工业区的海绵化改造方案探讨

张 丽 峰

(合肥市市政设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230000)

目前，我国处于城镇化快速发展时期，城市用地不断扩张，不透水的路面使得降雨未被自然净化，进而携污染物快速排放。大量硬化的城市屋面、道路、地面等设施直接改变了城市原有自然生态本底和水文特征，湖泊沼泽被填，渗透性土壤被替代，城市内涝问题辐射全国大中小城市。基于以上水资源短缺、内涝问题、水环境污染等问题，国家逐步重视，海绵城市应运而生。2013年12月，习近平总书记在中央城镇化工作会议上提出，必须认识、尊重、顺应城市发展规律，端正城市发展指导思想，切实做好城市工作。在提升城市排水系统时要优先考虑把有限的雨水留下来，优先考虑更多利用自然力量排水，建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市[1]。海绵城市的建设可延缓雨水汇流时间，减少外排径流量，从而起到了减少对下游雨水管网排水压力、削减面源污染、雨水资源化利用的作用。

已建的工业厂区硬化面积较大，绿化率偏低，在城市建设中占比较大，是海绵城市实践与低影响措施应用的主要载体，因此，工业区的海绵化改造是必要的。我国对建筑小区、工业区的海绵化改造的研究和大规模工程实践尚处在起步阶段，建设工程量还很不足[2]。针对城市内涝治理、源头减排的海绵化改造的设计需求，提出工业区海绵化改造存在的问题及难点，结合工程实例分析，探讨海绵化改造的优化方案。

1 工业区海绵化改造的技术要点分析

1.1 可行性分析

工厂是否存在挥发性的工业污染物，装卸、运输过程是否存在环境污染风险[1]。若存在，则不能进行海绵化改造。

对排水体制进行调研，若雨、污、废合流区域，需要对地块内部进行分流。最终污、废水进入市政污水管网，雨水接入市政雨水管网或经处理后就近排入河道。

1.2 调研雨水利用设施建设空间

厂房及仓库周边的绿带的宽度往往较小，且布置有各类管线，错综复杂。调研绿带内房屋基础的分布、各类管线的分布及其覆土；是否有地下室，其地下室顶板覆土深度及覆盖范围，判断是否有雨水利用设施的建设空间，并根据竖向和排水情况确定建设位置。

1.3 雨落管断接

建筑屋顶多为不透水屋面，径流系数可高达0.95，是城市径流的主要产流面之一。为减少其产流量，需采取以雨水利用和渗透设施为主的LID设施，如绿色屋顶、储水罐、高位雨水花台等。利用绿色屋顶的植物和土壤对雨水截流和吸收，并根据储水容积采用小型储水罐系统收集绿地屋顶的外排水，实现对雨水的源头控制[3]。

雨水海绵化改造需因地制宜，大型工业建筑排水方式分为外排水(重力流)排水和内排水(虹吸)排水，针对不同的排水方式，需优化考虑改造方案。虹吸雨水排放方式，瞬时流量较大，对排出管的高程及尺寸均有相应要求。

雨落管断接是将建筑屋面的雨水井设置消能引入周边可改造的绿地中，如雨水花园或植草沟中，如需对雨水收集回用，可将建筑屋面的雨水接入雨水桶。雨落管断接适用于屋面雨水采用重力流排放。若为虹吸排水方式，为避免影响虹吸排水效果，则经初期雨水弃流后，可设置地下雨水收集调蓄池，将雨水集中收集回用。

1.4 一区一策，合理选择海绵化设施

针对屋面、绿地、道路铺装合理选用海绵化设施，如屋面是否能做屋顶绿化，若混凝土平屋面空闲面积较大，改造前须对屋顶荷载进行复核，且改造中需注意防渗。绿地是否相对集中成片，可以设置雨水花园或植草沟滞留转输一定量的雨水。道路、停车场等是否可以改造为透水铺装，需满足其荷载要求。

1.5 结合业主需求，对整体环境提升

对于是否存在雨、污水混接、排水设施损坏等进行调研，优先改造，并同步推进低影响开发建设[1]。若业主希望进行雨水资源利用、提升厂区绿色环保形象、修复破损路面、提升景观环境等，海绵城市建设应充分结合业主需求，对绿化景观等整体环境进行提升。

2 工程实例分析

2.1 工程概况

合肥某厂区占地面积为32 686 m2,建(构)筑物占地面积23 202 m2,绿化面积为2 250 m2。其厂区门口处为道路低点，存在积涝现象。厂区及市政道路雨水设计重现期标准较低，为1年～1.5年，经计算，厂区内硬化面积占比较大，整个厂区径流系数经计算为0.84，超过0.7，考虑源头减排。

2.2 海绵改造的设计目标

1)年径流总量控制率：理想状态下，径流总量控制目标应以开发建设后径流排放量接近开发建设前自然地貌时的径流排放量为标准。自然地貌往往按照绿地考虑，一般情况下，绿地的年径流总量外排率为 15%～20%(相当于年雨量径流系数为 0.15～0.20)，因此，借鉴发达国家实践经验，年径流总量控制率最佳为 80%～85%[1]。这一目标主要通过控制频率较高的中、小降雨事件来实现。考虑为改造项目，按年径流总量控制率80%设计考虑。

2)设计降雨量：合肥多年平均降雨量为995.3 mm，雨水设计重现期标准现为3年，采用合肥新编的暴雨强度公式[4]：

合肥降雨量资料见表1。

表1 合肥降雨量资料 mm

根据表2，80%年径流总量控制率对应的设计降雨量为28 mm。

表2 合肥市年径流总量控制率与设计降雨量的关系[5]

2.3 主要海绵设施设计

1)海绵设施设计调蓄容积[6]。厂区内主厂房屋面面积为19 812 m2，其四周绿地宽度为5 m，厂房周边的绿地面积为1 817 m2。绿地/硬化面积比为9.2%。经计算主厂房及周边绿地综合径流系数为0.84，需调蓄的容积为10×0.84×28×21 629/10 000=509 m3。根据场地具体情况选用海绵设施可选择其一或组合选用。

2)绿化改造。在主厂房周边绿地内设置雨水花园，蓄水层深度为0.3 m，可满足调蓄要求。但考虑景观因素，下凹深度不宜过深，采用下凹深度0.25 m，蓄水层深度0.2 m，可调蓄容积为0.2×1 817=363.4 m3。结构层构造由上至下分别为植被层、300 mm原土、透水土工布、300 mm砾石排水层。

3)蓄水模块。可结合业主需求，根据具体用水用途、水量平衡法确定蓄水规模。一般主要用于绿化及道路浇洒等杂用水，按7 d杂用水量考虑，则其所需的蓄水容积为7×2 L/m2×(1 817+5 000)m2=95 m3。按年径流控制量考虑：509-363.4=145.6 m3。则重力流雨水管道下游经弃流设施接入地埋式蓄水模块。根据规范要求，其距离建筑物外墙不小于3 m，厂房周边绿地内设有污水、给水、消防管线，无空间，则选址于办公楼前空地。

4)雨落管断接。屋面雨水污染较少，对原厂房外排水立管改造见图1～图3，使屋面水优先进入周边绿地，而非直接排入雨水管道中。原厂房排水情况：每9.6 m有De160雨水管入地，3根合并接入雨水检查井。单根雨水管承担的屋面汇水面积为503 m2，3年一遇情况下的单根雨水管设计流量为19.8 L/s。雨水花园内设置溢流式雨水口，雨水口顶标高高于原土层顶200 mm。

考虑单根雨水管设计流量较大，采用双箅溢流式，雨水口泄流能力35 L/s，同时考虑景观及便于改造因素，确定合理的布置间隔，就近接入附近雨水检查井。

考虑对立管出口消能，采用高位消能池消能后经卵石缓冲带进入下凹式绿地。

3 结语

工业区硬化面积占城市硬化面积的比重较大，可结合厂区雨污水管网资料，系统制定城市水环境及内涝整治方案。改造前，工厂排水以快排为主，市政雨水管网提标改造往往结合周边道路改造进行，存在滞后及改造难度较大的情况。实例通过海绵设施的分析计算，主体方案为改造绿地及落水管，增加雨水调蓄模块设施。改造后，可有效削减雨水峰值流量；实现雨水的收集利用，节约水资源；厂房周边绿带改造为雨水花园，自然滞留雨水，改善生态景观，修复环境；通过源头减排，缓解、消除积水；综合效益较好。