高智偉，姚清寶

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地[1]是在深入分析傳統(tǒng)煤礦工業(yè)場(chǎng)地特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將海綿城市的理念[2]融入場(chǎng)地的建設(shè)過(guò)程和生產(chǎn)管理。在建設(shè)過(guò)程中，根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地所處的地形及微地貌，通過(guò)合理設(shè)置低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，降低地面工程建設(shè)對(duì)自然生態(tài)的破壞和對(duì)本底的擾動(dòng)；在生產(chǎn)及管理過(guò)程中，通過(guò)低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的組合聯(lián)動(dòng)、人工設(shè)施的控制，實(shí)現(xiàn)雨水的合理利用，降低對(duì)自然環(huán)境的干擾，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)局部生態(tài)環(huán)境的逐步改善[3，4]。地表植被配合人工設(shè)施豐富工業(yè)場(chǎng)地雨水資源化利用的途經(jīng)及方向[4]，達(dá)到工業(yè)場(chǎng)地與自然環(huán)境的和諧共生。

海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地很大程度上提高了場(chǎng)地雨水的綜合利用率，將雨水對(duì)場(chǎng)地的不利影響通過(guò)適宜的工程措施轉(zhuǎn)化為改善環(huán)境的有利因素，實(shí)現(xiàn)了地面雨水的有效使用，降低了雨水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。目前在建設(shè)及生產(chǎn)過(guò)程中，普遍采用在傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地的合理位置通過(guò)設(shè)置植草溝、滲井、綠地、生態(tài)水池或景觀(guān)湖等工程設(shè)施，進(jìn)行對(duì)地面雨水的收集、凈化、存蓄及合理使用，以實(shí)現(xiàn)海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地的構(gòu)建。相對(duì)傳統(tǒng)型場(chǎng)地而言，海綿型場(chǎng)地所增加的工程措施，勢(shì)必造成技術(shù)復(fù)雜性增加及投資的增加，但對(duì)環(huán)境的影響無(wú)疑是良性的?；诩夹g(shù)復(fù)雜性、工程對(duì)環(huán)境影響難以進(jìn)行精準(zhǔn)量化的現(xiàn)狀，海綿型工業(yè)場(chǎng)地與傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地在環(huán)境、投資、技術(shù)方面的綜合方案比較，目前尚處于定性階段。為此，本文將環(huán)境、投資及技術(shù)中的主要因素進(jìn)行參數(shù)化，通過(guò)權(quán)重來(lái)體現(xiàn)環(huán)境、投資、技術(shù)在方案比選中的重要性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建設(shè)方案的模糊評(píng)價(jià)，為不同建設(shè)方案的選擇比較提供量化數(shù)據(jù)。

1 海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)

1.1 工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)雨水運(yùn)動(dòng)軌跡

在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，雨水降落在地表之后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，在宏觀(guān)上按照先后順序可概括為“滲、滯、蓄、凈、用、排”六個(gè)環(huán)節(jié)[5]：首先，降雨逐漸“滲”入地表，隨著下滲的進(jìn)行，地表含水量逐漸增大，達(dá)到飽和狀態(tài)后地表產(chǎn)生徑流；地表徑流順應(yīng)地勢(shì)流入洼地(局部低洼處)“滯”留，洼地水面逐漸抬高直至充滿(mǎn)；然后，多余的徑流會(huì)引流至“蓄”水池，蓄水池的雨水經(jīng)物理“凈”化后，可作為綠化、降塵使“用”；其余的地表徑流通過(guò)排水溝“排”放至場(chǎng)地之外。

“滲、滯、蓄、凈、用、排”六個(gè)環(huán)節(jié)僅是從長(zhǎng)歷時(shí)進(jìn)行分析。如果把長(zhǎng)歷時(shí)分解為多個(gè)連續(xù)的短歷時(shí)，則不難發(fā)現(xiàn)在微觀(guān)上每個(gè)短歷時(shí)中，同樣存在相同的六個(gè)環(huán)節(jié)[6]，雨水徑流歷時(shí)分析如圖1所示。由此可以看到，整個(gè)雨水徑流過(guò)程是無(wú)法簡(jiǎn)單劃分的，六要素都會(huì)分別在雨水徑流全過(guò)程下的長(zhǎng)歷時(shí)和短歷時(shí)中充分發(fā)揮其自身作用，即：滯的長(zhǎng)歷時(shí)內(nèi)有蓄、凈、用、排的短歷時(shí)；蓄的長(zhǎng)歷時(shí)內(nèi)有滯、凈、用、排的短歷時(shí)；凈的長(zhǎng)歷時(shí)內(nèi)有滯、蓄、用、排的短歷時(shí)；用的長(zhǎng)歷時(shí)內(nèi)有蓄、排的短歷時(shí)；排的長(zhǎng)歷時(shí)內(nèi)有滯、凈的短歷時(shí)；而在所有的環(huán)節(jié)上都有滲的短歷時(shí)，并貫穿始終。例如，滯留在地表的雨水匯入植草溝內(nèi)，在流動(dòng)過(guò)程中，植被對(duì)雨水有一定的物理凈化作用；雨水下滲不但滋養(yǎng)了草體，也對(duì)地下水進(jìn)行了補(bǔ)充，體現(xiàn)了用；雨水沿溝槽或管道進(jìn)入蓄水池，在池中蓄積的同時(shí)，水中攜帶的泥沙沉入池底，實(shí)現(xiàn)了初步的物理凈化[7]；初步凈化后的雨水可以用于生產(chǎn)及綠化、降塵，綠化及降塵用水一部分又滲入地表，另一部分蒸發(fā)進(jìn)入大氣。

圖1 雨水徑流歷時(shí)分析

1.2 海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)工業(yè)場(chǎng)地中，為了便于生產(chǎn)區(qū)場(chǎng)地使用及雨水盡快地排離場(chǎng)地，常常大面積使用混凝土進(jìn)行場(chǎng)地鋪裝或?qū)彝翀?chǎng)地進(jìn)行硬化，在廠(chǎng)前區(qū)基于景觀(guān)或綠化要求設(shè)置一定面積的綠地或綠化帶，從而形成“滲、滯、排”這種傳統(tǒng)模式下雨水運(yùn)動(dòng)軌跡。海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)[8]的建立就是將雨水徑流的各個(gè)環(huán)節(jié)從時(shí)間軸上解析，對(duì)雨水在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的“滲、滯、蓄、凈、用、排” 六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行單元優(yōu)化組合。通過(guò)場(chǎng)地優(yōu)化、結(jié)合人工設(shè)施布設(shè)，將“蓄、凈、用”融入工業(yè)場(chǎng)地雨水運(yùn)動(dòng)過(guò)程，將傳統(tǒng)模式下對(duì)場(chǎng)地有不利影響的雨水轉(zhuǎn)化為寶貴的自然資源予以充分利用。在遵循自然規(guī)律的前提下，通過(guò)六個(gè)環(huán)節(jié)的合理布局及相互作用、融合，建立海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水蓄和凈系統(tǒng)、雨水滯留排放系統(tǒng)、雨水滲透系統(tǒng)和綜合雨水利用四個(gè)子系統(tǒng)。

雨水蓄、凈子系統(tǒng)的建立主要依托蓄水池、雨水微濕地[9]等在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)點(diǎn)狀分布的雨水設(shè)施，在雨水蓄積和物理凈化的過(guò)程中，大大降低雨水?dāng)y帶的雜質(zhì)，為雨水復(fù)用創(chuàng)造條件；雨水滯留排放子系統(tǒng)的建立主要依托在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)線(xiàn)形分布的植草溝、生物滯留設(shè)施實(shí)現(xiàn)雨水慢排緩釋?zhuān)瑥亩蹨p暴雨徑流的峰值流量；雨水滲透子系統(tǒng)則是在根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地廠(chǎng)前區(qū)、輔助區(qū)和生產(chǎn)區(qū)三大功能分區(qū)的各自功能及使用特點(diǎn)，將廠(chǎng)前區(qū)劃為全透水區(qū)域、附屬區(qū)劃為半透水區(qū)域、以及生產(chǎn)區(qū)劃為不透水區(qū)域。在半透水區(qū)域、透水區(qū)域利用透水鋪裝[10]和透水混凝土來(lái)實(shí)現(xiàn)雨水在工業(yè)場(chǎng)地滲透面積；徑流末端剩余的雨水采取綠化澆灑用水重回工業(yè)場(chǎng)地，立體化的雨水利用系統(tǒng)為工業(yè)場(chǎng)地雨水資源化和循環(huán)利用提供保障。以上四種雨水子系統(tǒng)共同構(gòu)成“點(diǎn)、線(xiàn)、面、體”空間模式的海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)。海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)

2 基于模糊評(píng)價(jià)的煤礦工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為了評(píng)價(jià)海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)對(duì)煤礦工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)發(fā)前后對(duì)自然本底的影響，以及場(chǎng)地功能使用效果上的區(qū)別，從場(chǎng)地建設(shè)和使用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的三個(gè)主要方面出發(fā)，對(duì)比傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地，并結(jié)合兩種模式的特點(diǎn)，整理統(tǒng)一評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)層級(jí)和各層級(jí)內(nèi)的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素[11]。

最后將同一工業(yè)場(chǎng)地的海綿型和傳統(tǒng)型兩種建設(shè)模式方案進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)模糊評(píng)價(jià)進(jìn)一步論證綿型工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)模式的積極作用。

2.1 各層級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

基于技術(shù)、投資、環(huán)境三方面評(píng)價(jià)煤礦建設(shè)，是最具通用性和常規(guī)性的三個(gè)主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1)從技術(shù)上提出海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)，利用雨水環(huán)節(jié)有機(jī)組合，建立四個(gè)雨水子系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)建設(shè)模式，分別對(duì)應(yīng)在工業(yè)場(chǎng)地雨水滲透面積增加，且設(shè)置更加靈活；儲(chǔ)存和凈化雨水量增大、能力增強(qiáng)；雨水的在場(chǎng)地內(nèi)滯留時(shí)間加長(zhǎng)；雨水的資源化實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用、提升利用率四個(gè)方面都有很大不同和優(yōu)化。故將以上四項(xiàng)均列為技術(shù)層面的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素。海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)要素分析如圖3所示。

圖3 海綿型工業(yè)場(chǎng)地雨水系統(tǒng)要素分析

2)從投資上，海綿型工業(yè)場(chǎng)地在排水系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)設(shè)置的排水設(shè)施、場(chǎng)地微地形改造上產(chǎn)生的土方、以及水資源循環(huán)利用后場(chǎng)地日常維護(hù)用水三個(gè)評(píng)價(jià)要素都與傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地都有區(qū)別。海綿型工業(yè)場(chǎng)地排雨水設(shè)施相對(duì)較多，投資則較高；其因地制宜的進(jìn)行平面和豎向布局優(yōu)化，土方量相對(duì)較少；水資源循環(huán)利用后，實(shí)現(xiàn)雨水資源化，在場(chǎng)地日常維護(hù)用水上基本實(shí)現(xiàn)自給自足，外購(gòu)水少量較少。故將以上三項(xiàng)均列為投資層面的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素。

3)在環(huán)境方面，針對(duì)雨水在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)的“滲、滯、蓄、凈、用、排”六個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行單元拆分重組后，分別建立的雨水蓄和凈系統(tǒng)、雨水滯留排放系統(tǒng)、雨滲透系統(tǒng)、雨水利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雨水區(qū)域外循環(huán)和場(chǎng)地內(nèi)循環(huán)相對(duì)均衡。四個(gè)系統(tǒng)分別對(duì)應(yīng)工業(yè)場(chǎng)地徑流總量控制[12]、徑流峰值控制、徑流污染控制目標(biāo)、雨水資源化利用控制為環(huán)境層面的四項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，在環(huán)境控制作用和效果特別突出。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的確定

加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，體現(xiàn)煤礦工業(yè)場(chǎng)地的環(huán)境效益，必須建立在技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)境可修復(fù)的前提下，故將技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三項(xiàng)指標(biāo)[13]確定為第二層級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；并按照“技術(shù)<經(jīng)濟(jì)=環(huán)境”的次序進(jìn)行確定，賦予權(quán)重值W=(0.30，0.35，0.35)。同時(shí)在第二層級(jí)大類(lèi)別的基礎(chǔ)上，明確最能代表海綿型和傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地區(qū)別的11個(gè)因素作為第一個(gè)層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，最終構(gòu)成多層級(jí)結(jié)構(gòu)下海綿型工業(yè)場(chǎng)地的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素，海綿型工業(yè)場(chǎng)地評(píng)價(jià)指標(biāo)層級(jí)及因素見(jiàn)表1。

表1 海綿型工業(yè)場(chǎng)地評(píng)價(jià)指標(biāo)層級(jí)及因素

根據(jù)以上分析，可以對(duì)表1中的各個(gè)因素針對(duì)每個(gè)準(zhǔn)則層分別做出判斷矩陣，并求出各個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)。見(jiàn)表2—表4。

表2 技術(shù)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

表3 經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

表4 環(huán)境因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

按上述步驟，對(duì)以上矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，如果CR<0.1 ，因此認(rèn)為判斷矩陣的一致性良好，結(jié)果可以接受。通過(guò)上述層次分析法，可以得到影響海綿型煤礦建設(shè)模式第一層級(jí)的各指標(biāo)因素的權(quán)重，結(jié)合前述各影響范圍的權(quán)重值[14]，可以得到各層次因素的權(quán)重，見(jiàn)表5。

表5 影響總平面布置的各層次因素權(quán)重

由此可得到三個(gè)因素的權(quán)重集：①技術(shù)因素指標(biāo)權(quán)重集W1=(0.305 0.491 0.148 0.056)；②經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)權(quán)重集W2=(0.231 0.077 0.692)；③環(huán)境因素指標(biāo)權(quán)重集W3=(0.484 0.31 0.133 0.073)。

2.3 海綿型和傳統(tǒng)型建設(shè)模式方案比選實(shí)例

以陜北袁大灘煤礦為例，對(duì)比傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)方面，進(jìn)行多層級(jí)結(jié)構(gòu)下海綿型工業(yè)場(chǎng)地的評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的分析，最終確定海綿型工業(yè)場(chǎng)地構(gòu)建的11個(gè)主要因素指標(biāo)，應(yīng)用德?tīng)柗品╗15]，對(duì)定性因素做出定量評(píng)價(jià)，總結(jié)歸納出袁大灘煤礦海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地(方案一)和傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地(方案二)的要素分析表，按照前文介紹的方法，對(duì)表5中每個(gè)影響因素進(jìn)行指標(biāo)量化處理，可得到兩個(gè)方案的單因素評(píng)價(jià)值，見(jiàn)表6。

表6 海綿型與傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地要素對(duì)比

2.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

對(duì)上表的各項(xiàng)單因素應(yīng)用公式進(jìn)行歸一化處理，可以分別得到三個(gè)隸屬度矩陣，分別是技術(shù)因素的隸屬度矩陣R1、經(jīng)濟(jì)因素的隸屬度矩陣R2、環(huán)境因素的隸屬度矩陣R3。

2.4.1 一級(jí)模糊評(píng)價(jià)

對(duì)上述隸屬度矩陣應(yīng)用公式進(jìn)行一級(jí)模糊評(píng)價(jià)[16]，即計(jì)算各方案的單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)值：

1)對(duì)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)：

B1=W1×R1=(0.73 0.27)

2)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)的評(píng)價(jià)：

B2=W2×R2=(0.74 0.26)

3)對(duì)環(huán)境效益指標(biāo)的評(píng)價(jià)：

B3=W3×R3=(0.67 0.33)

2.4.2 二級(jí)模糊評(píng)價(jià)

分別對(duì)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)和環(huán)境效益指標(biāo)進(jìn)行一級(jí)模糊評(píng)價(jià)之后，需要對(duì)以上三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行二級(jí)模糊評(píng)價(jià)。這時(shí)，以B1、B2、B3為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建判斷矩陣B，同時(shí)考慮第二層級(jí)中技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)特性指標(biāo)權(quán)重值W=(0.30 0.35 0.35)，可以計(jì)算方案的整體性評(píng)價(jià)值：

Bo=W×B=(0.30 0.35 0.35)×

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)值的順序?yàn)榉桨敢淮笥诜桨付?，最后明確袁大灘煤礦海綿型工業(yè)場(chǎng)地的建設(shè)模式在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響和結(jié)果上都有積極作用。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在量化數(shù)據(jù)模式下對(duì)傳統(tǒng)型工業(yè)場(chǎng)地與海綿型工業(yè)場(chǎng)地進(jìn)行綜合比選，通過(guò)對(duì)工業(yè)場(chǎng)地雨水運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，明確了不同歷時(shí)下的雨水和自然本底作用關(guān)系；基于降低對(duì)自然本底的擾動(dòng)及改善生態(tài)環(huán)境的整體要求，將海綿城市理念融入煤礦工業(yè)場(chǎng)地，通過(guò)在場(chǎng)地內(nèi)合理設(shè)置雨水蓄凈系統(tǒng)、雨水滯排系統(tǒng)、雨水滲透系統(tǒng)、雨水利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海綿型煤礦工業(yè)場(chǎng)地構(gòu)建。并根據(jù)多級(jí)模糊評(píng)價(jià)原理，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)維度切入，通過(guò)對(duì)四個(gè)雨水子系統(tǒng)作參數(shù)化處理，建立各層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重分配，形成完整的模糊評(píng)價(jià)體系。最后，通過(guò)實(shí)例對(duì)同一工業(yè)場(chǎng)地的兩種建設(shè)模式予以模糊評(píng)價(jià)，量化數(shù)據(jù)以矩陣值的形式佐證了海綿型工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)的價(jià)值，為工業(yè)場(chǎng)地建設(shè)和環(huán)境保護(hù)并舉提供了新的開(kāi)發(fā)模式。