有色金属加工企业厂区海绵城市专项规划设计探讨

马什林

(中色科技股份有限公司,河南 洛阳 471039)

《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建》明确指出,海绵城市应充分利用自然界的生态排水性能,通过自然的蓄存、渗透和净化能力,使城市和建筑在施工前后水文特征相似,缓解城市洪涝灾害,减轻城市水体污染等环境问题。城市及工业厂区能够像“海绵”一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水;需要时能将蓄存的水“释放”出来“补给”自然界或加以综合利用。

有色金属加工厂区具有绿地面积少,厂房屋面跨度大、面积大,厂区道路和硬化地面比例高,面源污染点多等特点,而这些特点正是工业厂区海绵城市专项规划设计的难点。在海绵城市专项规划设计时,既要满足国家和地方相关海绵城市设计导则和规范的要求,又要满足工业生产需要,应根据工业厂区不同下垫面性质、功能的不同,采用多种低影响开发设施(LID)相结合,使厂区内的“海绵体”得到充分利用,减少排入市政雨水管网的压力,并加以综合利用节约水资源。

1 项目概况

某有色金属加工项目位于某市经济开发区,周边有配套市政道路和给排水管网。本项目用地面积61 024 m2,主要包括各生产厂房5座、综合楼1座、原料库1座及其配套道路、绿化带、小型停车场、厂前区广场等。

2 厂区下垫面

(1)建筑屋面。有色金属加工厂区建筑屋面主要有2种:一种是大型连跨厂房屋面,一般为轻钢结构屋面,屋面面积大,雨水径流量大,且形成径流速度快,多采用虹吸排水方式,集中排至厂区雨水管网;另一种是生产辅助设施、办公生活设施等建筑屋面,屋面面积较小,多为钢筋混凝土屋面,一般采用重力排水,排至室外散水坡后散排至附近绿化带。

本项目5座生产厂房屋面均为轻钢结构屋面,其附跨屋面为钢筋混凝土屋面,综合楼和原料库屋面为钢筋混凝土屋面,屋面雨水均采用重力排水方式,由雨落水管排至散水坡后散排至厂房周边普通绿化带内。

(2)道路及广场。由于有色金属加工厂区运输量较大,同时需要重载车辆通行,因此厂区道路和硬化堆场无法采用透水混凝土路面,而采用不透水混凝土路面。路面雨水一般采用雨水口收集后排至厂区雨水管网。

本项目厂区内设环形道路,均采用不透水混凝土路面,路面雨水采用雨水口收集后排至厂区雨水管网。综合楼前设有小广场,为硬化地面,作为人员活动广场及客户用停车场,采用透水铺装地面。

(3)小型停车场。一般在厂前区设置小型停车场,其承受的荷载一般较小,可采用透水混凝土、植草砖等透水铺装作为生态排水设施,可将降雨渗透率增加到75%以上,大大降低地面径流量。本项目在路边另设有小型停车场1座,为厂区员工使用,采用植草砖铺装。

(4)厂区绿化带。厂区绿化带分布不均,在生产区域一般设在厂房和道路之间狭窄带形区域,在绿化带下一般布置有厂区管网和电缆沟等,不宜设置下凹式绿地。厂前区绿化面积较大且相对集中,可以设置下沉式绿地、雨水湿地花园等,更好的降低雨水径流流速、削减径流量,同时改善厂前区小生态环境。

本项目厂房周边均设有绿化带,由于项目所在地为湿陷性地区,且绿化带下敷设有电缆沟和各种地下管道,为确保建筑物和地下设施安全,采用普通绿地;在靠近厂区围墙处设有绿化带,采用下沉式绿地。

(5)其他。其他地面,如厂区边角、人行道等采用非铺装土地面、干砌砖石等。

3 海绵城市专项规划控制目标

3.1 设计流程

工业项目海绵城市专项规划设计流程一般如下:(1)根据国家和地方相关导则、规划、规定等,确定项目海绵城市规划控制目标;(2)根据厂区用地性质、容积率、厂区规划等指标,对厂区下垫面进行分析;(3)结合下垫面分析及相关控制指标,选用合适的低影响开发设施(LID),并确定其建设规模和布局;(4)根据低影响开发设施(LID)内容和规模,复核海绵城市规划控制目标,并进行优化调整低影响开发设施(LID)建设内容。

3.2 控制目标

海绵城市规划控制目标一般包括年径流总量控制率、年径流污染消减率、径流峰值控制目标和雨水资源利用目标等。

(1)年径流总量控制率。年径流总量控制率是指根据多年日降雨量统计分析数据计算,通过自然和人工强化的入渗、蒸发(腾)、滞留、调蓄、净化和收集回用,场地内累计多年平均得到控制的雨水量占多年平均总雨量的比例。得到控制的雨水量包括不外排和处理后外排的雨水量。借鉴发达国家实践经验,年径流总量控制率最佳为80%～85%,这一目标主要通过控制频率较高的中、小降雨事件来实现。

根据《海绵城市建设技术指南》确定的年径流总量控制分区,本项目所在地属于Ⅱ区,年径流总量控制率为75%～80%。根据当地海绵城市规划设计导则,本项目年径流总量控制率为75%,对应的日设计降雨量为15.1 mm。

(2)年径流污染消减率。年径流污染消减率是指雨水经过预处理措施和低影响开发设施物理沉淀、生物净化等作用,场地内累计多年平均得到控制的雨水径流污染总量占多年平均雨水径流污染物总量的比例。城市径流污染涉及的污染物主要为悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)等。一般可采用悬浮物(SS)作为径流污染物控制目标,一般要求悬浮物(SS)的负荷量消减率达到40%～60%。根据当地海绵城市规划设计,本项目悬浮物(SS)污染物消减率≥45%。

(3)径流峰值控制目标。径流峰值流量控制是低影响开发的控制目标之一。低影响开发设施受降雨频率与雨型、低影响开发设施建设与维护管理条件等因素的影响,一般对中、小降雨事件的峰值削减效果较好,对特大暴雨事件,虽仍可起到一定的错峰、延峰作用,但其峰值削减幅度往往较低。因此,为保障城市安全,在低影响开发设施的建设区域,城市雨水管渠和泵站的设计重现期、径流系数等设计参数仍然应当按照《室外排水设计规范》(GB50014)中的相关标准执行。

按区域情况确定流量径流系数,本项目属于建筑密集区,综合径流系数ψ为0.60～0.85。用于确定厂区雨水管道等排水设施规模,确保厂区雨水排水安全。按下垫面种类确定雨量径流系数和流量径流系数,见表1。

表1

(4)雨水资源利用目标。应结合当地水资源短缺程度、供水工程状况、雨污分流程度、雨水调蓄设施规模等因素,综合分析确定各地雨水资源化利用的具体目标。水资源短缺比较突出的地区,有条件时应尽量充分利用城市雨水资源。根据当地海绵城市规划设计导则,本项目对雨水资源利用目标无具体要求。

(5)海绵城市规划控制目标。根据以上分析,确定本项目海绵城市规划控制目标为:年径流总量控制率≥75%,对应的日设计降雨量为15.1mm;流量径流系数ψ≤0.85;年径流污染消减率≥45%。

4 低影响开发设施(LID)设计

4.1 汇水分区划分

工业厂区面积较大时,应合理划分汇水分区,一般按功能进行划分为工业生产区域、辅助生产区域、厂前区等,根据各分区特点,每个分区分别进行低影响开发设施(LID)设计。本项目厂区面积较小,功能分区不明显,因此本项目不考虑汇水分区划分,统一按一个汇水分区进行低影响开发设施(LID)设计。厂区径流系数计算详见表2。

表2

4.2 径流总量控制计算

(1)当地海绵城市规划设计导则要求本项目年径流总量控制率为75%,对应设计降雨量15.1 mm。需要总调蓄雨水容积:V=10HΦF;式中,V为设计调蓄容积,m3;H为设计降雨量,mm;Φ为综合雨量径流系数;F为汇水面积,ha。V=10HΦF=10×15.1×0.7627×6.1024=702.80m3。

(2)下沉式绿地设施控制雨水量计算。根据本工程平面布置及竖向布置,绿化带紧邻生产厂房,根据地质性质和项目实际需要,不适合设置普通下沉式绿地。在临近围墙处设有一部分下沉式绿地,面积为622.67 m2,有效深度20 cm,共计有效储水容积为:V下沉式绿地=F下沉式绿地×0.2=622.67×0.2=124.50m3。

(3)雨水调蓄设施控制雨水量计算。根据需要总调蓄雨水体积及下沉式绿地雨水容积,本项目所需雨水调蓄池容积为702.80-124.50=578.30 m3。

4.3 低影响开发设施(LID)设计

4.3.1 平面布局和竖向设计

(1)本项目总图布局根据规划要求,综合考虑各种因素,合理布置建筑、道路广场包括消防车道、绿化(含下沉式绿地)。

(2)优先利用下沉式绿地、雨水调蓄池等设施和措施滞蓄、利用雨水,达到海绵城市建设技术规定要求。

(3)竖向设计。厂区道路最大道路纵坡为8%,最小道路纵坡为0.3%;厂区道路路缘石标高高于绿地标高150 mm 以上,对于下沉式绿地段道路,竖向高程应高出绿地。建筑室内地坪标高宜高于厂区内部道路400 mm。

(4)屋面雨水宜采取雨落管断方式将屋面雨水断接并引入周边绿化带。

(5)厂区内机动车道、非机动车道、人行道、广场、露天停车场和庭院步道等应尽量坡向绿地或建适当的雨水导引设施,使雨水流入低影响开发设施(LID)。

(6)个别汇水区域的雨水无法汇入低影响开发设施(LID)时,应在该汇水区域设置传统雨水排放系统,应采用带截污挂篮的雨水口。

4.3.2 低影响开发设施(LID)设计

低影响开发设施(LID)主要有透水铺装、绿色屋顶、下沉式绿地、生物滞留设施、渗透塘、渗井、湿塘、雨水湿地、蓄水池、雨水罐、调节塘、调节池、植草沟、渗管/渠、植被缓冲带、初期雨水弃流设施、人工土壤渗滤等。本项目用地属于重型自重湿陷性黄土地区,综合考虑各方面条件,本项目的低影响开发设施(LID)以雨水调蓄池为主,下沉式绿地和透水铺装等为辅。

(1)下沉式绿地。下沉式绿地可广泛应用于城市建筑与小区、道路、绿地和广场内。对于径流污染严重、设施底部渗透面距离季节性最高地下水位或岩石层小于 1 m及距离建筑物基础小于 3 m的区域,应采取必要的措施防止次生灾害的发生。

下沉式绿地应满足以下要求:下沉式绿地的下沉深度应根据植物耐淹性能和土壤渗透性能确定,一般为100～200 mm。下沉式绿地内一般应设置溢流口(如雨水口),保证暴雨时径流的溢流排放,溢流口顶部标高一般应高于绿地 50～100 mm。

低影响开发设施(LID)植物应能够容忍短期的水涝,能够容忍更长的干旱期,假如同时有种灌木或树木,选择耐阴品种,在天然池塘或者人工设计的滞留池中,会长时间的保存水,所以在植被搭配中多以水生植物为主。根系发达,耐冲刷,净化能力强,特别是植物根系对重金属的拦截和吸附作用,生命力顽强,便于管理,合理搭配起到既能增强净化力又具有观赏性的效果。

种植土推荐采用换填层土壤级配:有机含量不小于3%的原土,粗砂(1～2 mm),中砂(0.25～1 mm),比例为1∶1.5∶6.95,细木屑掺杂比例为1%(质量比)。渗透速率不小于100 mm/h。下沉式绿地中的种植土壤厚度不小于300 mm。

本项目设置有两处下沉式绿地,面积分别为467.78 m2和145.89 m2,共计622.67 m2。另在下沉式绿地旁设置透水铺装小型客车停车位,共计481.25 m2(35个停车位)。

(2)雨水调蓄池。雨水调蓄池指具有雨水储存功能的集蓄利用设施,同时也具有削减峰值流量的作用,主要包括钢筋混凝土蓄水池,砖、石砌筑蓄水池及塑料蓄水模块拼装式蓄水池,用地紧张的城市大多采用地下封闭式蓄水池。

雨水调蓄池适用于有雨水回用需求的建筑与小区、城市绿地等,根据雨水回用用途(绿化、道路喷洒及冲厕等)不同需配建相应的雨水净化设施;不适用于无雨水回用需求和径流污染严重的地区。

本项目在厂区雨水管网末端设置有雨水调蓄池630 m3,并设置雨水调蓄及利用设施1套,满足厂区雨水调蓄和雨水利用,回用水池容积70 m3,用于厂区浇洒、绿化、冲洗等。雨水调蓄及回用系统设有雨水提升泵、过滤器、回用水泵等回用设施。

4.4 海绵城市规划控制目标复核

(1)实际年径流总量控制率。本项目雨水调蓄池及下沉式绿地等海绵设施的总调蓄雨水量为754.5 m3,大于所需调蓄容积704 m3,厂区的综合雨量径流系数为0.7627,采用低影响开发设施(LID)调蓄后实现降雨控制量:H=754.5/(10×0.7627×6.1024)=16.21 mm,其对应的实际年径流总量控制率≥75%,满足本项目海绵城市规划控制目标要求。

(2)年径流污染消减率。城市径流污染物中,SS与其他污染物指标具有相关性,因此,年径流污染消减率采用SS控制指标。年 SS 总量去除率可采用《海绵城市建设技术指南—低影响开发雨水系统构建(试行)》的计算方法:α=S·αss;式中,α为年SS总量去除率;S为年径流总量控制率;αss为低影响开发设施对 SS 的平均去除率。

本项目雨水调蓄池内雨水经处理回用,SS平均去除率大于80%,因此取SS综合平均去除率为80%。本项目年 SS 总量去除率=75%×80%=60%,满足本项目年径流污染消减率控制指标不小于45%的要求。

(3)流量径流系数。本项目流量径流系数经计算为0.8169,满足当地海绵城市规划设计要求建筑密集区流量径流系数0.60～0.85的要求。

综上所述,本项目实际年径流总量控制率≥75%,日设计降雨量为16.21 mm,实际径流污染消减率60%,实际流量径流系数0.8169,均满足本项目海绵城市规划控制目标及当地海绵城市专项规划的要求。

5 结语

本文对某有色金属加工厂区海绵城市专项规划设计进行了较为详细的叙述,主要包括:海绵城市规划控制目标的确定,工业厂区下垫面分析,低影响开发设施(LID)设计和计算。希望本设计探讨能够抛砖引玉,得到广大设计人员的意见和建议,对类似工业厂区海绵城市专项规划设计进行不断地优化和完善,大力推进建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”,节约水资源,保护和改善城市生态环境,促进生态文明建设。