武汉市某工业厂区海绵城市方案设计实例探究

张甘林

(中国联合工程有限公司,浙江 杭州 310052)

近年来,海绵城市设计在各大城市高速发展。武汉市是我国第一批海绵城市试点城市,在2015年8月推出了《武汉市海绵城市规划设计导则(试行)》(以下简称《导则》)。《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建(试行)》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，减轻城市水污染等环境问题。海绵城市建设是城市生态系统的重要组成部分,具有重要的生态保护和社会服务功能[1]。

工业项目占地面积大,是海绵城市建设过程中的重要组成部分。但因工业厂区厂房占地面积大,厂区内绿化面积小,厂房多为钢结构屋面,屋顶绿化实施面积少。工业项目在生产、贮存和运输过程中也会产生一些污染物,地面雨水污染物与厂房性质密切相关。因此工业项目的海绵城市设计与其他类型建筑有较大差异。本文以武汉市某工业厂区海绵城市方案设计为例,系统阐述了工业项目海绵城市方案设计的流程、海绵设施的选择及各项指标评价。

1 项目概况

本项目位于武汉市某经济开发区,用地东侧为工业二路，南侧为何家湖街，北侧为何家湖北街。本项目新征用地面积17.65 hm2。主要包括各个生产厂房、试验中心、技术办公楼、倒班宿舍、龙门吊堆场及其附属绿化绿地和停车场。

2 海绵城市设计流程

本项目海绵城市设计流程如下：

1)根据厂区的用地性质、容积率、绿地等指标,对区域下垫面进行解析；

2)根据武汉市的相关规划或规定,明确本地海绵性控制指标；

3)结合下垫面解析及控制指标,因地制宜,选用适宜的海绵设施,并确定其建设规模和布局；

4)根据海绵设施的内容和规模,复核海绵性指标,并根据复核结果优化调整海绵性工程内容。

3 厂区下垫面解析及规划控制目标

3.1 厂区下垫面解析

厂区各类下垫面计算见表1。本项目屋顶面积76 855 m2；硬质地面面积67 389 m2,厂区道路及广场面积34 500 m2；透水铺装面积40 406 m2,绿地面积30 910 m2,绿地率17.52%,透水铺装率60%。

表1 厂区下垫面面积计算表

3.2 厂区海绵城市规划设计目标

海绵城市规划设计目标包括年径流总量控制目标、面源污染物控制目标、峰值流量控制目标、内涝防治目标和雨水资源化利用目标[1]。

本项目位于武汉市汤逊湖水系黄家湖汇水区,年径流总量控制目标为75%,其对应设计降雨量为29.2 mm。面源污染物削减量评估采用TSS和TP双重控制指标,TSS削减指标应≥50%,TP削减指标应满足其排放浓度达到受纳水体环境容量限值要求。

峰值流量径流系数采用加权平均法,经过计算后不应大于《导则》表4.4.2中的要求,本项目最大值为0.60。内涝防涝标准和排水管网规划设计标准按《武汉市中心城区排水防涝专项规划(2012—2030 年)》执行。新建工程的雨水资源化利用率应大于40%；改建工程的雨水资源化利用率应大于25%。

4 海绵设施设计

本项目主要采用雨水花园、下凹式绿地、透水铺装、雨水调蓄池、绿色屋顶和雨水罐6种海绵设施。厂区海绵设施分布总图见图1。

4.1 透水铺装及雨水花园

厂前区试验中心及技术办公楼、厂区北侧液态气体站及固废间、厂区南侧主出入口附近道路均设置透水铺装,采用透水沥青混凝土铺装。南边及东边围墙侧小汽车停车场、非机动车停车场采用透水砖透水铺装,露天跨及龙门吊堆场采用鹅卵石透水铺装,透水铺装总面积40 406 m2。

本项目雨水花园位于厂前区试验中心及技术办公楼前,面积共1 200 m2,用于净化和滞蓄屋面径流。

4.2 下凹式绿地及雨水罐

本项目下凹式绿地位于各主厂房周边区块及厂前区建筑周边,下沉深度为150～200 mm,总面积16 950 m2,且在下沉式绿地内的合理位置设置雨水桶,屋面雨水可先进入雨水桶后溢流入下凹式绿地,雨水桶中的雨水可回用于厂区绿化用水。下凹式绿地设置溢流雨水口,溢流雨水通过雨水口就近接入厂区雨水管道。

4.3 绿色屋顶

本项目宿舍、试验中心及办公楼采用屋顶绿化,绿化面积占该类建筑屋面面积的30%,倒班宿舍绿化屋顶面积为318 m2,技术办公楼屋顶绿化面积为634 m2,试验中心屋顶绿化面积2 000 m2,共2 952 m2。

4.4 雨水调蓄池

本项目共设置2座雨水调蓄池,分别位于厂区东北侧集中绿地及厂区东南侧小汽车停车位下。调蓄池总容积270 m3。厂区东南侧雨水调蓄水池2兼作本项目雨水回用收集池,调蓄容积220 m3,雨水回用于厂区绿化、浇洒和道路冲洗用水。

5 海绵城市评估

5.1 年径流总量控制率的评估

计算厂区年均综合雨量径流系数。计算厂区不同下垫面的面积见表1。各类型下垫面的年均雨量径流系数按《导则》中表5.2.2取值。本项目年均综合雨量径流系数为0.60,对应的年径流总量控制率为40%,而本项目所在区域要求的年径流总量控制目标75%,因此不能满足设计要求。按《导则》5.2.1第2-5款流程进一步核算。

图1 海绵设施分布总图

根据功能区域将厂区划分为4个区块,分别为区块1(厂区北侧生活区块，面积14 773 m2),区块2(龙门吊堆场区块,面积17 431 m2),区块3(厂区主厂房区块,面积104 741 m2),区块4(厂前区区块,面积39 824 m2)。

区块1综合场均雨量系数为0.38,根据《导则》5.2.1可计算出区块1不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积,见表2。

表2 区块1不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积

区块1的实际可蓄水容积如下。雨水调蓄池1(50 m3),雨水罐3 m3,下凹式绿地的蓄水容积为：850×0.20=170 m3,根据《导则》5.2.4第3条规定,每处设施计入总调蓄容积不应大于设计降雨量下其汇水面的实际降雨量,本区块在设计降雨量下的实际径流量按下式计算：W=10ψchyF=167 m3,因此实际的蓄水容积为167+53=220 m3,对应的实际年径流控制率为82%。

区块2综合场均雨量系数为0.26,不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积见表3。

表3 区块2不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积

区块2的实际可蓄水容积如下。下凹式绿地的蓄水容积为：800×0.20=160 m3,本区块在设计降雨量下的实际径流量：W=10ψchyF=132 m3,总共可蓄水容积为132 m3,对应的实际年径流控制率为75%。

区块3综合场均综合雨量系数为0.85,不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积见表4。

表4 区块3不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积

区块3的实际可蓄水容积如下。雨水罐13 m3,下凹式绿地的蓄水容积为：13 000×0.20=2 600 m3,本区块在设计降雨量下的实际径流量：W=10ψchyF=2 598 m3,总共可蓄水容积为2 611 m3,对应的实际年径流控制率为76%。

区块4综合场均综合雨量系数为0.39,不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积见表5。

表5 区块4不同年径流总量控制率对应的需蓄水容积

区块4的实际可蓄水容积如下。雨水调蓄池220 m3,雨水罐2 m3,下凹式绿地的蓄水容积为：2 300×0.20=460 m3,根据《导则》5.2.4第3条规定,每处设施计入总调蓄容积不应大于设计降雨量下其汇水面的实际降雨量,本区块在设计降雨量下的实际径流量：W=10ψchyF=453 m3,总共可蓄水容积675 m3,对应的实际年径流控制率为85%。

厂区4个地块加权平均后得厂区的实际年径流控制率为79.5%,符合年径流总量控制目标为75%的设计要求,见表6。

5.2 面源污染削减量的评估

根据《导则》5.3.4各项海绵设施的污染物去除率,本项目透水铺装去除率为80%,绿色屋顶去除率为75%,雨水花园去除率为85%,蓄水池及雨水罐的去除率为85%。综上,本项目的TSS平均去除率大于50%,达到本项目的设计要求。

5.3 峰值径流系数的评估

峰值流量径流系数采用加权平均法,每个地块的峰值流量径流系数的计算过程是,先计算各下垫面的面积,按每类下垫面的峰值流量径流系数进行加权平均,得到的径流系数即为该地块的峰值流量径流系数。各类下垫面的峰值流量径流系数值见表1。经加权计算后,本区域的峰值径流系数为0.6。

表6 厂区实际径流控制率计算表

5.4 内涝防治水平的评估

本地块地势南高北低,内部无明显道路低点,厂区内标高除龙门吊堆场区域为30.15 m,其余地区均为29.85 m,厂区周边道路标高为29.0 m。厂区内标高高于厂区周边道路。厂区西侧、北侧和南侧均做挡土墙护坡。发生超标暴雨时,厂区内无内涝风险。

5.5 雨水资源化利用水平的评估

本项目厂区东南侧小汽车停车场下设220 m3雨水调蓄池一座,厂区下凹式绿地中也布置雨水罐17个,共17 m3。这些雨水回用于厂区绿化及道路冲洗,雨水资源化率为100%,符合项目雨水资源化利用率40%的要求。

6 结 语

工业项目占地面积大,其合理化设计在城市海绵城市建设中具有重要意义。工业项目硬化面积较大,在海绵城市设计中应最大化利用自然蓄存和净化能力。各项海绵设施的选择应通过海绵指标评估和计算后,方案设计过程中应选择合适的规模,以此指导施工图设计。