淺談“海綿城市”理念在現代工廠建設中的應用

劉旭晨 朱亞飛 張 森 盛曉冬

(1．黎明化工研究設計院有限責任公司，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)工程技術有限公司，遼寧 大連 116000)

現代工廠在規劃設計時，為了滿足消防和運輸的需求，會設置較大比例的地面硬化，廠區雨水經雨水收集設施快速收集后，經雨水管網或雨水溝集中排入市政管網。近些年來，由于城市排水系統設計標準偏低以及雨水再利用系統的缺失，導致國內眾多大中城市中頻繁發生內澇問題。隨著城市擴張發展，城市規劃有意將老舊工業企業向新興工業區進行轉移，并出臺海綿城市規劃設計的強制性標準、指導性標準，用于指導新建、已建、擴建的工業項目和居住區建設。本文旨在闡述如何在滿足地方法律法規的前提下經濟、合理、綠色、環保的將海綿城市理念融入到工程建設中。

1 海綿城市建設理念

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。將海綿城市的建設理念融入工廠的規劃建設中，通過低影響開發設施來實現對廠區內雨水的儲存、緩釋、凈化和再利用，在滿足上位規劃要求的同時也對企業有諸多益處。

2 海綿城市設計標準

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

《岳陽市海綿城市規劃設計導則》中規定：海綿城市的規劃設計標準由強制性標準、指導性標準和其他相關標準組成。按照導則要求，導則適用范圍內的新建、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劃設計階段建議參考的標準，設計者可自主選擇。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通過自然方式和人工干預手段，使得項目建設用地內全年累計得到控制的雨量占全年降雨總量的比例。改擴建工業項目的年徑流總量控制率不低于60%，新建工業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

雨水經過預處理措施和低影響開發設施物理沉淀、生物凈化等作用，場地內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項目中，人行道面層材料和廣場的硬化鋪裝應優先選擇透水材料。

2.2.3 綠色屋頂率

對于新建的以商業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 工廠海綿城市規劃策略

3.1 規劃思路

對于工業項目的海綿城市專項規劃首先需要對項目內沖廁需水量、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、可供水量，并結合當地的水文地質、氣候等情況確定合適的雨水利用方式。

3.2 規劃方案

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

圖1 廠區雨水收集系統

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，生產區地表雨水通過設置在道路兩側的雨水口收集。

當項目徑流系數控制的雨水量和LID設施控制的雨水量不能滿足徑流總量控制率時，需要設置調蓄池，當雨水水質滿足景觀水體水質要求時，廠區的景觀水池可兼做調蓄池使用。

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、隔熱和生態環保作用。

3.3 常用的LID措施

工業項目中的LID設施為下凹式綠地、植草溝、透水鋪裝、透水混凝土、生態停車坪、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。雨水管與下凹式綠地先接觸，設置碎石等消能、防沖刷設施。

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，其可與濕塘、下沉式綠地等其他LID設施相互配合。項目用地內的地表雨水流經植草溝時，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，通過選擇植草溝內的植物種類也可使其具備觀賞性。植草溝在滿足豎向設計的情況下可以代替廠區雨水溝和雨水管，也可以與廠區雨水溝雨水管聯合布置。

3.3.3 透水鋪裝

透水區鋪裝下方通常敷設直徑為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，通過設置在碎石層底部的盲管排入雨水管道系統。

4 工程設施計算

4.1 子地塊內各子地塊需蓄水容積

地塊內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—設計調蓄體積或需蓄水體積，m3；

H—設計降雨量(mm)，按《岳陽市海綿城市規劃設計導則》選取；

Φ—場地綜合雨量徑流系數；

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設計導則》選取H子地塊降雨量所對應的年徑流總量控制率園區年凈流控制率核算為園區內每個子地塊年徑流總量控制率的加權平均值。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—地塊內各子匯水區面積，m2

Yi—地塊內各子匯水區年徑流總量控制率，%

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×低影響開發設施對SS的平均去除率

說明：透水鋪裝及綠色屋頂不參與調蓄體積計算，僅貢獻較低的徑流系數；

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，各類海綿設施對于徑流污染物的控制率應以實測數據為準，缺乏資料時，可按下表取值。

各類海綿設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 建設意義

5.1 社會意義

海綿城市的建設，將防、排、蓄、滲、滯等措施合理地結合起來，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 經濟意義

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

5.3 生態意義

建設海綿工廠對改善工廠環境和城市生態環境都有著積極意義。

海綿工廠在設計時提高了綠地率，相應的減少了道路和硬化地面的比例。工廠內的硬化地面會阻止場內雨水下滲補給地下水，進而導致地下水位難以回升。通過建設海綿工廠，能提高了廠區整體的雨水滲透能力，保證了該區域對地下水的補給；收集起來的雨水，經處理后可用于工業生產和生活，亦可作為綠化用水，減小了城市供水負擔。建設海綿工廠將會對區域的生態環境改善做出了突出的貢獻

5.4 建設難點

對于大多數工廠而言，留給LID設施建設的空間很少，在建筑系數和容積率要求較高的規劃區內進行工程建設，很難單純通過綠地等LID設施達到徑流系數控制率指標要求，為了滿足規劃要求，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 結語

本文對海綿城市建設的理念和標準進行了簡單概述，并對工廠內海綿城市的建設措施進行了分析。隨著城市現代化建設的不斷推進，海綿城市的建設理念在市政建設過程中得到了越來越多的體現。隨著相關法律規范的完善，海綿城市理念在工廠建設中應用的必要性也逐漸凸顯。通過合理科學的規劃設計，可以盡可能利用廠區內生產單元以外的用地部署LID設施，充分發揮LID設施對用地內雨水的吸納、滲透、蓄存和緩釋作用，實現對徑流系數的有效控制，構建出具有自主積存、滲透和凈化項目用地內雨。