要素“滞”在海绵型矿井工业场地的构建

王 元

(中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

0 引言

传统工业场地建设模式，在场地中设置了大量的硬化路面及广场，改变了自然土壤、植被和渗透层对雨水的天然循环属性，降低了场地对雨水的滞留[1]。下雨时雨水快速向末端汇集，加大了场地下游的汇水压力，如遇到暴雨，易造成场地内涝。

海绵型工业场地排水设计引入“海绵城市”设计理念，在土地利用、改造过程中更加尊重自然和生态保护，可以使工业场地具有“海绵特质”，在暴雨面前，具有更好的应对能力[2]。海绵型工业场地建设以分散式、低密度的“慢排缓释”系统和“源头分散”为主要规划设计理念，既避免了洪涝，又有效地收集了雨水。

其中“慢排缓释”的设计理念即是海绵城市6字方针中“滞”的体现[3]。汉字“滞”，有凝积，不流通的意思，体现在工业场地排水这一工程问题上，“滞”的核心任务，是从源头上分散并降低雨水的径流总量。

1 矿井工业场地雨水滞留

矿井工业场地雨水滞留，要从工业场地雨水自降落至排放的完整生命周期开始研究[4]。

目前，传统的工业场地要求雨水尽快排放。雨水降落在工业场地范围内的屋面、路面、广场后，通过设置建筑落水管、为道路设置横坡和纵坡以及在硬化广场设置脊线、谷线等措施，将雨水有组织的汇集至就近的雨水口，使雨水进入雨水沟、雨水管道等雨水排放系统，继而在场地最低处将其排放至场外，保证雨水不会形成场地内涝，保证工业场地安全。传统工业场地的雨水排放流程如图1所示。

图1 传统工业场地雨水排放流程Fig.1 Rainwater drainage process in traditional industrial sites

通过分析发现，传统的工业场地雨水生命周期可以分为3个阶段：雨水降落在屋顶、道路、广场、绿地的阶段，称之为工业场地雨水排放周期的源头阶段；雨水从屋顶、路面等汇集至雨水管(沟)并流出的阶段，称之为工业场地雨水排放周期的过程阶段；雨水最终排放至工业场地以外的阶段，称之为尽头阶段。

要将工业场地“海绵化”，使雨水尽可能慢地从“源头”到达“尽头”，达到“滞”的目的，就要从这3个阶段分别想办法。

1.1 源头阶段

源头阶段，要对雨水接触面进行变革。

将传统的防水硬质屋顶替换成涵水、滞水的花园式绿色屋顶，可以减少屋面雨水的下落量，让一部分雨水刚落到屋顶，就在屋顶被蒸发回去，还可以防止雨水快速落至地面，减小地表径流量。

将传统场地的道路、广场的铺砌材质更换为更加亲水的透水材质，一方面可以让一部分雨水直接下渗，进入土壤，另一方面还能够尽可能地减小雨水流入雨水管(沟)的雨速和雨量。

将传统的高于道路标高的绿化带、景观设施降下来，改变以往绿化带上凸的外形，变为下凹(下沉)式的绿地，尽可能留住周边的雨水。

1.2 过程阶段

过程阶段，要对工业场地雨水的传输介质进行改变。

将传统的雨水管道、排水沟直排换成植草沟加溢流雨水管相结合的方式，使雨水流经亲水植物改造的植草沟，多余部分雨水经过溢流管道进入下一级的影响开发设施，如雨水塘或蓄水池，这样做一方面能够依靠植物起到净化初期雨水的作用，另一方面可以最大程度地减小下游系统的排水压力。

1.3 尽头阶段

尽头阶段，要改变雨水的处置方式。

传统型工业场地的雨水处置方式是寻找场地外的低洼处进行排放。而海绵矿井工业场地的理念则是要尽可能地收集，以期达到循环利用的目的。可以利用雨水集水池、生态蓄水池，亦或是有条件时设置雨水湿地等末端雨水收集设施来汇集、储存雨水，起到调蓄雨水、收集利用的目的。海绵型工业场地的雨水排放流程如图2所示。

图2 海绵型工业场地雨水排放流程Fig.2 Rainwater drainage process in sponge-type industrial sites

2 “滞”在里必矿井工业场地的构建

矿井工业场地不同于城镇、小区，其主要任务是服务于矿井生产，是以工业为主导的场地，文中紧靠矿井工业场地这一属性，拟针对工业场地不同的功能分区进行有区别的研究。

里必矿井工业场地依据功能可分为3个分区：行政福利区、辅助生产区、选煤生产区[5]。本文分别针对这3个功能分区，详细阐述影响开发雨水滞留设施在里必矿井工业场地的具体构建。

2.1 行政福利区

矿井行政福利区主要由办公楼、宿舍、食堂等民用建筑，以及供职工生活工作的各种活动场地构成。雨水径流主要包括屋面径流和场地径流[6]。

2.1.1 屋面径流

对于行政福利区的屋面径流，传统模式建设的矿井工业场地雨水降落至普通硬质屋顶后，迅速通过雨落管汇至地面，形成径流，继而排至雨水排放系统。里必矿井行政福利区拟设置配备绿色屋顶的宿舍、食堂及办公楼，这样做一方面可以有效减少屋面径流总量和径流污染负荷[7]，在源头对雨水形成第1次滞留；另一方面，绿色屋顶将形成良好的景观，提升场地整体绿化率。同时在建筑四周结合雨落管位置，应用雨落管断接原理，设置规模大小与对应雨量相匹配的雨水花园[8]，对于水形成二次滞留。雨量较大时，多余的雨水通过雨水花园中的溢流井进入下游低影响设施。在这样的思路下，就形成了新的屋面径流排放流程，如图3所示。

图3 行政福利区屋面雨水排放流程Fig.3 Roof rainwater drainage process in administrative welfare area

2.1.2 场地径流

里必煤矿生活区中央空地是煤矿职工休闲娱乐的主要场所之一，是重要的企业文化展示、企业精神传播阵地，办公楼及食堂前广场则是里必煤矿人流最为集中且最具企业文化展示效果的区域。传统的建设模式通常会在这2个区域用广场砖铺成不同的造型，搭配造型花坛、树池等设施，创造人流集散区域。在里必煤矿“慢排缓释”雨水滞留思路下，为生活区进行以“亲水近自然”为主旨的专题设计，以生态蓄水池为区域中心，配合曲径通幽的透水人行道、亲水木栈道以及大面积下沉式绿地、点缀景观效果为主的雨水花园，打造一个功能齐全、生态多样、人与自然浑然一体的宜居环境[9]。而办公区场地兼顾人流的便捷性和良好的景观效果，设计采用石材与透水材料结合的硬质铺装，仅对必要的人流线路进行铺砌，满足使用功能和景观效果。在主要人流线路之外尽可能多地设置下沉式绿地。

雨水降落在行政福利区场地后，会首先通过带有坡度的硬质道路、铺装、透水人行步道下渗和汇入四周，经下沉式绿地及雨水花园的滞留和渗透后，流入该区域的核心——生态蓄水池，蓄水池除了景观作用之外，还能起到调节局部小气候的作用[10]，更重要的是作为一个雨水调蓄和收集设施起到“滞”和“蓄”的作用。当降水超出蓄水池的蓄存能力，多余雨水通过溢流管道进入下游低影响设施。改变后形成新的场地雨水排放流程，如图4所示。

图4 行政福利区场地雨水排放流程Fig.4 Rainwater drainage process of administrative welfare area

2.2 辅助生产区

里必煤矿辅助生产区主要由无轨胶轮车库、综采设备库、矿井修理车间、材料库、材料棚等车间，以及各个车间对应的硬化场地组成。

不同于传统模式的矿井工业场地辅助生产区硬化场地满铺的做法，在里必煤矿辅助生产区的设计中大胆采用以下沉式绿化隔离带分割硬化场地的做法，如图5所示。这样做的优势有3点，首先，在矿井生产上，将辅助生产区场地分割成相对独立又方便联系的3个部分，分别服务于材料库及材料棚设备堆放、矿井修理车间设备堆放和设备中转，做到场地对应车间，同时通过绿化带形成的区域内部道路来引导区内车辆有组织通行，实现矿井精细化管理；第二，绿化带将大的场地分割为若干小场地，可以在降雨时将区域汇流面积分解，雨水在就近的绿化带内滞留、下渗、溢流，减小区域径流总量，起到削减雨水峰值流量的作用，达到“滞”的效果；第三，由于辅助生产区各个车间的污染程度和类型不同，以绿化带分割的场地能有效阻止各种污染物在降雨时通过地表水流相互交叉形成新的污染，甚至还能通过在每个区域绿化带种植不同种类的植物起到针对不同污染物的雨水初步净化作用。

图5 里必煤矿辅助生产区海绵设计构想Fig.5 Design concept of sponge-type auxiliary production area in Libi Coal Mine

在屋面径流方面，由于工业建筑的特殊性，并非每个车间都适合建造绿色屋顶[11]，因此仅对里必煤矿辅助生产区建筑提出绿色屋顶的建议，在满足生产的前提下，尽量设置绿色屋顶。

2.3 选煤厂生产区

矿井工业场地生产区的特点是煤尘污染较大，而生产区内不同区域的污染性质又不尽相同。里必煤矿选煤厂生产区根据地形分为上台阶的煤炭生产区(主厂房)和下台阶的产品煤装车区(产品仓)，煤炭生产区的污染主要是以主厂房工作产生的煤尘为主，煤装车区的污染则是以运煤车辆掉落的煤渣污染为主。

针对不同区域不同污染的情况，在里必煤矿生产区排雨水设计中主要遵循的原则是各污染区域雨水隔离处理，各区域雨水分散式收集。从图6可以看出，在主厂房排水方向的下游设置一号雨水收集净化池，可以消纳和储存主厂房区域降雨前期的污染雨水；在产品仓场地低点设置二号雨水收集净化池，可以消纳和储存煤炭装车区域降雨前期的污染雨水。当一号和二号蓄水池的雨水蓄满后，经过沉淀的干净雨水则通过溢流系统进入场地外的生态水池，进一步沉淀净化和储存。雨水通过3～5级蓄水池的层层蓄存、沉淀，在雨水净化的同时，起到削减峰值流量的雨水滞留作用[12]。

图6 里必煤生产区海绵设计构想Fig.6 Design concept of sponge-type production area in Libi Coal Mine

3 结语

海绵型矿井工业场地雨水滞留理论强调在降雨初期就将雨水进行分解，通过绿色屋顶、下沉式绿地、雨水花园、生态蓄水池等多种低影响开发设施，模拟自然界的雨水生态体系对雨水进行滞留，减小场地雨水径流峰值流量，并减小径流污染。针对矿井工业场地不同功能分区的特点，因地制宜的选择不同的方式进行滞留，在不影响矿井生产和安全的前提下，对各区域雨水采用不同处置方式，达到同样的滞留效果，并结合低影响设施的景观功能，增加工业场地人文、自然景观。