武漢市某工業廠區海綿城市方案設計實例探究

張甘林

(中國聯合工程有限公司,浙江 杭州 310052)

近年來,海綿城市設計在各大城市高速發展。武漢市是我國第一批海綿城市試點城市,在2015年8月推出了《武漢市海綿城市規劃設計導則(試行)》(以下簡稱《導則》)。《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》指出,海綿城市應充分利用自然界的生態排水性能,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,緩解城市洪澇災害，減輕城市水污染等環境問題。海綿城市建設是城市生態系統的重要組成部分,具有重要的生態保護和社會服務功能[1]。

工業項目占地面積大,是海綿城市建設過程中的重要組成部分。但因工業廠區廠房占地面積大,廠區內綠化面積小,廠房多為鋼結構屋面,屋頂綠化實施面積少。工業項目在生產、貯存和運輸過程中也會產生一些污染物,地面雨水污染物與廠房性質密切相關。因此工業項目的海綿城市設計與其他類型建筑有較大差異。本文以武漢市某工業廠區海綿城市方案設計為例,系統闡述了工業項目海綿城市方案設計的流程、海綿設施的選擇及各項指標評價。

1 項目概況

本項目位于武漢市某經濟開發區,用地東側為工業二路，南側為何家湖街，北側為何家湖北街。本項目新征用地面積17.65 hm2。主要包括各個生產廠房、試驗中心、技術辦公樓、倒班宿舍、龍門吊堆場及其附屬綠化綠地和停車場。

2 海綿城市設計流程

本項目海綿城市設計流程如下：

1)根據廠區的用地性質、容積率、綠地等指標,對區域下墊面進行解析；

2)根據武漢市的相關規劃或規定,明確本地海綿性控制指標；

3)結合下墊面解析及控制指標,因地制宜,選用適宜的海綿設施,并確定其建設規模和布局；

4)根據海綿設施的內容和規模,復核海綿性指標,并根據復核結果優化調整海綿性工程內容。

3 廠區下墊面解析及規劃控制目標

3.1 廠區下墊面解析

廠區各類下墊面計算見表1。本項目屋頂面積76 855 m2；硬質地面面積67 389 m2,廠區道路及廣場面積34 500 m2；透水鋪裝面積40 406 m2,綠地面積30 910 m2,綠地率17.52%,透水鋪裝率60%。

表1 廠區下墊面面積計算表

3.2 廠區海綿城市規劃設計目標

海綿城市規劃設計目標包括年徑流總量控制目標、面源污染物控制目標、峰值流量控制目標、內澇防治目標和雨水資源化利用目標[1]。

本項目位于武漢市湯遜湖水系黃家湖匯水區,年徑流總量控制目標為75%,其對應設計降雨量為29.2 mm。面源污染物削減量評估采用TSS和TP雙重控制指標,TSS削減指標應≥50%,TP削減指標應滿足其排放濃度達到受納水體環境容量限值要求。

峰值流量徑流系數采用加權平均法,經過計算后不應大于《導則》表4.4.2中的要求,本項目最大值為0.60。內澇防澇標準和排水管網規劃設計標準按《武漢市中心城區排水防澇專項規劃(2012—2030 年)》執行。新建工程的雨水資源化利用率應大于40%；改建工程的雨水資源化利用率應大于25%。

4 海綿設施設計

本項目主要采用雨水花園、下凹式綠地、透水鋪裝、雨水調蓄池、綠色屋頂和雨水罐6種海綿設施。廠區海綿設施分布總圖見圖1。

4.1 透水鋪裝及雨水花園

廠前區試驗中心及技術辦公樓、廠區北側液態氣體站及固廢間、廠區南側主出入口附近道路均設置透水鋪裝,采用透水瀝青混凝土鋪裝。南邊及東邊圍墻側小汽車停車場、非機動車停車場采用透水磚透水鋪裝,露天跨及龍門吊堆場采用鵝卵石透水鋪裝,透水鋪裝總面積40 406 m2。

本項目雨水花園位于廠前區試驗中心及技術辦公樓前,面積共1 200 m2,用于凈化和滯蓄屋面徑流。

4.2 下凹式綠地及雨水罐

本項目下凹式綠地位于各主廠房周邊區塊及廠前區建筑周邊,下沉深度為150～200 mm,總面積16 950 m2,且在下沉式綠地內的合理位置設置雨水桶,屋面雨水可先進入雨水桶后溢流入下凹式綠地,雨水桶中的雨水可回用于廠區綠化用水。下凹式綠地設置溢流雨水口,溢流雨水通過雨水口就近接入廠區雨水管道。

4.3 綠色屋頂

本項目宿舍、試驗中心及辦公樓采用屋頂綠化,綠化面積占該類建筑屋面面積的30%,倒班宿舍綠化屋頂面積為318 m2,技術辦公樓屋頂綠化面積為634 m2,試驗中心屋頂綠化面積2 000 m2,共2 952 m2。

4.4 雨水調蓄池

本項目共設置2座雨水調蓄池,分別位于廠區東北側集中綠地及廠區東南側小汽車停車位下。調蓄池總容積270 m3。廠區東南側雨水調蓄水池2兼作本項目雨水回用收集池,調蓄容積220 m3,雨水回用于廠區綠化、澆灑和道路沖洗用水。

5 海綿城市評估

5.1 年徑流總量控制率的評估

計算廠區年均綜合雨量徑流系數。計算廠區不同下墊面的面積見表1。各類型下墊面的年均雨量徑流系數按《導則》中表5.2.2取值。本項目年均綜合雨量徑流系數為0.60,對應的年徑流總量控制率為40%,而本項目所在區域要求的年徑流總量控制目標75%,因此不能滿足設計要求。按《導則》5.2.1第2-5款流程進一步核算。

圖1 海綿設施分布總圖

根據功能區域將廠區劃分為4個區塊,分別為區塊1(廠區北側生活區塊，面積14 773 m2),區塊2(龍門吊堆場區塊,面積17 431 m2),區塊3(廠區主廠房區塊,面積104 741 m2),區塊4(廠前區區塊,面積39 824 m2)。

區塊1綜合場均雨量系數為0.38,根據《導則》5.2.1可計算出區塊1不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積,見表2。

表2 區塊1不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積

區塊1的實際可蓄水容積如下。雨水調蓄池1(50 m3),雨水罐3 m3,下凹式綠地的蓄水容積為：850×0.20=170 m3,根據《導則》5.2.4第3條規定,每處設施計入總調蓄容積不應大于設計降雨量下其匯水面的實際降雨量,本區塊在設計降雨量下的實際徑流量按下式計算：W=10ψchyF=167 m3,因此實際的蓄水容積為167+53=220 m3,對應的實際年徑流控制率為82%。

區塊2綜合場均雨量系數為0.26,不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積見表3。

表3 區塊2不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積

區塊2的實際可蓄水容積如下。下凹式綠地的蓄水容積為：800×0.20=160 m3,本區塊在設計降雨量下的實際徑流量：W=10ψchyF=132 m3,總共可蓄水容積為132 m3,對應的實際年徑流控制率為75%。

區塊3綜合場均綜合雨量系數為0.85,不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積見表4。

表4 區塊3不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積

區塊3的實際可蓄水容積如下。雨水罐13 m3,下凹式綠地的蓄水容積為：13 000×0.20=2 600 m3,本區塊在設計降雨量下的實際徑流量：W=10ψchyF=2 598 m3,總共可蓄水容積為2 611 m3,對應的實際年徑流控制率為76%。

區塊4綜合場均綜合雨量系數為0.39,不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積見表5。

表5 區塊4不同年徑流總量控制率對應的需蓄水容積

區塊4的實際可蓄水容積如下。雨水調蓄池220 m3,雨水罐2 m3,下凹式綠地的蓄水容積為：2 300×0.20=460 m3,根據《導則》5.2.4第3條規定,每處設施計入總調蓄容積不應大于設計降雨量下其匯水面的實際降雨量,本區塊在設計降雨量下的實際徑流量：W=10ψchyF=453 m3,總共可蓄水容積675 m3,對應的實際年徑流控制率為85%。

廠區4個地塊加權平均后得廠區的實際年徑流控制率為79.5%,符合年徑流總量控制目標為75%的設計要求,見表6。

5.2 面源污染削減量的評估

根據《導則》5.3.4各項海綿設施的污染物去除率,本項目透水鋪裝去除率為80%,綠色屋頂去除率為75%,雨水花園去除率為85%,蓄水池及雨水罐的去除率為85%。綜上,本項目的TSS平均去除率大于50%,達到本項目的設計要求。

5.3 峰值徑流系數的評估

峰值流量徑流系數采用加權平均法,每個地塊的峰值流量徑流系數的計算過程是,先計算各下墊面的面積,按每類下墊面的峰值流量徑流系數進行加權平均,得到的徑流系數即為該地塊的峰值流量徑流系數。各類下墊面的峰值流量徑流系數值見表1。經加權計算后,本區域的峰值徑流系數為0.6。

表6 廠區實際徑流控制率計算表

5.4 內澇防治水平的評估

本地塊地勢南高北低,內部無明顯道路低點,廠區內標高除龍門吊堆場區域為30.15 m,其余地區均為29.85 m,廠區周邊道路標高為29.0 m。廠區內標高高于廠區周邊道路。廠區西側、北側和南側均做擋土墻護坡。發生超標暴雨時,廠區內無內澇風險。

5.5 雨水資源化利用水平的評估

本項目廠區東南側小汽車停車場下設220 m3雨水調蓄池一座,廠區下凹式綠地中也布置雨水罐17個,共17 m3。這些雨水回用于廠區綠化及道路沖洗,雨水資源化率為100%,符合項目雨水資源化利用率40%的要求。

6 結 語

工業項目占地面積大,其合理化設計在城市海綿城市建設中具有重要意義。工業項目硬化面積較大,在海綿城市設計中應最大化利用自然蓄存和凈化能力。各項海綿設施的選擇應通過海綿指標評估和計算后,方案設計過程中應選擇合適的規模,以此指導施工圖設計。