業(yè)或公共服務為主的建筑物，應充分利用其屋頂空間，合理的布置屋頂綠化，綠化率宜大于60%。

3 工廠海綿城市規(guī)劃策略

3.1 規(guī)劃思路

對于工業(yè)項目的海綿城市專項規(guī)劃首先需要對項目內(nèi)沖廁需水量、景觀補水、道路用水、綠化用水等進行預測，然后分析雨水和中水的水質(zhì)、可供水量，并結(jié)合當?shù)氐乃牡刭|(zhì)、氣候等情況確定合適的雨水利用方式。

3.2 規(guī)劃方案

廠區(qū)雨水主要分為屋面雨水和地表雨水兩部分，不同區(qū)域的雨水適用的收集方式也不同，詳見圖1。

圖1 廠區(qū)雨水收集系統(tǒng)

普通屋面匯集的雨水通過落水管排入下凹式綠地，綠植屋面自身可以儲存一部分雨水，溢流部分由落水管排入下凹式綠地，超出下凹式綠地儲水能力的部分通過綠地中的雨水口收集排放。

地表雨水首先經(jīng)過廣場和透水路面的滲透，然后通過路沿石開口進入綠化帶或下凹式綠地進行滲透，超出下凹式綠地儲水能力的部分通過綠地中的雨水口收集排放，生產(chǎn)區(qū)地表雨水通過設(shè)置在道路兩側(cè)的雨水口收集。

當項目徑流系數(shù)控制的雨水量和LID設(shè)施控制的雨水量不能滿足徑流總量控制率時，需要設(shè)置調(diào)蓄池，當雨水水質(zhì)滿足景觀水體水質(zhì)要求時，廠區(qū)的景觀水池可兼做調(diào)蓄池使用。

在建筑屋面和地下工程頂板的防水層上鋪以種植土，并種植植物，使其起到防水、保溫、隔熱和生態(tài)環(huán)保作用。

3.3 常用的LID措施

工業(yè)項目中的LID設(shè)施為下凹式綠地、植草溝、透水鋪裝、透水混凝土、生態(tài)停車坪、種植屋面。

3.3.1 下凹式綠地

下凹式綠地的面層標高低于道路路面標高，路面雨水通過溢流口排入雨水管道系統(tǒng)。雨水管與下凹式綠地先接觸，設(shè)置碎石等消能、防沖刷設(shè)施。

下凹式綠地主要用于蓄滯、凈化雨水。下凹式綠地底部不換填，下凹200mm，溢流雨水口頂部高出下凹式綠地底部100mm。下凹式綠地中敷設(shè)軟式透水管作為盲管，當盲管接入溢流雨水口的路徑上存在樹木或建、構(gòu)筑物時，盲管可適當彎曲進行避讓。

3.3.2 植草溝

植草溝是一種布置于廣場、道路等大面積硬化場地周邊的地表排水系統(tǒng)，其可與濕塘、下沉式綠地等其他LID設(shè)施相互配合。項目用地內(nèi)的地表雨水流經(jīng)植草溝時，植被起到了過濾和增加滲透的作用，植草溝可以有效地消減雨水中的懸浮顆粒污染物和溶解污染物。此外，通過選擇植草溝內(nèi)的植物種類也可使其具備觀賞性。植草溝在滿足豎向設(shè)計的情況下可以代替廠區(qū)雨水溝和雨水管，也可以與廠區(qū)雨水溝雨水管聯(lián)合布置。

3.3.3 透水鋪裝

透水區(qū)鋪裝下方通常敷設(shè)直徑為100mm的盲管，盲管宜選用高密度聚乙烯雙壁波紋管，盲管開槽寬2mm，槽間距50mm；盲管位于碎石層中，坡度順碎石層坡，每隔40m設(shè)置一個清通口，清通口采用異徑DN200×DN100(三通、四通、五通)配堵頭(蓋板)的形式。盲管需穿越道路時，采用盲管外設(shè)DN150鋼管套管，并做C25級混凝土全包封。

透水鋪裝面層采用混凝土磚，磚縫之間用8mm碎石填縫，雨水徑流通過碎石縫隙入滲，通過設(shè)置在碎石層底部的盲管排入雨水管道系統(tǒng)。

4 工程設(shè)施計算

4.1 子地塊內(nèi)各子地塊需蓄水容積

地塊內(nèi)各子地塊不同年徑流量總量控制率對應的蓄水容積。詳見下式子(1)：

V=10×Φ×H×F

(1)

式中：

V—設(shè)計調(diào)蓄體積或需蓄水體積，m3；

H—設(shè)計降雨量(mm)，按《岳陽市海綿城市規(guī)劃設(shè)計導則》選?。?/p>

Φ—場地綜合雨量徑流系數(shù)；

F—匯水面積，hm2。

4.2 子地塊可蓄水容積及該地塊的實際年徑流總量控制率計算

核算各子地塊的可蓄水容積計算式(2)為：

V子地塊=F下凹式綠地×H下凹式綠地+F雨水濕地×H雨水濕地+F植草溝×H植草溝

(2)

確定該地塊的實際年徑流總量控制雨量，計算式(3)為：

H子地塊=V子地塊÷10×Φ子地塊×F子地塊

(3)

4.3 地塊年徑流總量控制率：

對應《岳陽市海綿城市建設(shè)設(shè)計導則》選取H子地塊降雨量所對應的年徑流總量控制率園區(qū)年凈流控制率核算為園區(qū)內(nèi)每個子地塊年徑流總量控制率的加權(quán)平均值。計算如公式(4)：

Y=(∑Yi×Fi)/F

(4)

式中：Y— 地塊年徑流總量控制率，%

F—地塊總面積，m2

Fi—地塊內(nèi)各子匯水區(qū)面積，m2

Yi—地塊內(nèi)各子匯水區(qū)年徑流總量控制率，%

4.4 年徑流污染削減率

計算表為：年徑流污染削減率=年徑流總量控制率×低影響開發(fā)設(shè)施對SS的平均去除率

說明：透水鋪裝及綠色屋頂不參與調(diào)蓄體積計算，僅貢獻較低的徑流系數(shù)；

H下凹式綠地=下沉式綠地對應的下凹深度，取0.2m，

H植草溝=植草溝對應的下凹深度，取0.2m，

年徑流污染控制率以懸浮物(SS)的控制率計，在計算徑流污染控制率時，各類海綿設(shè)施對于徑流污染物的控制率應以實測數(shù)據(jù)為準，缺乏資料時，可按下表取值。

各類海綿設(shè)施對于徑流污染物的控制率見表1。

表1 不同類別項目雨水徑流污染消減率[3]

5 建設(shè)意義

5.1 社會意義

海綿城市的建設(shè)，將防、排、蓄、滲、滯等措施合理地結(jié)合起來，減輕城市防洪排澇的壓力，有利于減少城市洪澇災害的發(fā)生，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，實現(xiàn)雨水在城市中自由遷移[4]，在一定程度上緩解城市水資源短缺的壓力[5]。

5.2 經(jīng)濟意義

海綿工廠的建設(shè)有利于對自然水體的保護，并且具有顯著的經(jīng)濟效益。通過設(shè)置LID設(shè)施減小了工廠內(nèi)部的地表徑流量從而可減少廠區(qū)內(nèi)部雨排水設(shè)施的工程造價；通過減少廠區(qū)排入市政管網(wǎng)的雨水量，減輕了暴雨時市政雨排水官網(wǎng)的壓力，降低了城市水災的風險。與此同時，工廠在調(diào)蓄設(shè)施和生物凈化設(shè)施的輔助下，增加了雨水回用的比例，有效消減了污染治理的花費。

5.3 生態(tài)意義

建設(shè)海綿工廠對改善工廠環(huán)境和城市生態(tài)環(huán)境都有著積極意義。

海綿工廠在設(shè)計時提高了綠地率，相應的減少了道路和硬化地面的比例。工廠內(nèi)的硬化地面會阻止場內(nèi)雨水下滲補給地下水，進而導致地下水位難以回升。通過建設(shè)海綿工廠，能提高了廠區(qū)整體的雨水滲透能力，保證了該區(qū)域?qū)Φ叵滤难a給；收集起來的雨水，經(jīng)處理后可用于工業(yè)生產(chǎn)和生活，亦可作為綠化用水，減小了城市供水負擔。建設(shè)海綿工廠將會對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境改善做出了突出的貢獻

5.4 建設(shè)難點

對于大多數(shù)工廠而言，留給LID設(shè)施建設(shè)的空間很少，在建筑系數(shù)和容積率要求較高的規(guī)劃區(qū)內(nèi)進行工程建設(shè)，很難單純通過綠地等LID設(shè)施達到徑流系數(shù)控制率指標要求，為了滿足規(guī)劃要求，不得不大面積使用透水鋪裝和儲水罐來滲透儲存雨水，如此一來將會顯著提高工程造價。

6 結(jié)語

本文對海綿城市建設(shè)的理念和標準進行了簡單概述，并對工廠內(nèi)海綿城市的建設(shè)措施進行了分析。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷推進，海綿城市的建設(shè)理念在市政建設(shè)過程中得到了越來越多的體現(xiàn)。隨著相關(guān)法律規(guī)范的完善，海綿城市理念在工廠建設(shè)中應用的必要性也逐漸凸顯。通過合理科學的規(guī)劃設(shè)計，可以盡可能利用廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)單元以外的用地部署LID設(shè)施，充分發(fā)揮LID設(shè)施對用地內(nèi)雨水的吸納、滲透、蓄存和緩釋作用，實現(xiàn)對徑流系數(shù)的有效控制，構(gòu)建出具有自主積存、滲透和凈化項目用地內(nèi)雨。