海綿城市設計在工業廠區不同下墊面中的應用

金雨薇，王暉，史長偉

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年來，城市化進程加快，透水下墊面漸漸被硬質地面所替代，雨水下滲量減少，降雨時地表徑流量增加，雨水通過管網直接排出使得管網壓力過大，導致多起因雨水不能及時排出而引發的洪澇災害。

2014 年10 月，住房和城鄉建設部正式發布《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》，其中明確了海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”，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[1]。

工業廠區在進行海綿城市設計時，會面臨綠化面積小、不透水下墊面比例高、廠房屋面受工藝限制跨度較大、面源污染復雜等一系列問題，是海綿城市在工業廠區設計時的難點。因此，工業廠區海綿城市設計在滿足規范、導則及地方要求的情況下，應盡可能貼近工藝生產的需求。本文考慮工業廠區下墊面性質、功能的不同，采取不同的海綿城市設施，減少排入市政管道的雨水，使雨水資源盡可能地被合理利用，降低經濟成本，降低內澇風險。

2 工業廠區不同下墊面分析

2.1 工業廠區屋面

工業廠區生產區域的建筑屋面主要分為2 種：一種是大型連跨的廠房，屋面雨水多采用虹吸排水。降雨時因屋面雨水徑流量大使得廠區管網壓力過大，易導致內澇災害。因此大型廠房屋面的雨水可以排至雨水收集池，雨水經處理后可用于沖洗地面、澆灌花木、洗車等方面，不但利用了雨水，降低了工廠用水成本，而且減少了雨水徑流量，延遲了峰值時間。另一種則是小型廠房或生產配套設施，屋面雨水多采用重力排水，降雨時可將屋面雨水排入建筑附近綠化帶內，由綠化帶收集、下滲，既補充了地下水，也減少了綠地的澆灌次數，節約了水資源。

工業廠區中廠前區建筑一般有辦公建筑、宿舍、食堂等，屋面多為混凝土平屋面，因此在做好防水，滿足荷載要求的情況下可以使用綠色屋面。綠色屋面既能吸收和儲存水分，利用土壤滲透過程凈化雨水中的部分污染物質，又可以降低廠區下墊面雨水徑流系數，有效減緩雨水匯集速度，降低雨水排放強度。

2.2 廠區綠化帶

工業廠區內綠化分布不均勻。在生產區域，綠化帶面積受工藝生產限制比例較小且較為分散，因此，可以用下凹式綠地代替普通綠地。下凹式綠地可以設置在道路兩側及建筑物四周，收集屋面重力雨水、綠地和附近路面的雨水，減少地面積水；同時綠地蓄積的雨水通過下滲，可以對地下水進行補充，提高土壤的含水率，減少綠地維護的澆灌次數，節約了水資源，對徑流污染物有較好的控制效果[2]。

而在廠前區，景觀綠化的需求增多，此區域綠化比例較大且相對集中，可以用雨水花園代替普通綠地。相對于普通綠地，雨水花園可以更好地降低雨水徑流的流速，削減徑流量，減少洪澇災害，同時營造的小生態環境可以為一些鳥類以及蝴蝶、蜻蜓等昆蟲提供食物及棲息地，控制雨水滯留時間，避免滋生蚊蠅，具有很好的景觀和生態效果[3]。

2.3 道路廣場及停車位

一般的住宅小區或公共建筑道路雨水收集多采用透水鋪裝的形式，但工業廠區因運送貨物、堆放物料、工藝生產等緣故，在廠區道路會產生工藝廢渣、碎石等物質，致使透水鋪裝的孔隙結構堵塞，削弱其徑流調控能力。同時，一些廠區的主干道路允許承重型貨車通行，對于路面荷載要求大，由于透水混凝土含有孔隙，路面的抗壓能力較弱，易發生形變，增加使用及后期維護的成本，故此區域不適用透水地面。對于這些路面可以將雨水排至路面兩側綠化帶內，采用下凹式綠地對其“滲、滯、蓄、凈、用”，而沒有綠化帶的道路或大型堆場等可以設置雨水收集池，對雨水進行收集、凈化和利用。

對于廠前區來說，一些廣場、景觀等區域道路承受的荷載相對較小，面源污染較輕，可采用透水混凝土，停車位可以敷設植草磚，透水混凝土及植草磚均為透水鋪裝。透水鋪裝作為生態排水設施，可將降雨滲透率由硬化路面的10%～15%增加到75%以上，大大降低了地面徑流量，削減洪峰，避免大暴雨或連續降雨造成城市洪澇災害[4]。

3 案例分析

3.1 海綿城市要求

該廠區為新建工業廠區，位于佛山市高明區。按照《佛山市海綿城市專項規劃導則（試行）》年徑流總量控制率的定義，新建工業倉儲小區海綿城市年徑流總量控制率不小于70%。根據佛山市水文局提供的佛山近30 年氣象資料統計，年均雨水徑流控制率不小于70%對應的設計降雨量為26.7 mm。如表1 所示。

表1 佛山市不同年徑流總量控制率對應的降設計雨量

3.2 廠區概況

工業廠區內主要分為工業生產區域及廠前區。匯水分區及建筑分布如圖1 所示，工業生產區域為匯水分區一、匯水分區二；主要建筑為聯合站房、試制檢測車間、智能電氣廠房、倉庫等。試制檢測車間及智能電氣廠房為輕鋼屋面，屋面雨水采用虹吸排水，其余建筑屋面采用重力排水。因智能電氣廠房屋面匯水面積過大使得降雨時廠區雨水管道壓力過大，故拆分成2 個匯水分區。工業生產區域路面為混凝土瀝青路面，有承載重型車輛的需求，區域內無廢渣、廢氣的污染。

圖1 廠區主要建筑與匯水分區平面圖

廠前區為匯水分區三，主要建筑為研發大樓、辦公樓、宿舍等建筑，屋面為混凝土上人平屋面，屋面雨水均采用重力排水，該區域道路荷載較輕，有廣場、停車位、綠化等設施。

根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》，每個匯水分區內的綜合徑流系數應根據不同地面種類的徑流系數，按照其各自面積占匯水面積的比例，采用加權平均法計算，求得項目匯水分區綜合雨量徑流系數，計算結果詳見表2。

表2 不同匯水分區雨量徑流系數及調蓄容積

式中，Ψz為綜合徑流系數；F 為匯水面積，hm2；Fi為地塊匯水面積，m2；Ψi為類下墊面的徑流系數。

根據年徑流總量控制率和設計雨量，對該廠區的設計調蓄容積進行計算，計算按照對應70%年徑流總量控制率。計算結果見表3。

表3 不同匯水分區的海綿城市設施布置及控制指標

式中，V 為設計調蓄容積，m3；h 為設計降雨量，mm；φ 為綜合雨量徑流系數；F 為匯水面積，hm2。

3.3 海綿城市措施及控制指標

根據廠區平面布置結合工藝需求，不同的下墊面采取不同的海綿城市措施（見圖2）。聯合站房、倉庫等小型生產輔助用房屋面雨水及附近道路雨水排至建筑周圍綠化帶內，綠化帶采用下凹式綠地，下凹深度為150 mm，每塊下凹式綠地內設置溢流口，溢流口頂部標高高于綠地50 mm，溢流的雨水排至道路雨水口，經廠區雨水管網排至各匯水分區的雨水收集池內。試制檢測車間及智能電氣廠房屋面雨水排至雨水收集池內，每個匯水分區均設置單獨的雨水收集池，每個雨水收集池有獨立的雨水回用設備。匯水分區一、匯水分區二、匯水分區三的雨水收集池有效容積分別為300 m3、600 m3、300 m3，各匯水分區的雨水回用水管道在廠區連成1 根回用水干管供廠區道路沖洗、冷卻塔補水及洗車使用。

圖2 廠區海綿城市設施平面圖

廠區每日道路沖洗用水量約為50 m3/d，洗車用水約為7 m3/d，冷卻塔補水量約為912 m3/d，雨水收集池總容積為1 200 m3，剛好滿足廠區道路澆灑、洗車及冷卻塔補水用水。雨水回用設備將初期雨水棄流，再對雨水進行過濾、加藥、消毒，水質達到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市雜用水水質》標準及GB 50400—2016《建筑與小區雨水控制及利用工程技術規范》中規定的處后雨水COD、SS 指標后經水泵提升到回用水管網進行回用。

廠前區內，廣場、道路、停車位采用透水鋪裝，透水鋪裝由面層、找平層、基層和土基組成。廣場及道路面層材料為現澆透水混凝土，停車位面層采用透水磚；透水鋪裝地面的面層和基層之間用粗砂或中砂鋪設找平層，找平層的透水系數不小于面層；基層使用砂、礫石、石灰巖等材料。

研發大樓及宿舍屋面采用綠色屋面與雨水花園組合的形式。綠色屋面設施自上而下依次為植物層、種植基質層、過濾層、排水層、防水層。種植基質層采用篩選的輕質材料混合而成，混合基質層厚度為15 cm；過濾層選用聚酯纖維無紡布，截留土顆粒、細砂和小石料等，防止堵塞排水層；排水層選用新型塊狀塑料蓄水板，主要作用是迅速排除在降雨和澆灌時多余的水分；雨水在屋面通過屋頂綠化層截留、吸納部分天然雨水,并經過人工種植土層中微生物的作用，降解污染物質，多余的雨水經排水層收集排至雨水花園。

雨水花園主要由植被緩沖帶、蓄水區、有機覆蓋層、種植土層、植物組成，雨水花園深度為20 cm，并設有溢流裝置，多余的雨水溢流至廠區雨水管網，排至附近雨水收集池內。

4 結語

文章從工業廠區案例出發，分析了工業廠區在海綿城市設計中的難點，并分別針對不同下墊面比較了各項措施在工業廠區項目中的適用性。本項目通過對不同下墊面設置適合的海綿城市設施，完成了70%的年徑流總量控制率的要求，達到40%的徑流污染物控制率要求。廠區已投入使用，經實際檢驗，該項目實現了雨水錯峰排放，有效降低雨水管網排水壓力，并且合理地利用了回用水資源，降低了工廠用水成本，滿足設計要求，對類似的工業小區設計具有借鑒意義。