要素“滯”在海綿型礦井工業場地的構建

王 元

(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

傳統工業場地建設模式，在場地中設置了大量的硬化路面及廣場，改變了自然土壤、植被和滲透層對雨水的天然循環屬性，降低了場地對雨水的滯留[1]。下雨時雨水快速向末端匯集，加大了場地下游的匯水壓力，如遇到暴雨，易造成場地內澇。

海綿型工業場地排水設計引入“海綿城市”設計理念，在土地利用、改造過程中更加尊重自然和生態保護，可以使工業場地具有“海綿特質”，在暴雨面前，具有更好的應對能力[2]。海綿型工業場地建設以分散式、低密度的“慢排緩釋”系統和“源頭分散”為主要規劃設計理念，既避免了洪澇，又有效地收集了雨水。

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

1 礦井工業場地雨水滯留

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

目前，傳統的工業場地要求雨水盡快排放。雨水降落在工業場地范圍內的屋面、路面、廣場后，通過設置建筑落水管、為道路設置橫坡和縱坡以及在硬化廣場設置脊線、谷線等措施，將雨水有組織的匯集至就近的雨水口，使雨水進入雨水溝、雨水管道等雨水排放系統，繼而在場地最低處將其排放至場外，保證雨水不會形成場地內澇，保證工業場地安全。傳統工業場地的雨水排放流程如圖1所示。

圖1 傳統工業場地雨水排放流程Fig.1 Rainwater drainage process in traditional industrial sites

通過分析發現，傳統的工業場地雨水生命周期可以分為3個階段：雨水降落在屋頂、道路、廣場、綠地的階段，稱之為工業場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，稱之為工業場地雨水排放周期的過程階段；雨水最終排放至工業場地以外的階段，稱之為盡頭階段。

要將工業場地“海綿化”，使雨水盡可能慢地從“源頭”到達“盡頭”，達到“滯”的目的，就要從這3個階段分別想辦法。

1.1 源頭階段

源頭階段，要對雨水接觸面進行變革。

將傳統的防水硬質屋頂替換成涵水、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。

將傳統場地的道路、廣場的鋪砌材質更換為更加親水的透水材質，一方面可以讓一部分雨水直接下滲，進入土壤，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。

將傳統的高于道路標高的綠化帶、景觀設施降下來，改變以往綠化帶上凸的外形，變為下凹(下沉)式的綠地，盡可能留住周邊的雨水。

1.2 過程階段

過程階段，要對工業場地雨水的傳輸介質進行改變。

將傳統的雨水管道、排水溝直排換成植草溝加溢流雨水管相結合的方式，使雨水流經親水植物改造的植草溝，多余部分雨水經過溢流管道進入下一級的影響開發設施，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。

傳統型工業場地的雨水處置方式是尋找場地外的低洼處進行排放。而海綿礦井工業場地的理念則是要盡可能地收集，以期達到循環利用的目的。可以利用雨水集水池、生態蓄水池，亦或是有條件時設置雨水濕地等末端雨水收集設施來匯集、儲存雨水，起到調蓄雨水、收集利用的目的。海綿型工業場地的雨水排放流程如圖2所示。

圖2 海綿型工業場地雨水排放流程Fig.2 Rainwater drainage process in sponge-type industrial sites

2 “滯”在里必礦井工業場地的構建

礦井工業場地不同于城鎮、小區，其主要任務是服務于礦井生產，是以工業為主導的場地，文中緊靠礦井工業場地這一屬性，擬針對工業場地不同的功能分區進行有區別的研究。

里必礦井工業場地依據功能可分為3個分區：行政福利區、輔助生產區、選煤生產區[5]。本文分別針對這3個功能分區，詳細闡述影響開發雨水滯留設施在里必礦井工業場地的具體構建。

2.1 行政福利區

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

2.1.1 屋面徑流

對于行政福利區的屋面徑流，傳統模式建設的礦井工業場地雨水降落至普通硬質屋頂后，迅速通過雨落管匯至地面，形成徑流，繼而排至雨水排放系統。里必礦井行政福利區擬設置配備綠色屋頂的宿舍、食堂及辦公樓，這樣做一方面可以有效減少屋面徑流總量和徑流污染負荷[7]，在源頭對雨水形成第1次滯留；另一方面，綠色屋頂將形成良好的景觀，提升場地整體綠化率。同時在建筑四周結合雨落管位置，應用雨落管斷接原理，設置規模大小與對應雨量相匹配的雨水花園[8]，對于水形成二次滯留。雨量較大時，多余的雨水通過雨水花園中的溢流井進入下游低影響設施。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 行政福利區屋面雨水排放流程Fig.3 Roof rainwater drainage process in administrative welfare area

2.1.2 場地徑流

里必煤礦生活區中央空地是煤礦職工休閑娛樂的主要場所之一，是重要的企業文化展示、企業精神傳播陣地，辦公樓及食堂前廣場則是里必煤礦人流最為集中且最具企業文化展示效果的區域。傳統的建設模式通常會在這2個區域用廣場磚鋪成不同的造型，搭配造型花壇、樹池等設施，創造人流集散區域。在里必煤礦“慢排緩釋”雨水滯留思路下，為生活區進行以“親水近自然”為主旨的專題設計，以生態蓄水池為區域中心，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、點綴景觀效果為主的雨水花園，打造一個功能齊全、生態多樣、人與自然渾然一體的宜居環境[9]。而辦公區場地兼顧人流的便捷性和良好的景觀效果，設計采用石材與透水材料結合的硬質鋪裝，僅對必要的人流線路進行鋪砌，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置下沉式綠地。

雨水降落在行政福利區場地后，會首先通過帶有坡度的硬質道路、鋪裝、透水人行步道下滲和匯入四周，經下沉式綠地及雨水花園的滯留和滲透后，流入該區域的核心——生態蓄水池，蓄水池除了景觀作用之外，還能起到調節局部小氣候的作用[10]，更重要的是作為一個雨水調蓄和收集設施起到“滯”和“蓄”的作用。當降水超出蓄水池的蓄存能力，多余雨水通過溢流管道進入下游低影響設施。改變后形成新的場地雨水排放流程，如圖4所示。

圖4 行政福利區場地雨水排放流程Fig.4 Rainwater drainage process of administrative welfare area

2.2 輔助生產區

里必煤礦輔助生產區主要由無軌膠輪車庫、綜采設備庫、礦井修理車間、材料庫、材料棚等車間，以及各個車間對應的硬化場地組成。

不同于傳統模式的礦井工業場地輔助生產區硬化場地滿鋪的做法，在里必煤礦輔助生產區的設計中大膽采用以下沉式綠化隔離帶分割硬化場地的做法，如圖5所示。這樣做的優勢有3點，首先，在礦井生產上，將輔助生產區場地分割成相對獨立又方便聯系的3個部分，分別服務于材料庫及材料棚設備堆放、礦井修理車間設備堆放和設備中轉，做到場地對應車間，同時通過綠化帶形成的區域內部道路來引導區內車輛有組織通行，實現礦井精細化管理；第二，綠化帶將大的場地分割為若干小場地，可以在降雨時將區域匯流面積分解，雨水在就近的綠化帶內滯留、下滲、溢流，減小區域徑流總量，起到削減雨水峰值流量的作用，達到“滯”的效果；第三，由于輔助生產區各個車間的污染程度和類型不同，以綠化帶分割的場地能有效阻止各種污染物在降雨時通過地表水流相互交叉形成新的污染，甚至還能通過在每個區域綠化帶種植不同種類的植物起到針對不同污染物的雨水初步凈化作用。

圖5 里必煤礦輔助生產區海綿設計構想Fig.5 Design concept of sponge-type auxiliary production area in Libi Coal Mine

在屋面徑流方面，由于工業建筑的特殊性，并非每個車間都適合建造綠色屋頂[11]，因此僅對里必煤礦輔助生產區建筑提出綠色屋頂的建議，在滿足生產的前提下，盡量設置綠色屋頂。

2.3 選煤廠生產區

礦井工業場地生產區的特點是煤塵污染較大，而生產區內不同區域的污染性質又不盡相同。里必煤礦選煤廠生產區根據地形分為上臺階的煤炭生產區(主廠房)和下臺階的產品煤裝車區(產品倉)，煤炭生產區的污染主要是以主廠房工作產生的煤塵為主，煤裝車區的污染則是以運煤車輛掉落的煤渣污染為主。

針對不同區域不同污染的情況，在里必煤礦生產區排雨水設計中主要遵循的原則是各污染區域雨水隔離處理，各區域雨水分散式收集。從圖6可以看出，在主廠房排水方向的下游設置一號雨水收集凈化池，可以消納和儲存主廠房區域降雨前期的污染雨水；在產品倉場地低點設置二號雨水收集凈化池，可以消納和儲存煤炭裝車區域降雨前期的污染雨水。當一號和二號蓄水池的雨水蓄滿后，經過沉淀的干凈雨水則通過溢流系統進入場地外的生態水池，進一步沉淀凈化和儲存。雨水通過3～5級蓄水池的層層蓄存、沉淀，在雨水凈化的同時，起到削減峰值流量的雨水滯留作用[12]。

圖6 里必煤生產區海綿設計構想Fig.6 Design concept of sponge-type production area in Libi Coal Mine

3 結語

海綿型礦井工業場地雨水滯留理論強調在降雨初期就將雨水進行分解，通過綠色屋頂、下沉式綠地、雨水花園、生態蓄水池等多種低影響開發設施，模擬自然界的雨水生態體系對雨水進行滯留，減小場地雨水徑流峰值流量，并減小徑流污染。針對礦井工業場地不同功能分區的特點，因地制宜的選擇不同的方式進行滯留，在不影響礦井生產和安全的前提下，對各區域雨水采用不同處置方式，達到同樣的滯留效果，并結合低影響設施的景觀功能，增加工業場地人文、自然景觀。