董文博，岳鳳偉

（1.天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津市 300392;2.天津市賽英工程建設(shè)咨詢管理有限公司，天津市 300191;3.天津市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津市 300042）

0 引 言

海綿城市理念是當(dāng)今城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。海綿城市旨在收集雨水，對(duì)雨水進(jìn)行調(diào)蓄及凈化處理，以減少?gòu)搅魑廴?，?duì)創(chuàng)建新時(shí)期生態(tài)環(huán)境友好型城市、實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明和魅力中國(guó)具有重要意義[1]。其關(guān)鍵技術(shù)包括透水鋪裝、屋頂花園、雨水花園、雨水收集處理設(shè)施、藍(lán)色/綠色空間等[2]。合理進(jìn)行海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)，構(gòu)建完善的雨水滯留、收集、處理系統(tǒng)，有利于控制洪峰流量，減小內(nèi)澇災(zāi)害的損害程度及發(fā)生頻率，提高水環(huán)境質(zhì)量，更好的優(yōu)化城市水資源配置。

近幾年，我國(guó)城市建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，污水處理廠建設(shè)已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可或缺的一部分。在城市污水處理廠工程建設(shè)中，應(yīng)用海綿城市的理念能夠發(fā)揮其重要的作用[3-6]。海綿設(shè)施不僅可以提高雨水下滲的能力，具備蓄水功能，同時(shí)其還擁有良好的凈水效果，通過(guò)滲水材料的使用，在下滲過(guò)程中將污水中的大顆粒物和其他固體污染物從水體中分離出去，從而發(fā)揮物理手段凈水的效果。本文以海南省某半地下污水處理廠為例，將海綿城市的理念融入到污水處理廠的建設(shè)中，在凈化城市污水的同時(shí)，更好地發(fā)揮環(huán)境效益及社會(huì)效益。

1 項(xiàng)目概況

1.1 區(qū)域概況

該次設(shè)計(jì)某半地下污水處理廠位于海南省南部某海濱城市，該地區(qū)地形貌主要受北部五指山支脈向南輻射延伸以及海浪長(zhǎng)期侵蝕和堆積作用影響，呈北高南低之勢(shì)，城區(qū)形起伏錯(cuò)落有致。該城市屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，長(zhǎng)夏無(wú)冬，全年陽(yáng)光充足，旱季雨分明，年平均氣溫25.5℃。根據(jù)相關(guān)氣象資料統(tǒng)計(jì)，全市平均年降雨量1392.2mm，年均降雨天數(shù)為109d。5月—10月為雨季，降雨量占全年的90%；11月—4月為旱季，降水量?jī)H為全年降水的量?jī)H為全年降水的10%。6月—11月受熱帶氣旋影響較多，多為臺(tái)風(fēng)降雨，過(guò)程降雨量多在50mm以上，呈現(xiàn)雨急風(fēng)大的特點(diǎn)。

1.2 污水處理廠概況

該污水處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模9.5萬(wàn)m3/d，廠址位于某河流入?？诒卑叮A(yù)留用地總面積約4.4hm2，廠區(qū)南側(cè)緊鄰港灣，周邊環(huán)繞密集居住區(qū)，環(huán)境敏感性較強(qiáng)。本著著力推進(jìn)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)、建設(shè)國(guó)際化旅游精品城市的理念，該市啟動(dòng)“生態(tài)修復(fù)、城市修補(bǔ)”戰(zhàn)略工作，力求改善生態(tài)和居住環(huán)境，創(chuàng)建人與自然和諧相處的生存空間的要求。本著節(jié)約建設(shè)用地以及環(huán)境友好的原則，可將污水處理廠集約化建設(shè)并埋設(shè)于地下，主體污水處理構(gòu)筑物采用全覆蓋設(shè)計(jì)，頂層覆土綠化，使污水處理廠與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一[7]。同時(shí)，考慮到廠址靠近海灣，隨著埋深增加基坑費(fèi)用將大幅提升，為盡量節(jié)約投資，該項(xiàng)目最終確定采用半地下式雙層加蓋的型式，北側(cè)、西側(cè)、南側(cè)三面覆土，東側(cè)為附屬房間出入口。

2 海綿城市理念在污水廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 海綿專項(xiàng)規(guī)劃解讀

根據(jù)當(dāng)?shù)亍逗＞d城市建設(shè)總體規(guī)劃》中相關(guān)內(nèi)容，該污水處理廠廠址屬于該城市YJ-5片區(qū)，總建設(shè)用地面積約2.25km2。根據(jù)用地統(tǒng)計(jì)，YJ-5片區(qū)新建占比約44%。根據(jù)改造區(qū)和新建不同的用地類型和建設(shè)強(qiáng)度等，計(jì)算各種用地類型下綠色屋頂率、透水鋪裝和單位面積控制容積等各項(xiàng)指標(biāo)。其中，要求本分區(qū)內(nèi)新建地區(qū)建筑紅線內(nèi)年徑流總量控制率約60%，控制設(shè)計(jì)降雨量為25.4mm，單位面積控制容積約137.7m3/hm2。要求本分區(qū)總體年徑流總量控制率約55%，控制設(shè)計(jì)降雨量為21.6mm，單位面積控制容為99.4m3/hm2?？紤]到污水處理廠內(nèi)容積率較低，因此按照年徑流總量控制率約60%，控制設(shè)計(jì)降雨量為25.4mm的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 廠區(qū)海綿排水設(shè)計(jì)總體布局

該項(xiàng)目污水處理構(gòu)筑物采用半地下式雙層加蓋箱體，三面覆土，設(shè)置斜坡與地面接順。頂面覆土種植植物，形成屋頂空中花園。因此，該污水處理廠廠區(qū)雨水排水系統(tǒng)劃分為為屋頂海綿排水系統(tǒng)與地面海綿排水系統(tǒng)，總收水面積約4.4hm2，其中屋頂排水系統(tǒng)收水面積約2.2hm2，地面排水系統(tǒng)收水面積約2.2hm2，廠區(qū)匯水面類型詳見(jiàn)表1。

表1 廠區(qū)內(nèi)各匯水區(qū)類型指標(biāo)分解表

屋頂排水系統(tǒng)海綿設(shè)施主要包括透水鋪裝、碎石排水溝等，地面排水系統(tǒng)海綿設(shè)施主要包括透水鋪裝、生態(tài)停車場(chǎng)、轉(zhuǎn)輸型植草溝、下凹綠地等。屋頂排水系統(tǒng)收集的雨水通過(guò)管道匯入地面排水系統(tǒng)下凹式綠地，隨后通過(guò)溢流口進(jìn)入廠區(qū)雨水管網(wǎng)，最終排入天然水體。海面城市設(shè)計(jì)技術(shù)路線詳如圖1所示。

圖1 海面城市設(shè)計(jì)技術(shù)路線圖

2.3 屋頂海綿排水設(shè)計(jì)

半地下式污水處理廠，屋頂通常設(shè)計(jì)成空中花園的形式?？罩谢▓@不僅僅是種植屋面，它包含景觀設(shè)計(jì)、屋面建筑設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及園林種植等各專業(yè)技術(shù)。屋頂排水系統(tǒng)也需要經(jīng)過(guò)各專業(yè)相互結(jié)合、相互協(xié)調(diào)后才能形成一套完整的系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)。

該污水處理廠屋頂空中花園雨水排水設(shè)計(jì)包含兩個(gè)子系統(tǒng)，分別為屋頂?shù)孛媾潘到y(tǒng)及屋面蓄排水層排水系統(tǒng)。降雨初期，雨水滲入屋頂土壤，下滲至土壤孔隙中。隨著降雨的進(jìn)行，土壤孔隙逐漸飽和，會(huì)形成地表漫流，此時(shí)雨水落至地面后，根據(jù)地形流向最低點(diǎn)設(shè)置的碎石排水溝（寬0.8m），溝內(nèi)設(shè)置DN150穿孔管收集雨水，并通過(guò)DN200~DN400排水管將其導(dǎo)入地面排水系統(tǒng)的下沉綠地。降水結(jié)束后，土壤孔隙中儲(chǔ)存的雨水下滲至屋面蓄排水層，雨水沿蓄排水層坡度匯至箱體外邊緣女兒墻，隨后通過(guò)雨落管排至地面雨水系統(tǒng)。該項(xiàng)目屋頂海綿排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 屋頂海綿排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 地面海綿排水設(shè)計(jì)

地面雨水收集排放主要分為三種類型，分別為下凹綠地雨水收集、地面綠地雨水收集以及硬化鋪裝雨水收集。

廠區(qū)地面區(qū)域總面積約2.2hm2，環(huán)繞半地下污水處理廠箱體，考慮到箱體東、西兩側(cè)空間較小，因此地面海綿排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將下凹綠地設(shè)置在廠區(qū)南、北兩側(cè)，北側(cè)下凹綠地面積1697.18m2，南側(cè)下凹綠地面積724.97m2，平均蓄水深度25cm，總蓄水能力約605.54m3，滿足當(dāng)?shù)亍逗＞d城市建設(shè)總體規(guī)劃》中137.7m3/hm2的控制指標(biāo)要求。地面綠低點(diǎn)設(shè)置轉(zhuǎn)輸型植草溝，下游接入廠區(qū)下凹綠地。硬化鋪裝區(qū)域行車道按照道路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，人行道采用透水鋪裝，停車區(qū)采用透水花磚設(shè)計(jì)。地面海綿排水系統(tǒng)示意圖詳如圖3所示。

圖3 地面海綿排水系統(tǒng)示意圖

降雨初期間，屋頂排水系統(tǒng)收集到的雨水通過(guò)管道匯入下凹綠地，地面排水系統(tǒng)收集到的雨水通過(guò)轉(zhuǎn)輸型植草溝或地表徑流匯入下凹綠地，隨著雨水逐漸積累，結(jié)合步行棧道，形成景觀蓄水塘。隨后，雨水通過(guò)設(shè)置在下凹綠地中的溢流雨水井排入廠區(qū)地面雨水排水管網(wǎng)。當(dāng)降水結(jié)束時(shí)，下凹綠地內(nèi)積蓄的雨水逐漸下滲，通過(guò)設(shè)置在底部的碎石層及穿孔花管將雨水導(dǎo)入地面雨水排水系統(tǒng)。

地面綠地收集雨水后，通過(guò)雨水下滲以及地表徑流排水，地表徑流通過(guò)沿人行鋪裝設(shè)置的轉(zhuǎn)輸型植草溝收集，最終排入下凹綠地。地面硬化鋪裝收集雨水后，通過(guò)設(shè)置在側(cè)石邊的收水井將雨水導(dǎo)入地面雨水排水系統(tǒng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，周邊環(huán)境對(duì)污水處理廠建設(shè)的要求也不斷提高。海綿城市作為新的城市發(fā)展理念，亟需應(yīng)用到污水處理廠規(guī)劃設(shè)計(jì)中。本污水處理廠工程已建成通水，并穩(wěn)定運(yùn)行，出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到污水處理廠一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。本污水處理廠建設(shè)結(jié)合了“海綿城市”理念，在汛期達(dá)到雨水下滲、滯留、調(diào)蓄、排放的效果。此外，在整個(gè)排水過(guò)程中對(duì)雨水進(jìn)行了過(guò)濾凈化，最大程度體現(xiàn)了“海綿城市”在雨水排水系統(tǒng)中的功能運(yùn)用，綜合效益顯著。