基于海綿城市理念的電廠雨水排水系統設計

王 婧，李 波，李 戈

(中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

海綿城市也稱低影響開發雨水系統(low impact development，LID)，是指在設計防洪及排水系統時通過下滲和生態滯留設施延緩雨水徑流產生，積蓄雨水，結合自然資源和人工設施排水或凈化再利用，即滲、滯、蓄、排、凈、用，以此實現對雨水資源的控制和利用[1]。

隨著城市化進程的不斷加快, 建筑物和道路的硬化使得不透水地面面積逐年增長，同等降雨條件下產生更多的地表徑流，造成內澇問題頻發。此外，降雨初期地表污染物在雨水沖刷作用下匯入徑流，形成的初期雨水污染物指標遠高于典型生活污水的濃度，若直接流入自然水體，極易引發面源污染。因此海綿城市理念越來越受到關注，并逐步在建設領域實施推廣。

近年國內實施的海綿城市項目，通常以小區、公園及道路等民用及市政建設項目為主[2-4]。工業建設作為城市建設的重要部分，與民用及市政建設相比，具有廠區設施布置緊湊、生活用水占比小等特點，因此海綿城市理念在該領域的應用難度更大，但效益卻將更為顯著。然而目前國內的工程應用經驗十分缺乏。本文將結合某燃機電廠的工程案例論述基于海綿城市理念的電廠雨水排水系統設計，為今后其他工業建設領域的海綿城市應用項目提供參考。

1 工程概況及設計原則

本項目廠址位于珠海市雞啼門水道右岸，歷史上洪水、風暴潮等災害十分嚴重。作為濱海電廠，本項目倡導沿海水質型缺水地區節水、可靠、經濟的水務管理思想，設計中秉承廠區排水資源化并綜合利用的原則。根據《關于進一步加強“一書兩證”、施工圖審查階段海綿城市管控的通知》及《珠海市海綿城市規劃設計標準與導則(試行)》[5]確定本項目海綿城市建設目標為：1)年徑流總量控制率達到77%，對應設計降雨量為36.6 mm；2)年徑流固體懸浮物總削減率達到35%。

2 廠區整體排水方案

廠區排水系統采用清污分流制。雨水排水需考慮廠區內設計暴雨及周圍山體下泄的小流域洪水兩個部分。其中廠區內設計暴雨重現期為5 a，設計流量為1.96 m3/s；周圍山體下泄的小流域洪水由廠內截洪溝收集排放，設計標準采用100 a一遇，設計洪峰流量為4.14 m3/s。二者最終均匯入廠區東側雞啼門水道。考慮到濱海電廠雨水排水受潮位影響，為避免外江潮位較高時廠區發生內澇，在廠區東南角設雨水泵房。雨水由道路雨水口、建筑物雨落管等收集后，經地下雨水管網分區自流，匯集至雨水泵房雨水收集池內，自流或經雨水泵升壓后排放至雞啼門水道。

3 海綿工程措施設計

電廠與傳統民用建筑或公園相比，廠內設施布置緊湊，海綿設施布置需要因地制宜，兼顧用地范圍的限制及海綿城市建設目標的實現。如圖1所示，本項目將傳統管道排水與生態化排水相結合，從源頭控制、中途控制、末端控制三個方面實現削減徑流、控制污染的綜合效益。

圖1 電廠海綿城市建設內容

3.1 源頭控制系統

源頭控制系統采用雨水花園的形式。結合廠區地形地勢，通過開口式路牙引導雨水進入雨水花園，增加下滲面積與徑流時間，實現收集雨水及營造生態景觀的雙重效益。雨水花園總面積271 m2，溝底標高比周邊地面低30 cm，通過下凹綠地，將雨水匯集、滲透及儲存，可實現徑流控制體積56.85 m3。

3.2 中途控制系統

中途控制系統采用轉輸型植草溝。全廠轉輸型植草溝總面積160 m2，溝底標高比周邊地面低15 cm，主要作用為轉輸道路徑流及雨水花園所收集的雨水，底部不做換填，只在表面下凹，可實現徑流控制體積18.27 m3。

3.3 末端控制系統

3.3.1 全地下式雨水泵房

雨水泵房是雨水排水系統中的重要雨水調蓄排放設施，如圖2所示，主要由進水池、雨水泵吸水池及排水井組成，在暴雨情況下啟動雨水泵將雨水抽排至廠外河道。為提高雨水利用程度，本項目在雨水泵房進水池部分設雨水回收泵，將含污染物較多的初期雨水抽排至人工濕地凈化后回收利用，作為工業用水的補充水源。雨水泵房占地約272.64 m2，可實現徑流控制體積603.36 m3。

圖2 全地下式雨水泵房平面圖

此外，為減少上部結構土建費用和泵房管理的投入，符合電廠去工業化的設計趨勢，本項目雨水泵房采用全地下式布置、無人值班設計。由于泵房全部位于地下，需要在泵房內配置靈活有效的結構、照明及排水系統，以保證設備正常安全運行及工作人員進入操作或巡檢時的人身安全。

3.3.2 人工濕地

末端控制系統目前國內較多采用初期雨水調蓄池[6]。因為其結構簡單且能有效減少初期雨水引起的自然水體污染。受廠區用地限制，一般采用與雨水泵房疊放的合建形式，但由于基坑開挖加深，其施工難度和工程投資都相對增大；且建成后必須考慮對底部沉積物的定期清理，運行成本較高。近年來人工濕地作為一種新興的污水處理系統，逐步在海綿城市建設的末端污染控制中得到關注。它可以充分利用已有水體或低洼地形，既能實現巨大的雨水調蓄量，也能通過濕地內植物及微生物的作用凈化雨水，操作管理簡單，維護和運行費用較低，故本工程在雨水管網末端采用人工濕地。

本項目人工濕地面積為750 m2，位于雨水泵房北側。初期雨水由位于雨水泵房內的雨水回收泵提升，通過壓力管開孔在濕地面層均勻布水，經濕地內各濾層處理后回收利用，可實現徑流控制體積1 846.64 m3。

根據“容積法”，設計降雨量為36.6 mm，廠區總匯水面積為12.15 hm2，雨量徑流系數取0.56，則要達到77%的年徑流總量控制率，全廠海綿城市工程措施的總徑流控制體積需至少為2 490.2 m3。而上述海綿工程措施能控制的徑流容積共為2 525.12 m3，對應年徑流總量控制率為77.50%，達到了徑流控制的預期目標。根據《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建(試行)》[7]，本項目海綿設施對固體懸浮物的平均去除率參照復雜型生物滯留設施的取值85%，故年徑流固體懸浮物總削減率為65.86%，達到國家級節水型城市的海綿城市建設考核指標要求。

4 效益分析

1)生態環境效益

本項目通過建設雨水泵房與人工濕地等海綿設施結合的雨水排水系統，廠區的綠化率提高至38%，截留的初期雨水被供給人工濕地植被的生長，有效去除徑流污染物，提升雨水水質后回收利用，取得削減徑流排水和雨水污染治理的綜合效益。

2)社會效益

全地下式雨水泵房在保障廠區防洪排澇安全的同時，實現了現代工廠去工業化景觀設計，與雨水花園、植草溝及人工濕地等海綿設施有機結合，營造出綠化美觀、協調統一的廠區環境，是綠色“電力公園”建設理念的良好實踐。

3)經濟效益

本項目基于海綿城市的設計理念增設的雨水花園、植草溝及人工濕地等工程措施工程造價約249.56萬元；在雨水泵房內增設的初期雨水回收泵及其管線造價約10萬元。海綿城市工程建設總投資約259.56萬元。通過回收利用經人工濕地處理后的初期雨水，按原水水費1.53元/m3計，每年可節約水費約21.79萬元，約12 a可收回海綿工程措施投資。

5 結語

綠色環保、廠區外觀整體協調統一，是未來電廠設計的兩個重要趨勢。考慮到電廠中生活用水所占比重較小，回收的雨水可用于生產或廠區綠化，因此雨水資源的回收利用對電廠等工業建設項目意義重大。本工程案例通過在廠區內設置雨水花園和轉輸型植草溝等海綿設施，并建立雨水泵房與人工濕地的連接，在降低廠區內澇壓力的同時，實現了控制徑流、削減污染、節水節能的綜合效益。結合全地下式雨水泵房的設計，在廠區雨水的回收利用、去工業化設計兩個方面為工業建設領域增添了成功的實踐經驗。