“海绵城市”理念在妈湾垃圾电站中的实践应用

中国电力建设工程咨询有限公司 顾 运 北京市建筑设计研究院有限公司 薛 晶

随着我国城镇化速度越来越快，越来越多的城市和地区面临着不同程度的洪涝灾害和缺水问题。为此，2013年的中央城镇化工作会议上提出了“海绵城市”这一新的城市雨水发展理念；2015年10月，国务院办公厅印发《关于推进海绵城市建设指导意见》明确了海绵城市建设的目标要求；2017年3月，“海绵城市”进入政府工作报告。由此可见，目前我国“海绵城市”的发展建设迫在眉睫，垃圾电站建设作为城市发展建设的有机组成，“海绵城市”建设理念的引入一方面有助于雨水有效利用，消除厂区内涝隐患，削减电厂外供水量，减少雨污水外排；另一方面有助于减少市政雨水排放压力和初期雨水污染物排放[1]。

1 海绵城市的概述

海绵城市是一种城市规划和设计理念，其主要目的是通过自然系统和技术手段来管理城市内的雨水，以降低水灾风险并保护水资源。海绵城市的主要特点是在城市规划和设计中考虑到水的循环和管理[2]。这种城市规划理念的目标是将城市变成一个类似于海绵的系统，可以吸收、储存和释放水，以降低洪水和污染的风险。这个系统可以包括各种人工和自然的水体，如河流、湖泊、水渠、雨水花园和雨水收集系统等。通过这种方式，海绵城市可以在城市发展和自然环境之间实现一个平衡。

海绵城市的另一个特点是强调雨水的自然处理。这可以利用植被、土壤和微生物等自然生态系统来实现[3]。使用自然生态系统来处理雨水，可以减少对传统水处理设施的需求，并降低能源消耗和碳排放。这种方法还可以提供一套经济实惠的水管理解决方案，为城市提供更加可持续的发展路径。海绵城市是一个创新的城市规划和水资源管理概念，其核心目的是使城市像海绵一样具有吸收、存储、渗透和净化水分的能力，以应对极端天气和改善城市水环境。海绵城市的特点主要包括以下几点。

第一，加强雨水管理利用。海绵城市通过增加绿地、湿地、雨水花园等，增加地表覆盖，从而提高雨水的吸收和利用率。城市地表被设计成可以吸收和存储雨水，减少径流量，有效控制洪水风险。

第二，恢复生态，保护生物多样性。通过恢复城市生态系统，比如建设生态廊道、绿色屋顶和垂直花园，海绵城市能够提高生物多样性，同时改善城市居住环境。

第三，减少污染，改善水质。海绵城市强调自然净化系统的使用，比如利用植物和土壤微生物去除水中的污染物，从而提高水质。

第四，可持续的城市设计。海绵城市采用可持续材料和技术，比如透水砖和再生材料，以减少对环境的影响。

总的来说，海绵城市是一种以水为中心的城市规划理念，旨在通过自然系统和技术手段来管理城市内的雨水，以减少水灾风险并保护水资源。海绵城市的目标是将城市变成一个可持续、环保的系统，为城市发展提供一个新的方向。

2 海绵城市理念在妈湾垃圾电站实践的必要性

妈湾垃圾电站是中国广东省深圳市的一座垃圾处理中心，由于该项目所处地区的复杂地质条件和水文环境，垃圾处理中心周边地区的水环境受到了严重的威胁。因此，采用海绵城市理念来规划和设计垃圾电站周边的环境，很有必要。

首先，妈湾垃圾电站所处的地质条件和水文环境非常复杂。垃圾电站周边的地区有许多湖泊和河流，而这些水体与垃圾渗出水和雨水的接触，可能会对周边的水质造成严重的污染。采用海绵城市理念，可以更好地处理这些水体的污染问题，避免垃圾电站周边的水环境受到影响。

其次，采用海绵城市理念可以更好地解决垃圾电站周边的水资源问题。由于地区的地下水位较高，土地容易积水。海绵城市理念可以更好地处理雨水，从而避免土地水倒灌的情况。此外，采用海绵城市理念也可以将雨水转化为可重复使用的水源，为城市提供更加可持续的水资源。

此外，海绵城市理念还可以更好地保护周边的生态环境。垃圾电站周边地区的自然环境脆弱，但是采用海绵城市理念可以更好地保护这些环境。例如，通过种植湿地植物来过滤垃圾渗出水，可以避免对周边的生态环境产生负面影响[4]。

在实践中，妈湾垃圾电站也采用了海绵城市理念。例如，在垃圾处理中心周边的地区设置了一个大型的雨水花园，用于收集和处理雨水。这个雨水花园采用了大量的自然材料，如植被、沙子，以促进雨水的自然渗透和过滤。此外，项目还采用了雨水收集系统，将雨水储存起来，用于植物灌溉和公共厕所冲洗等用途。同时，该项目还采用了生态湿地来过滤垃圾渗出水，避免对周边生态环境造成影响。

总之，采用海绵城市理念在妈湾垃圾电站的实践是必要的。在该项目中，海绵城市理念可以更好地处理垃圾渗出水和雨水问题，解决水资源问题，保护周边生态环境，符合城市可持续发展的要求，提高垃圾处理中心的环境和社会效益。这种实践为未来城市规划和建设提供了有益的经验和借鉴。

3 项目背景及概况

本工程位于深圳市南山区的妈湾港区，垃圾处理规模为1500t/日。建设2条750t/日垃圾焚烧生产线，余热锅炉产出的蒸汽供一台50MW 中温中压的汽轮发电机组发电。

厂址西南方向为妈湾燃煤发电厂，相距200m，东北方向与月亮湾燃机电厂隔小南山相望，相距约2km，东侧靠小南山，西侧相邻妈湾大道。该项目运行后对削减区域污染物排放总量有积极作用，也有利于改善南山区的居住环境，实现和谐发展。

4 “海绵城市”建设理念

“海绵城市”理念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。海绵城市的技术按主要功能一般可分为渗透、储存、调节、转输、截污净化等几类。通过各类技术的组合应用，可实现径流总量控制、径流峰值控制、径流污染控制、雨水资源化利用等目标。单项设施往往具有多个功能，如生物滞留设施的功能除渗透补充地下水外，还可削减峰值流量、净化雨水，实现径流总量、径流峰值和径流污染控制等多重目标。

设计特点。第一，海绵城市是用绿地代替硬质地面，用植草沟代替雨水管道。第二，海绵城市设计能减少地块内降雨产出的径流，减少雨水对市政管网的压力，同时变灰为绿提升生态价值。第三，海绵城市的核心就是新的排水理念，消纳与回用雨水，消纳在前回用在后，其本质是为了降低内涝风险。第四，雨水的回收利用不是必需的，在降雨丰富，水价较低地区回用雨水并不一定划算；且回收用水的储水设备需要有足够的场地进行设置，并需要后期进行维护。

5 “海绵城市”在妈湾垃圾电站中的实践

5.1 设计目标

第一，利用低影响开发代替传统的管渠系统，降低城市雨水管道的排水压力，体现海绵城市的设计理念。第二，将小南山雨水、项目用地内雨水和部分中水进行收集、过滤、存蓄与利用，有效控制径流污染，实现净化后水资源的再利用。第三，打造自然、生态的厂区环境，利用净化后水资源营造户外湿地与喷泉，为植物和动物提供良好的栖息地，与小南山公园融为一体，提升垃圾发电厂的公众形象。

5.2 厂区内海绵城市设计策略

5.2.1 海绵城市的设计理念在厂区的主要应用体现

第一，在满足通行要求的基础上，地面尽量以软质的绿地为主，绿地采用下沉绿地，用来收集、过滤和净化雨水；公众开放的主要空间设置小型雨水湿地和雨水花园，用来作为绿地净水效果的示范参观点。

第二，沿厂区道路周边设置植草沟，代替传统的硬化雨水沟渠收集雨水，并预留雨水溢流口，与雨水管道相接，排入市政雨水管网。

第三，所有的硬质铺装均采用具有良好透水效果的透水砖、透水混凝土、碎石米等材料，增强场地雨水的渗透率。

第四，景观浅水池主要收集面源降雨，结合日常自来水补给，形成厂区焦点景观。

5.2.2 海绵城市雨水净化与排放的策略

厂区内主要的步行道及服务性道路周边设置植草沟收集雨水，雨水经过植草沟的初次净化后，流入雨水花园或者下沉绿地，进行二次净化，大部分雨水可在绿化用地中下渗或净化后进行回收利用（灌溉为主）；同时预留溢流口和雨水排水口，与场地内规划的雨水管道相连接，保证在下雨季节多余的雨水可以经由雨水排水口和溢水口及时排出绿化区；屋顶产生的雨水，通过屋顶水槽，导入地面空间的下沉绿地、雨水花园和雨水湿地进行净化与渗透，而雨水湿地的水经过净化后，在末端形成小型的水面，起到景观美化的作用。

图1 工艺流程图

图2 深圳市妈湾垃圾电站效果图

5.3 厂区雨水控制量估算及效果分析

本次场地雨水集水区及可供水量估算是以妈湾城市能源生态园一期二期场地的可收集水量为基础进行的估算。在此基础上，基于小南山地形，市政基础设施的围合，初步估算出电厂的集水区面积约0.5km2。雨水排水量的计算采用深圳市的暴雨强度公式：

其中：i 为设计暴雨强度（mm/min）；P 为设计重现期（年）；t 为降雨历时（min）。

在集水区内，其地理情况为：上部为山体植被区，面积约为0.34km2，下部为包括厂房和其他用地在内的建成区，面积约为0.16km2。参照《室外排水设计规范》和《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》，上部山体绿地的径流系数取为0.15，下部建成区的径流系数取为0.65，整个集水区的加权径流系数为0.31；如不采用“海绵城市”方案，厂区内综合径流系数取为0.89，整个集水区加权径流系数为0.38。通过对整个电厂实施“海绵城市”理念，可减少地面径流量约为19%。根据《2015年深圳市水资源公报》该年（平水偏枯年份）妈湾地区的年降水量为1400mm，理论上可收集的雨水量为13.3万m3。

综上所述，将“海绵城市”理念应用于垃圾电厂建设是有深刻意义的，在狭小的厂区实现了海绵城市的“渗、滞、蓄、净、用、排”等过程，实现控污、防灾、雨水资源化和城市生态修复等综合目标。既是为未来城市单体实现局部海绵城市理念提供了实践参考，也为整体海绵城市理念的实现提供了新思路。当然，正在建设中以及建设完成的“海绵城市”项目中，发现了一些亟待解决的问题，而且未来可能遇到不可预期的养护问题，“海绵城市”理念在垃圾电站中的更进一步发展建设可以说是任重而道远。