海绵城市设计在工业厂区不同下垫面中的应用

金雨薇，王晖，史长伟

（中机第一设计研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

近年来，城市化进程加快，透水下垫面渐渐被硬质地面所替代，雨水下渗量减少，降雨时地表径流量增加，雨水通过管网直接排出使得管网压力过大，导致多起因雨水不能及时排出而引发的洪涝灾害。

2014 年10 月，住房和城乡建设部正式发布《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》，其中明确了海绵城市是指城市能够像海绵一样，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，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用[1]。

工业厂区在进行海绵城市设计时，会面临绿化面积小、不透水下垫面比例高、厂房屋面受工艺限制跨度较大、面源污染复杂等一系列问题，是海绵城市在工业厂区设计时的难点。因此，工业厂区海绵城市设计在满足规范、导则及地方要求的情况下，应尽可能贴近工艺生产的需求。本文考虑工业厂区下垫面性质、功能的不同，采取不同的海绵城市设施，减少排入市政管道的雨水，使雨水资源尽可能地被合理利用，降低经济成本，降低内涝风险。

2 工业厂区不同下垫面分析

2.1 工业厂区屋面

工业厂区生产区域的建筑屋面主要分为2 种：一种是大型连跨的厂房，屋面雨水多采用虹吸排水。降雨时因屋面雨水径流量大使得厂区管网压力过大，易导致内涝灾害。因此大型厂房屋面的雨水可以排至雨水收集池，雨水经处理后可用于冲洗地面、浇灌花木、洗车等方面，不但利用了雨水，降低了工厂用水成本，而且减少了雨水径流量，延迟了峰值时间。另一种则是小型厂房或生产配套设施，屋面雨水多采用重力排水，降雨时可将屋面雨水排入建筑附近绿化带内，由绿化带收集、下渗，既补充了地下水，也减少了绿地的浇灌次数，节约了水资源。

工业厂区中厂前区建筑一般有办公建筑、宿舍、食堂等，屋面多为混凝土平屋面，因此在做好防水，满足荷载要求的情况下可以使用绿色屋面。绿色屋面既能吸收和储存水分，利用土壤渗透过程净化雨水中的部分污染物质，又可以降低厂区下垫面雨水径流系数，有效减缓雨水汇集速度，降低雨水排放强度。

2.2 厂区绿化带

工业厂区内绿化分布不均匀。在生产区域，绿化带面积受工艺生产限制比例较小且较为分散，因此，可以用下凹式绿地代替普通绿地。下凹式绿地可以设置在道路两侧及建筑物四周，收集屋面重力雨水、绿地和附近路面的雨水，减少地面积水；同时绿地蓄积的雨水通过下渗，可以对地下水进行补充，提高土壤的含水率，减少绿地维护的浇灌次数，节约了水资源，对径流污染物有较好的控制效果[2]。

而在厂前区，景观绿化的需求增多，此区域绿化比例较大且相对集中，可以用雨水花园代替普通绿地。相对于普通绿地，雨水花园可以更好地降低雨水径流的流速，削减径流量，减少洪涝灾害，同时营造的小生态环境可以为一些鸟类以及蝴蝶、蜻蜓等昆虫提供食物及栖息地，控制雨水滞留时间，避免滋生蚊蝇，具有很好的景观和生态效果[3]。

2.3 道路广场及停车位

一般的住宅小区或公共建筑道路雨水收集多采用透水铺装的形式，但工业厂区因运送货物、堆放物料、工艺生产等缘故，在厂区道路会产生工艺废渣、碎石等物质，致使透水铺装的孔隙结构堵塞，削弱其径流调控能力。同时，一些厂区的主干道路允许承重型货车通行，对于路面荷载要求大，由于透水混凝土含有孔隙，路面的抗压能力较弱，易发生形变，增加使用及后期维护的成本，故此区域不适用透水地面。对于这些路面可以将雨水排至路面两侧绿化带内，采用下凹式绿地对其“渗、滞、蓄、净、用”，而没有绿化带的道路或大型堆场等可以设置雨水收集池，对雨水进行收集、净化和利用。

对于厂前区来说，一些广场、景观等区域道路承受的荷载相对较小，面源污染较轻，可采用透水混凝土，停车位可以敷设植草砖，透水混凝土及植草砖均为透水铺装。透水铺装作为生态排水设施，可将降雨渗透率由硬化路面的10%～15%增加到75%以上，大大降低了地面径流量，削减洪峰，避免大暴雨或连续降雨造成城市洪涝灾害[4]。

3 案例分析

3.1 海绵城市要求

该厂区为新建工业厂区，位于佛山市高明区。按照《佛山市海绵城市专项规划导则（试行）》年径流总量控制率的定义，新建工业仓储小区海绵城市年径流总量控制率不小于70%。根据佛山市水文局提供的佛山近30 年气象资料统计，年均雨水径流控制率不小于70%对应的设计降雨量为26.7 mm。如表1 所示。

表1 佛山市不同年径流总量控制率对应的降设计雨量

3.2 厂区概况

工业厂区内主要分为工业生产区域及厂前区。汇水分区及建筑分布如图1 所示，工业生产区域为汇水分区一、汇水分区二；主要建筑为联合站房、试制检测车间、智能电气厂房、仓库等。试制检测车间及智能电气厂房为轻钢屋面，屋面雨水采用虹吸排水，其余建筑屋面采用重力排水。因智能电气厂房屋面汇水面积过大使得降雨时厂区雨水管道压力过大，故拆分成2 个汇水分区。工业生产区域路面为混凝土沥青路面，有承载重型车辆的需求，区域内无废渣、废气的污染。

图1 厂区主要建筑与汇水分区平面图

厂前区为汇水分区三，主要建筑为研发大楼、办公楼、宿舍等建筑，屋面为混凝土上人平屋面，屋面雨水均采用重力排水，该区域道路荷载较轻，有广场、停车位、绿化等设施。

根据《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》，每个汇水分区内的综合径流系数应根据不同地面种类的径流系数，按照其各自面积占汇水面积的比例，采用加权平均法计算，求得项目汇水分区综合雨量径流系数，计算结果详见表2。

表2 不同汇水分区雨量径流系数及调蓄容积

式中，Ψz为综合径流系数；F 为汇水面积，hm2；Fi为地块汇水面积，m2；Ψi为类下垫面的径流系数。

根据年径流总量控制率和设计雨量，对该厂区的设计调蓄容积进行计算，计算按照对应70%年径流总量控制率。计算结果见表3。

表3 不同汇水分区的海绵城市设施布置及控制指标

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，hm2。

3.3 海绵城市措施及控制指标

根据厂区平面布置结合工艺需求，不同的下垫面采取不同的海绵城市措施（见图2）。联合站房、仓库等小型生产辅助用房屋面雨水及附近道路雨水排至建筑周围绿化带内，绿化带采用下凹式绿地，下凹深度为150 mm，每块下凹式绿地内设置溢流口，溢流口顶部标高高于绿地50 mm，溢流的雨水排至道路雨水口，经厂区雨水管网排至各汇水分区的雨水收集池内。试制检测车间及智能电气厂房屋面雨水排至雨水收集池内，每个汇水分区均设置单独的雨水收集池，每个雨水收集池有独立的雨水回用设备。汇水分区一、汇水分区二、汇水分区三的雨水收集池有效容积分别为300 m3、600 m3、300 m3，各汇水分区的雨水回用水管道在厂区连成1 根回用水干管供厂区道路冲洗、冷却塔补水及洗车使用。

图2 厂区海绵城市设施平面图

厂区每日道路冲洗用水量约为50 m3/d，洗车用水约为7 m3/d，冷却塔补水量约为912 m3/d，雨水收集池总容积为1 200 m3，刚好满足厂区道路浇洒、洗车及冷却塔补水用水。雨水回用设备将初期雨水弃流，再对雨水进行过滤、加药、消毒，水质达到GB/T 18920—2020《城市污水再生利用城市杂用水水质》标准及GB 50400—2016《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》中规定的处后雨水COD、SS 指标后经水泵提升到回用水管网进行回用。

厂前区内，广场、道路、停车位采用透水铺装，透水铺装由面层、找平层、基层和土基组成。广场及道路面层材料为现浇透水混凝土，停车位面层采用透水砖；透水铺装地面的面层和基层之间用粗砂或中砂铺设找平层，找平层的透水系数不小于面层；基层使用砂、砾石、石灰岩等材料。

研发大楼及宿舍屋面采用绿色屋面与雨水花园组合的形式。绿色屋面设施自上而下依次为植物层、种植基质层、过滤层、排水层、防水层。种植基质层采用筛选的轻质材料混合而成，混合基质层厚度为15 cm；过滤层选用聚酯纤维无纺布，截留土颗粒、细砂和小石料等，防止堵塞排水层；排水层选用新型块状塑料蓄水板，主要作用是迅速排除在降雨和浇灌时多余的水分；雨水在屋面通过屋顶绿化层截留、吸纳部分天然雨水,并经过人工种植土层中微生物的作用，降解污染物质，多余的雨水经排水层收集排至雨水花园。

雨水花园主要由植被缓冲带、蓄水区、有机覆盖层、种植土层、植物组成，雨水花园深度为20 cm，并设有溢流装置，多余的雨水溢流至厂区雨水管网，排至附近雨水收集池内。

4 结语

文章从工业厂区案例出发，分析了工业厂区在海绵城市设计中的难点，并分别针对不同下垫面比较了各项措施在工业厂区项目中的适用性。本项目通过对不同下垫面设置适合的海绵城市设施，完成了70%的年径流总量控制率的要求，达到40%的径流污染物控制率要求。厂区已投入使用，经实际检验，该项目实现了雨水错峰排放，有效降低雨水管网排水压力，并且合理地利用了回用水资源，降低了工厂用水成本，满足设计要求，对类似的工业小区设计具有借鉴意义。