工業區的海綿化改造方案探討

張 麗 峰

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230000)

目前，我國處于城鎮化快速發展時期，城市用地不斷擴張，不透水的路面使得降雨未被自然凈化，進而攜污染物快速排放。大量硬化的城市屋面、道路、地面等設施直接改變了城市原有自然生態本底和水文特征，湖泊沼澤被填，滲透性土壤被替代，城市內澇問題輻射全國大中小城市。基于以上水資源短缺、內澇問題、水環境污染等問題，國家逐步重視，海綿城市應運而生。2013年12月，習近平總書記在中央城鎮化工作會議上提出，必須認識、尊重、順應城市發展規律，端正城市發展指導思想，切實做好城市工作。在提升城市排水系統時要優先考慮把有限的雨水留下來，優先考慮更多利用自然力量排水，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市[1]。海綿城市的建設可延緩雨水匯流時間，減少外排徑流量，從而起到了減少對下游雨水管網排水壓力、削減面源污染、雨水資源化利用的作用。

已建的工業廠區硬化面積較大，綠化率偏低，在城市建設中占比較大，是海綿城市實踐與低影響措施應用的主要載體，因此，工業區的海綿化改造是必要的。我國對建筑小區、工業區的海綿化改造的研究和大規模工程實踐尚處在起步階段，建設工程量還很不足[2]。針對城市內澇治理、源頭減排的海綿化改造的設計需求，提出工業區海綿化改造存在的問題及難點，結合工程實例分析，探討海綿化改造的優化方案。

1 工業區海綿化改造的技術要點分析

1.1 可行性分析

工廠是否存在揮發性的工業污染物，裝卸、運輸過程是否存在環境污染風險[1]。若存在，則不能進行海綿化改造。

對排水體制進行調研，若雨、污、廢合流區域，需要對地塊內部進行分流。最終污、廢水進入市政污水管網，雨水接入市政雨水管網或經處理后就近排入河道。

1.2 調研雨水利用設施建設空間

廠房及倉庫周邊的綠帶的寬度往往較小，且布置有各類管線，錯綜復雜。調研綠帶內房屋基礎的分布、各類管線的分布及其覆土；是否有地下室，其地下室頂板覆土深度及覆蓋范圍，判斷是否有雨水利用設施的建設空間，并根據豎向和排水情況確定建設位置。

1.3 雨落管斷接

建筑屋頂多為不透水屋面，徑流系數可高達0.95，是城市徑流的主要產流面之一。為減少其產流量，需采取以雨水利用和滲透設施為主的LID設施，如綠色屋頂、儲水罐、高位雨水花臺等。利用綠色屋頂的植物和土壤對雨水截流和吸收，并根據儲水容積采用小型儲水罐系統收集綠地屋頂的外排水，實現對雨水的源頭控制[3]。

雨水海綿化改造需因地制宜，大型工業建筑排水方式分為外排水(重力流)排水和內排水(虹吸)排水，針對不同的排水方式，需優化考慮改造方案。虹吸雨水排放方式，瞬時流量較大，對排出管的高程及尺寸均有相應要求。

雨落管斷接是將建筑屋面的雨水井設置消能引入周邊可改造的綠地中，如雨水花園或植草溝中，如需對雨水收集回用，可將建筑屋面的雨水接入雨水桶。雨落管斷接適用于屋面雨水采用重力流排放。若為虹吸排水方式，為避免影響虹吸排水效果，則經初期雨水棄流后，可設置地下雨水收集調蓄池，將雨水集中收集回用。

1.4 一區一策，合理選擇海綿化設施

針對屋面、綠地、道路鋪裝合理選用海綿化設施，如屋面是否能做屋頂綠化，若混凝土平屋面空閑面積較大，改造前須對屋頂荷載進行復核，且改造中需注意防滲。綠地是否相對集中成片，可以設置雨水花園或植草溝滯留轉輸一定量的雨水。道路、停車場等是否可以改造為透水鋪裝，需滿足其荷載要求。

1.5 結合業主需求，對整體環境提升

對于是否存在雨、污水混接、排水設施損壞等進行調研，優先改造，并同步推進低影響開發建設[1]。若業主希望進行雨水資源利用、提升廠區綠色環保形象、修復破損路面、提升景觀環境等，海綿城市建設應充分結合業主需求，對綠化景觀等整體環境進行提升。

2 工程實例分析

2.1 工程概況

合肥某廠區占地面積為32 686 m2,建(構)筑物占地面積23 202 m2,綠化面積為2 250 m2。其廠區門口處為道路低點，存在積澇現象。廠區及市政道路雨水設計重現期標準較低，為1年～1.5年，經計算，廠區內硬化面積占比較大，整個廠區徑流系數經計算為0.84，超過0.7，考慮源頭減排。

2.2 海綿改造的設計目標

1)年徑流總量控制率：理想狀態下，徑流總量控制目標應以開發建設后徑流排放量接近開發建設前自然地貌時的徑流排放量為標準。自然地貌往往按照綠地考慮，一般情況下，綠地的年徑流總量外排率為 15%～20%(相當于年雨量徑流系數為 0.15～0.20)，因此，借鑒發達國家實踐經驗，年徑流總量控制率最佳為 80%～85%[1]。這一目標主要通過控制頻率較高的中、小降雨事件來實現。考慮為改造項目，按年徑流總量控制率80%設計考慮。

2)設計降雨量：合肥多年平均降雨量為995.3 mm，雨水設計重現期標準現為3年，采用合肥新編的暴雨強度公式[4]：

合肥降雨量資料見表1。

表1 合肥降雨量資料 mm

根據表2，80%年徑流總量控制率對應的設計降雨量為28 mm。

表2 合肥市年徑流總量控制率與設計降雨量的關系[5]

2.3 主要海綿設施設計

1)海綿設施設計調蓄容積[6]。廠區內主廠房屋面面積為19 812 m2，其四周綠地寬度為5 m，廠房周邊的綠地面積為1 817 m2。綠地/硬化面積比為9.2%。經計算主廠房及周邊綠地綜合徑流系數為0.84，需調蓄的容積為10×0.84×28×21 629/10 000=509 m3。根據場地具體情況選用海綿設施可選擇其一或組合選用。

2)綠化改造。在主廠房周邊綠地內設置雨水花園，蓄水層深度為0.3 m，可滿足調蓄要求。但考慮景觀因素，下凹深度不宜過深，采用下凹深度0.25 m，蓄水層深度0.2 m，可調蓄容積為0.2×1 817=363.4 m3。結構層構造由上至下分別為植被層、300 mm原土、透水土工布、300 mm礫石排水層。

3)蓄水模塊。可結合業主需求，根據具體用水用途、水量平衡法確定蓄水規模。一般主要用于綠化及道路澆灑等雜用水，按7 d雜用水量考慮，則其所需的蓄水容積為7×2 L/m2×(1 817+5 000)m2=95 m3。按年徑流控制量考慮：509-363.4=145.6 m3。則重力流雨水管道下游經棄流設施接入地埋式蓄水模塊。根據規范要求，其距離建筑物外墻不小于3 m，廠房周邊綠地內設有污水、給水、消防管線，無空間，則選址于辦公樓前空地。

4)雨落管斷接。屋面雨水污染較少，對原廠房外排水立管改造見圖1～圖3，使屋面水優先進入周邊綠地，而非直接排入雨水管道中。原廠房排水情況：每9.6 m有De160雨水管入地，3根合并接入雨水檢查井。單根雨水管承擔的屋面匯水面積為503 m2，3年一遇情況下的單根雨水管設計流量為19.8 L/s。雨水花園內設置溢流式雨水口，雨水口頂標高高于原土層頂200 mm。

考慮單根雨水管設計流量較大，采用雙箅溢流式，雨水口泄流能力35 L/s，同時考慮景觀及便于改造因素，確定合理的布置間隔，就近接入附近雨水檢查井。

考慮對立管出口消能，采用高位消能池消能后經卵石緩沖帶進入下凹式綠地。

3 結語

工業區硬化面積占城市硬化面積的比重較大，可結合廠區雨污水管網資料，系統制定城市水環境及內澇整治方案。改造前，工廠排水以快排為主，市政雨水管網提標改造往往結合周邊道路改造進行，存在滯后及改造難度較大的情況。實例通過海綿設施的分析計算，主體方案為改造綠地及落水管，增加雨水調蓄模塊設施。改造后，可有效削減雨水峰值流量；實現雨水的收集利用，節約水資源；廠房周邊綠帶改造為雨水花園，自然滯留雨水，改善生態景觀，修復環境；通過源頭減排，緩解、消除積水；綜合效益較好。