基于工业厂区研究海绵城市技术方案

基于工业厂区研究海绵城市技术方案

刘小贝1，邓婵娟2，蔡文明1

（1.东风设计研究院有限公司，武汉430000;2.湖北永业行评估咨询有限公司，武汉430000）

【摘 要】由于我国地理位置和人为因素的影响，不少城市都面临着严峻的洪涝灾害和水资源短缺问题，为此国家领导人多次提出

【关键词】工业厂区；海绵城市；技术方案

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.135

1 引言

近年来，随着我国经济水平的不断提高，城市化水平速度加快。由于城市雨水利用系统的缺失以及排水标准偏低，导致不少城市出现径流污染、地面塌陷、逢雨必涝的现象[1]。而海绵城市就像是海绵一样，可以在下雨时起到蓄水、渗水和净水的作用，等需要水资源时再将其释放出来，它可以有效地解决当前城市所面临的问题，因此建设海绵城市势在必行。

2 海绵城市建设背景

海绵城市顾名思义，就是像海绵一样具有良好的弹性，它可以更好地适应环境的变化，并且在应对自然灾害等方面具备很好的弹性，国际上将海绵城市称之为“低影响开发雨水系统构建”[2，3]。国务院曾经对海绵城市的概念进行了明确的界定，海绵城市是指通过加强城市的规划和建设管理，充分发挥生态系统对雨水的吸纳和蓄渗作用，使城市得以自然渗透和净化。当前我国面临着各种各样的水危机，比如水质污染、城市内涝、地下水位下降等，这些问题并不是某个部门管理不当所造成的问题，而是一个综合性的问题，因此，我们需要的是全面、综合的解决方案，而海绵城市概念的提出正是立足于我国当前水资源的发展现状。

3 以工业厂区为基础建设海绵城市的技术方案实例分析

3.1 研究区域概况

所选择的工业厂区区域面积为373 333.33m2，不透水面积达到了90%，利用SWMM模型将研究区域进行概念化，整个厂区可以划分成8个排水单元，一共有8个节点，一条自然河流和一个出水口。河道的尺寸等数据都是通过实际的测绘得到的，通过现场勘测得到地标类型。汇水区的面积和坡度利用CAD工程图估算得到，汇水区的分布如图1所示，每个汇水区的基本情况如表1所示。

表1 工业厂区区域子流域概化结果

子流域编号 面积/m2 不透水率/% 透水地表类型S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 3.2×1044.6×1041.5×1043.35×1042.96×1044.72×1046.28×1045.2×104100 100 90 64 100 100 100 75屋面、地面硬化地面屋面、绿地生活区、绿地屋面屋面、硬化路面屋面屋面、绿地

图1 工业厂区汇水区分布

3.2 工业厂区低影响开发单元技术选择

3.2.1 地表产流计算方法

地表产流指降雨经过损失变成净雨，3种类型地表单独进行产流计算，排水区域出流量等于3个部分出流量之和。地表产流计算方法和降雨设计计算方法用于计算图2的出流曲线,无洼蓄量不透水地表产水量用R1表示，R1=P-E，P为降雨量，E为蒸发量；有洼蓄量的不透水地表产量用R2表示，R2=P-D，P为有洼蓄量的不透水地表产量，D为洼蓄量。透水地表产水量主要指的是降雨下渗到地表不饱和土壤带的过程，用R3表示，R3=（i-f）Δt。R3为透水地表的产水量；i为降雨强度，f为入渗强度，Δt为降雨的时间变化。

3.2.2 降雨设计

当前常用的暴雨模型方法有CHN法、PC法等，我国排水渠设计，根据《室外排水设计规范》（GB 50014—2006），暴雨强度公式一般采用以下公式：q=167A1（1+C lg P）/（td+b）n；A1为重现期一年的设计降雨雨量，C为雨量变动参数，P为设计降雨重现期，td为降雨历时，b、n为常数，q为一定降雨历时td内与单位面积上的超过频率为P的平均雨深。

3.2.3 地表污染物积累公式

本文中地表污染物积累公式来源于东南大学孟军的硕士论文《海绵型工业园区关键技术与设计方案研究》。其中，污染物的积累量B是时间参数的幂函数，随着时间测增加而增加，直到达到一个极限值，即B=min（C1，C2tC3）,其中，C1为最大累积量，C2为累计率常数，C3为时间常数，t为时间变量。指数函数累积公式，当污染物累积与时间成一定的指数函数关系，累积至极限值即停止。B=C1（1-e-C2t），C1为最大累积量，C2为累积率，t为时间变量。

3.2.4 LID设计参数

LID英文全称为Low Impact Development，意思为低影响开发技术。在本次海绵厂区的设计过程中运用到低影响开发技术，即LID水敏性设计模式，常见的低影响开发技术有：透水铺装技术，绿色屋顶技术、下凹式绿地技术、植草沟技术以及渗透管渠技术、雨水花园技术。该厂区运用到下凹式绿地技术、绿色屋顶技术和蓄水池技术、渗透管渠技术。（1）在工业厂区的设计过程中添加若干面积的下凹式绿地，汇水区径流流入下凹式绿地之后再排进河道内，可以实现下凹式绿地对径流的调节和控制作用。在本厂区的SWMM模拟中，下凹式绿地表现为小面积的条形汇水流域，而流域的特点主要有渗透量大、产流系数为0.4～0.6，透水地表的比例达到了100%。（2）渗透管渠技术主要是针对硬化地面所采取的方式，一般用在居民区和工业区、停车场，采用渗透铺装模式，堆放场地的30%采用渗透铺装模式。（3）绿色屋顶技术，该工业厂区的房顶多为平面，而且也有绿色景观的需求，因此在设计的过程中将传统的屋顶转化为绿色屋顶，采用组合移动式屋顶绿化模块来具体进行施工。（4）蓄水池和生产车间接近，设置在园区的西南角，它主要负责收集一起设计屋面和路面雨水，用于路面冲洗水和混凝土的拌和水，设计的容量为3000m3，超出的容积水量溢流至市政管网。表2为厂区内各个区域内水敏性设施情况。

表2 厂区内各个区域水敏性设施

子流域编号面积m2不透水率%水敏性设施S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 4×1044.6×1041.5×1043.35×1042.96×1044.72×1046.28×1045.5×104100 100 90 64 100 100 100 75 72%绿色屋面+3.75%生物滞留+3.75%透水铺装30%透水铺装+2.61%生物滞留72%绿色屋面+11%生物滞留30%绿色屋面+36%生物滞留80%绿色屋面+2%生物滞留30%绿色屋面+2.5%生物滞留+18%透水铺装72%绿色屋面+1%生物滞留60%绿色屋面+20%生物滞留+2.1%透水铺装

3.3 工业厂区应用低影响技术的效果分析

本工业厂区应用低影响技术建设海绵厂区，在应用了一系列的低影响技术之后，工业厂区的降雨径流和径流种所含的污染物都有所变化。根据统计表数据显示，其中无水敏性设施代表无绿色屋面、生物滞留池和透水铺装及蓄水池情况，有水敏性设施情况代表有生物滞留池、透水铺装，但是未建蓄水池情况，有蓄水池代表既有绿色屋面、生物滞留池也有蓄水池的情况。图2和图3分别为工业厂区应用低影响技术之后十年一遇降雨出流曲线和污染物负荷预测曲线分析图。从图2可以看出，在有蓄水池和水敏性设施情况下，二者的出流曲线基本相同，流量较无水敏性设施情况减少29%，在产流时间上，有蓄水池情况下较有水敏性设施情况延后约10min。从图3发现，2种情况下SS浓度均称波浪下降趋势，先急速下降，又迅速上升，后平稳下降。工业厂区的降雨径流峰值以及径流中所含有的污染物都有效降低，不但削减了降雨的径流量，而且也使地下水得到及时补充。

图2 十年一遇降雨出流曲线

图3 污染物SS的出流曲线

3.4 工业厂区应用低影响技术对海绵城市建设的启示

工业厂区作为城市化建设进程中的重要组成部分,以工业厂区为基础研究海绵城市技术方案具有很强的现实意义。而本工业厂区在利用低影响技术建设成海绵型工业厂区之后蓄水和排水效果都得到了很大的改善。因此，在海绵城市的建设过程中可以借鉴海绵型工业厂区的建设经验，比如：（1）在城市建设的过程中应用下凹绿地技术、绿色屋顶技术、渗透铺装技术等低影响开发技术可以有效减少降雨径流的峰值，减少径流中的污染物，而且还可以使开发之后的水文状态接近河流开发之前；（2）在城市建筑建设过程中利用低影响开发技术可以使降雨的径流量有效削减，进而使地下水资源得到补充；（3）城市建筑建设过程中应用低影响开发技术可以明显削减径流的污染物，去除率可以达到甚至超过40%[4]。

4 结语

随着城市化进程的加速，水资源短缺问题日益严峻，加之传统城市设计不合理，导致城市出现严重的内涝和地面沉降现象。海绵城市主要是利用低影响技术从根本上对城市的径流污染、雨水径流量等实行严格控制，进而达到整体预防的效果。工业厂区作为城市建筑中的重要组成部分，通过海绵工业厂区技术方案的分析和应用为海绵城市建设提供经验。

【参考文献】

【1】凌子健,翟国方,何仲禹.海绵城市理论与实践综述[A]//中国城市规划学会、贵阳市人民政府.新常态：传承与变革——2015中国城市规划年会论文集（01城市安全与防灾规划）[C].贵阳：中国城市规划学会、贵阳市人民政府,2015:10.

【2】刘文昭,于海.浅析海绵城市面临问题与应对建议[C]//中国城市规划学会、沈阳市人民政府.规划60年：成就与挑战——2016中国城市规划年会论文集（02城市工程规划）.贵阳：中国城市规划学会、沈阳市人民政府,2016.

【3】孟军.海绵型工业园区关键技术与设计方案研究[D].南京：东南大学,2015.

【4】费振宇,吴成国,金菊良,等.海绵城市群建设理念与思路[J].人民珠江,2016,(5):1-4.

Research on the Sponge City Technology Scheme Based on the Industrial Plant

LIU Xiao-bei1,DENG Chan-juan2,CAI Wen-ming1
(1.Dongfeng Design Institute Co.Ltd.,Wuhan 430000，China;2.Hubei Realhome Assessment Consulting Co.Ltd.,Wuhan 430000,China)

【Abstract】Because our country geographical position and the influence of artificial factors,many cities in our country are facing severe

【Keywords】Industrial factories;sponge city;technical solution

【中图分类号】TU984.2；TU99

【文献标志码】A

【文章编号】1007-9467（2017）04-0078-03

【收稿日期】2016-12-23

【作者简介】刘小贝（1982～），男，湖北荆州人，工程师，从事工业及民用建筑给排水设计与研究。

建设海绵城市的号召，海绵城市建设的核心在于以低影响的开发技术来解决城市的雨水问题。工业厂区作为城市建设中的重要组成部分，其是否能够实现低影响开发直接关系到我国基本建设可持续发展的效果。因此，海绵型工业厂区是海绵城市建设的基础。

论文以工业厂区建设海绵城市的技术方案实例，分析其应用效果。

flooding and water shortages,state leaders have repeatedly proposed construction sponge city,sponge city construction is at the heart of low impact development technology solve the problem of urban rainwater.Industrial plant as an important part of urban construction,it whether can achieve low impact development directly related to the effects of the infrastructure construction of the sustainable development of our country. Therefore,the sponge type industrial factories is the foundation of the sponge city construction.Paper based on the industrial plant research sponge city technology solutions,analyzes its application effect.