王 婧，李 波，李 戈

(中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663)

0 引言

海綿城市也稱低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)(low impact development，LID)，是指在設(shè)計防洪及排水系統(tǒng)時通過下滲和生態(tài)滯留設(shè)施延緩雨水徑流產(chǎn)生，積蓄雨水，結(jié)合自然資源和人工設(shè)施排水或凈化再利用，即滲、滯、蓄、排、凈、用，以此實現(xiàn)對雨水資源的控制和利用[1]。

隨著城市化進程的不斷加快, 建筑物和道路的硬化使得不透水地面面積逐年增長，同等降雨條件下產(chǎn)生更多的地表徑流，造成內(nèi)澇問題頻發(fā)。此外，降雨初期地表污染物在雨水沖刷作用下匯入徑流，形成的初期雨水污染物指標遠高于典型生活污水的濃度，若直接流入自然水體，極易引發(fā)面源污染。因此海綿城市理念越來越受到關(guān)注，并逐步在建設(shè)領(lǐng)域?qū)嵤┩茝V。

近年國內(nèi)實施的海綿城市項目，通常以小區(qū)、公園及道路等民用及市政建設(shè)項目為主[2-4]。工業(yè)建設(shè)作為城市建設(shè)的重要部分，與民用及市政建設(shè)相比，具有廠區(qū)設(shè)施布置緊湊、生活用水占比小等特點，因此海綿城市理念在該領(lǐng)域的應(yīng)用難度更大，但效益卻將更為顯著。然而目前國內(nèi)的工程應(yīng)用經(jīng)驗十分缺乏。本文將結(jié)合某燃機電廠的工程案例論述基于海綿城市理念的電廠雨水排水系統(tǒng)設(shè)計，為今后其他工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域的海綿城市應(yīng)用項目提供參考。

1 工程概況及設(shè)計原則

本項目廠址位于珠海市雞啼門水道右岸，歷史上洪水、風(fēng)暴潮等災(zāi)害十分嚴重。作為濱海電廠，本項目倡導(dǎo)沿海水質(zhì)型缺水地區(qū)節(jié)水、可靠、經(jīng)濟的水務(wù)管理思想，設(shè)計中秉承廠區(qū)排水資源化并綜合利用的原則。根據(jù)《關(guān)于進一步加強“一書兩證”、施工圖審查階段海綿城市管控的通知》及《珠海市海綿城市規(guī)劃設(shè)計標準與導(dǎo)則(試行)》[5]確定本項目海綿城市建設(shè)目標為：1)年徑流總量控制率達到77%，對應(yīng)設(shè)計降雨量為36.6 mm；2)年徑流固體懸浮物總削減率達到35%。

2 廠區(qū)整體排水方案

廠區(qū)排水系統(tǒng)采用清污分流制。雨水排水需考慮廠區(qū)內(nèi)設(shè)計暴雨及周圍山體下泄的小流域洪水兩個部分。其中廠區(qū)內(nèi)設(shè)計暴雨重現(xiàn)期為5 a，設(shè)計流量為1.96 m3/s；周圍山體下泄的小流域洪水由廠內(nèi)截洪溝收集排放，設(shè)計標準采用100 a一遇，設(shè)計洪峰流量為4.14 m3/s。二者最終均匯入廠區(qū)東側(cè)雞啼門水道?？紤]到濱海電廠雨水排水受潮位影響，為避免外江潮位較高時廠區(qū)發(fā)生內(nèi)澇，在廠區(qū)東南角設(shè)雨水泵房。雨水由道路雨水口、建筑物雨落管等收集后，經(jīng)地下雨水管網(wǎng)分區(qū)自流，匯集至雨水泵房雨水收集池內(nèi)，自流或經(jīng)雨水泵升壓后排放至雞啼門水道。

3 海綿工程措施設(shè)計

電廠與傳統(tǒng)民用建筑或公園相比，廠內(nèi)設(shè)施布置緊湊，海綿設(shè)施布置需要因地制宜，兼顧用地范圍的限制及海綿城市建設(shè)目標的實現(xiàn)。如圖1所示，本項目將傳統(tǒng)管道排水與生態(tài)化排水相結(jié)合，從源頭控制、中途控制、末端控制三個方面實現(xiàn)削減徑流、控制污染的綜合效益。

圖1 電廠海綿城市建設(shè)內(nèi)容

3.1 源頭控制系統(tǒng)

源頭控制系統(tǒng)采用雨水花園的形式。結(jié)合廠區(qū)地形地勢，通過開口式路牙引導(dǎo)雨水進入雨水花園，增加下滲面積與徑流時間，實現(xiàn)收集雨水及營造生態(tài)景觀的雙重效益。雨水花園總面積271 m2，溝底標高比周邊地面低30 cm，通過下凹綠地，將雨水匯集、滲透及儲存，可實現(xiàn)徑流控制體積56.85 m3。

3.2 中途控制系統(tǒng)

中途控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)輸型植草溝。全廠轉(zhuǎn)輸型植草溝總面積160 m2，溝底標高比周邊地面低15 cm，主要作用為轉(zhuǎn)輸?shù)缆窂搅骷坝晁▓@所收集的雨水，底部不做換填，只在表面下凹，可實現(xiàn)徑流控制體積18.27 m3。

3.3 末端控制系統(tǒng)

3.3.1 全地下式雨水泵房

雨水泵房是雨水排水系統(tǒng)中的重要雨水調(diào)蓄排放設(shè)施，如圖2所示，主要由進水池、雨水泵吸水池及排水井組成，在暴雨情況下啟動雨水泵將雨水抽排至廠外河道。為提高雨水利用程度，本項目在雨水泵房進水池部分設(shè)雨水回收泵，將含污染物較多的初期雨水抽排至人工濕地凈化后回收利用，作為工業(yè)用水的補充水源。雨水泵房占地約272.64 m2，可實現(xiàn)徑流控制體積603.36 m3。

圖2 全地下式雨水泵房平面圖

此外，為減少上部結(jié)構(gòu)土建費用和泵房管理的投入，符合電廠去工業(yè)化的設(shè)計趨勢，本項目雨水泵房采用全地下式布置、無人值班設(shè)計。由于泵房全部位于地下，需要在泵房內(nèi)配置靈活有效的結(jié)構(gòu)、照明及排水系統(tǒng)，以保證設(shè)備正常安全運行及工作人員進入操作或巡檢時的人身安全。

3.3.2 人工濕地

末端控制系統(tǒng)目前國內(nèi)較多采用初期雨水調(diào)蓄池[6]。因為其結(jié)構(gòu)簡單且能有效減少初期雨水引起的自然水體污染。受廠區(qū)用地限制，一般采用與雨水泵房疊放的合建形式，但由于基坑開挖加深，其施工難度和工程投資都相對增大；且建成后必須考慮對底部沉積物的定期清理，運行成本較高。近年來人工濕地作為一種新興的污水處理系統(tǒng)，逐步在海綿城市建設(shè)的末端污染控制中得到關(guān)注。它可以充分利用已有水體或低洼地形，既能實現(xiàn)巨大的雨水調(diào)蓄量，也能通過濕地內(nèi)植物及微生物的作用凈化雨水，操作管理簡單，維護和運行費用較低，故本工程在雨水管網(wǎng)末端采用人工濕地。

本項目人工濕地面積為750 m2，位于雨水泵房北側(cè)。初期雨水由位于雨水泵房內(nèi)的雨水回收泵提升，通過壓力管開孔在濕地面層均勻布水，經(jīng)濕地內(nèi)各濾層處理后回收利用，可實現(xiàn)徑流控制體積1 846.64 m3。

根據(jù)“容積法”，設(shè)計降雨量為36.6 mm，廠區(qū)總匯水面積為12.15 hm2，雨量徑流系數(shù)取0.56，則要達到77%的年徑流總量控制率，全廠海綿城市工程措施的總徑流控制體積需至少為2 490.2 m3。而上述海綿工程措施能控制的徑流容積共為2 525.12 m3，對應(yīng)年徑流總量控制率為77.50%，達到了徑流控制的預(yù)期目標。根據(jù)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建(試行)》[7]，本項目海綿設(shè)施對固體懸浮物的平均去除率參照復(fù)雜型生物滯留設(shè)施的取值85%，故年徑流固體懸浮物總削減率為65.86%，達到國家級節(jié)水型城市的海綿城市建設(shè)考核指標要求。

4 效益分析

1)生態(tài)環(huán)境效益

本項目通過建設(shè)雨水泵房與人工濕地等海綿設(shè)施結(jié)合的雨水排水系統(tǒng)，廠區(qū)的綠化率提高至38%，截留的初期雨水被供給人工濕地植被的生長，有效去除徑流污染物，提升雨水水質(zhì)后回收利用，取得削減徑流排水和雨水污染治理的綜合效益。

2)社會效益

全地下式雨水泵房在保障廠區(qū)防洪排澇安全的同時，實現(xiàn)了現(xiàn)代工廠去工業(yè)化景觀設(shè)計，與雨水花園、植草溝及人工濕地等海綿設(shè)施有機結(jié)合，營造出綠化美觀、協(xié)調(diào)統(tǒng)一的廠區(qū)環(huán)境，是綠色“電力公園”建設(shè)理念的良好實踐。

3)經(jīng)濟效益

本項目基于海綿城市的設(shè)計理念增設(shè)的雨水花園、植草溝及人工濕地等工程措施工程造價約249.56萬元；在雨水泵房內(nèi)增設(shè)的初期雨水回收泵及其管線造價約10萬元。海綿城市工程建設(shè)總投資約259.56萬元。通過回收利用經(jīng)人工濕地處理后的初期雨水，按原水水費1.53元/m3計，每年可節(jié)約水費約21.79萬元，約12 a可收回海綿工程措施投資。

5 結(jié)語

綠色環(huán)保、廠區(qū)外觀整體協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是未來電廠設(shè)計的兩個重要趨勢。考慮到電廠中生活用水所占比重較小，回收的雨水可用于生產(chǎn)或廠區(qū)綠化，因此雨水資源的回收利用對電廠等工業(yè)建設(shè)項目意義重大。本工程案例通過在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置雨水花園和轉(zhuǎn)輸型植草溝等海綿設(shè)施，并建立雨水泵房與人工濕地的連接，在降低廠區(qū)內(nèi)澇壓力的同時，實現(xiàn)了控制徑流、削減污染、節(jié)水節(jié)能的綜合效益。結(jié)合全地下式雨水泵房的設(shè)計，在廠區(qū)雨水的回收利用、去工業(yè)化設(shè)計兩個方面為工業(yè)建設(shè)領(lǐng)域增添了成功的實踐經(jīng)驗。