海南某半地下污水處理廠海綿城市設計應用

董文博，岳鳳偉

（1.天津市政工程設計研究總院有限公司，天津市 300392;2.天津市賽英工程建設咨詢管理有限公司，天津市 300191;3.天津市基礎設施耐久性企業重點實驗室，天津市 300042）

0 引 言

海綿城市理念是當今城市規劃設計的重點之一。海綿城市旨在收集雨水，對雨水進行調蓄及凈化處理，以減少徑流污染，對創建新時期生態環境友好型城市、實現生態文明和魅力中國具有重要意義[1]。其關鍵技術包括透水鋪裝、屋頂花園、雨水花園、雨水收集處理設施、藍色/綠色空間等[2]。合理進行海綿城市規劃設計，構建完善的雨水滯留、收集、處理系統，有利于控制洪峰流量，減小內澇災害的損害程度及發生頻率，提高水環境質量，更好的優化城市水資源配置。

近幾年，我國城市建設進入高速發展階段，污水處理廠建設已成為社會經濟發展中不可或缺的一部分。在城市污水處理廠工程建設中，應用海綿城市的理念能夠發揮其重要的作用[3-6]。海綿設施不僅可以提高雨水下滲的能力，具備蓄水功能，同時其還擁有良好的凈水效果，通過滲水材料的使用，在下滲過程中將污水中的大顆粒物和其他固體污染物從水體中分離出去，從而發揮物理手段凈水的效果。本文以海南省某半地下污水處理廠為例，將海綿城市的理念融入到污水處理廠的建設中，在凈化城市污水的同時，更好地發揮環境效益及社會效益。

1 項目概況

1.1 區域概況

該次設計某半地下污水處理廠位于海南省南部某海濱城市，該地區地形貌主要受北部五指山支脈向南輻射延伸以及海浪長期侵蝕和堆積作用影響，呈北高南低之勢，城區形起伏錯落有致。該城市屬熱帶海洋性季風氣候，長夏無冬，全年陽光充足，旱季雨分明，年平均氣溫25.5℃。根據相關氣象資料統計，全市平均年降雨量1392.2mm，年均降雨天數為109d。5月—10月為雨季，降雨量占全年的90%；11月—4月為旱季，降水量僅為全年降水的量僅為全年降水的10%。6月—11月受熱帶氣旋影響較多，多為臺風降雨，過程降雨量多在50mm以上，呈現雨急風大的特點。

1.2 污水處理廠概況

該污水處理廠設計處理規模9.5萬m3/d，廠址位于某河流入海口北岸，預留用地總面積約4.4hm2，廠區南側緊鄰港灣，周邊環繞密集居住區，環境敏感性較強。本著著力推進城市發展轉型升級、建設國際化旅游精品城市的理念，該市啟動“生態修復、城市修補”戰略工作，力求改善生態和居住環境，創建人與自然和諧相處的生存空間的要求。本著節約建設用地以及環境友好的原則，可將污水處理廠集約化建設并埋設于地下，主體污水處理構筑物采用全覆蓋設計，頂層覆土綠化，使污水處理廠與周圍環境和諧統一[7]。同時，考慮到廠址靠近海灣，隨著埋深增加基坑費用將大幅提升，為盡量節約投資，該項目最終確定采用半地下式雙層加蓋的型式，北側、西側、南側三面覆土，東側為附屬房間出入口。

2 海綿城市理念在污水廠設計中的應用

2.1 海綿專項規劃解讀

根據當地《海綿城市建設總體規劃》中相關內容，該污水處理廠廠址屬于該城市YJ-5片區，總建設用地面積約2.25km2。根據用地統計，YJ-5片區新建占比約44%。根據改造區和新建不同的用地類型和建設強度等，計算各種用地類型下綠色屋頂率、透水鋪裝和單位面積控制容積等各項指標。其中，要求本分區內新建地區建筑紅線內年徑流總量控制率約60%，控制設計降雨量為25.4mm，單位面積控制容積約137.7m3/hm2。要求本分區總體年徑流總量控制率約55%，控制設計降雨量為21.6mm，單位面積控制容為99.4m3/hm2。考慮到污水處理廠內容積率較低，因此按照年徑流總量控制率約60%，控制設計降雨量為25.4mm的標準進行設計。

2.2 廠區海綿排水設計總體布局

該項目污水處理構筑物采用半地下式雙層加蓋箱體，三面覆土，設置斜坡與地面接順。頂面覆土種植植物，形成屋頂空中花園。因此，該污水處理廠廠區雨水排水系統劃分為為屋頂海綿排水系統與地面海綿排水系統，總收水面積約4.4hm2，其中屋頂排水系統收水面積約2.2hm2，地面排水系統收水面積約2.2hm2，廠區匯水面類型詳見表1。

表1 廠區內各匯水區類型指標分解表

屋頂排水系統海綿設施主要包括透水鋪裝、碎石排水溝等，地面排水系統海綿設施主要包括透水鋪裝、生態停車場、轉輸型植草溝、下凹綠地等。屋頂排水系統收集的雨水通過管道匯入地面排水系統下凹式綠地，隨后通過溢流口進入廠區雨水管網，最終排入天然水體。海面城市設計技術路線詳如圖1所示。

圖1 海面城市設計技術路線圖

2.3 屋頂海綿排水設計

半地下式污水處理廠，屋頂通常設計成空中花園的形式。空中花園不僅僅是種植屋面，它包含景觀設計、屋面建筑設計、排水設計、結構設計及園林種植等各專業技術。屋頂排水系統也需要經過各專業相互結合、相互協調后才能形成一套完整的系統化的設計。

該污水處理廠屋頂空中花園雨水排水設計包含兩個子系統，分別為屋頂地面排水系統及屋面蓄排水層排水系統。降雨初期，雨水滲入屋頂土壤，下滲至土壤孔隙中。隨著降雨的進行，土壤孔隙逐漸飽和，會形成地表漫流，此時雨水落至地面后，根據地形流向最低點設置的碎石排水溝（寬0.8m），溝內設置DN150穿孔管收集雨水，并通過DN200~DN400排水管將其導入地面排水系統的下沉綠地。降水結束后，土壤孔隙中儲存的雨水下滲至屋面蓄排水層，雨水沿蓄排水層坡度匯至箱體外邊緣女兒墻，隨后通過雨落管排至地面雨水系統。該項目屋頂海綿排水系統結構如圖2所示。

圖2 屋頂海綿排水系統結構示意圖

2.4 地面海綿排水設計

地面雨水收集排放主要分為三種類型，分別為下凹綠地雨水收集、地面綠地雨水收集以及硬化鋪裝雨水收集。

廠區地面區域總面積約2.2hm2，環繞半地下污水處理廠箱體，考慮到箱體東、西兩側空間較小，因此地面海綿排水系統設計中將下凹綠地設置在廠區南、北兩側，北側下凹綠地面積1697.18m2，南側下凹綠地面積724.97m2，平均蓄水深度25cm，總蓄水能力約605.54m3，滿足當地《海綿城市建設總體規劃》中137.7m3/hm2的控制指標要求。地面綠低點設置轉輸型植草溝，下游接入廠區下凹綠地。硬化鋪裝區域行車道按照道路標準設計，人行道采用透水鋪裝，停車區采用透水花磚設計。地面海綿排水系統示意圖詳如圖3所示。

圖3 地面海綿排水系統示意圖

降雨初期間，屋頂排水系統收集到的雨水通過管道匯入下凹綠地，地面排水系統收集到的雨水通過轉輸型植草溝或地表徑流匯入下凹綠地，隨著雨水逐漸積累，結合步行棧道，形成景觀蓄水塘。隨后，雨水通過設置在下凹綠地中的溢流雨水井排入廠區地面雨水排水管網。當降水結束時，下凹綠地內積蓄的雨水逐漸下滲，通過設置在底部的碎石層及穿孔花管將雨水導入地面雨水排水系統。

地面綠地收集雨水后，通過雨水下滲以及地表徑流排水，地表徑流通過沿人行鋪裝設置的轉輸型植草溝收集，最終排入下凹綠地。地面硬化鋪裝收集雨水后，通過設置在側石邊的收水井將雨水導入地面雨水排水系統。

3 結 語

隨著社會經濟的發展，周邊環境對污水處理廠建設的要求也不斷提高。海綿城市作為新的城市發展理念，亟需應用到污水處理廠規劃設計中。本污水處理廠工程已建成通水，并穩定運行，出水各項指標達到污水處理廠一級A排放標準。本污水處理廠建設結合了“海綿城市”理念，在汛期達到雨水下滲、滯留、調蓄、排放的效果。此外，在整個排水過程中對雨水進行了過濾凈化，最大程度體現了“海綿城市”在雨水排水系統中的功能運用，綜合效益顯著。