海綿城市下軌道交通調(diào)蓄雨水排放方法

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摘要：鄭州市軌道交通10號(hào)線一期工程車輛基地周邊市政管線尚不完善，為減少車輛基地雨水外排流量，車輛基地根據(jù)海綿城市相關(guān)要求，設(shè)置下沉式綠地及蓄水池，并結(jié)合車輛基地各部分功能及雨水流量特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)，雨水量分區(qū)內(nèi)部消化，多余水量統(tǒng)籌調(diào)蓄，調(diào)蓄后車輛基地雨水出口流量在市政雨水管線承受能力之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：車輛基地；雨水調(diào)蓄；海綿城市；下沉式綠地；蓄水池

近年來，城市化進(jìn)程加快，對(duì)土地開發(fā)程度增加，硬化率升高，導(dǎo)致暴雨是瞬時(shí)地表徑流增大，內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)增加。為增加對(duì)地表徑流的控制能力，海綿城市的設(shè)計(jì)理念在工程建設(shè)中有必要考慮。軌道交通段場(chǎng)占地面積較大，且選址多在城市邊緣，市政管網(wǎng)建設(shè)尚未完全成熟。以往軌道交通段場(chǎng)雨水系統(tǒng)一般采用快排理念，段場(chǎng)雨水管網(wǎng)末端雨水流量較大，對(duì)市政雨水管網(wǎng)的承受能力要求較高，但是周邊雨水管網(wǎng)建設(shè)不成熟，與段場(chǎng)雨水排放需求產(chǎn)生矛盾。天津地鐵7號(hào)線大寺車輛段，結(jié)合天津市水文地質(zhì)條件，雨水徑流控制需求，經(jīng)濟(jì)效益等方面，比選后采用透水鋪裝、植草磚、生態(tài)滯蓄溝渠、下沉式綠地、蓄水池、雨水花園等海綿城市技術(shù)措施，達(dá)到解決雨水污染嚴(yán)重、雨水徑流量控制率低的問題［1］。北京市某車輛段通過基于海綿城市建設(shè)理念，通過建模分析，參照北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)要求，對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行考核，對(duì)雨水方案進(jìn)行優(yōu)化［2］。鄭州市軌道交通10號(hào)線一期工程設(shè)車輛基地一座（紅石坡車輛基地），占地28.9ha。場(chǎng)地呈北高南低，場(chǎng)地高程約149.5~165.9m，最大高差將近16m。由于紅石坡車輛基地場(chǎng)地占地面積大，周邊雨水排放設(shè)施有限，為保證雨水排放安全性及工程經(jīng)濟(jì)性，對(duì)段場(chǎng)雨水排放方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1段場(chǎng)周邊條件

本工程用地范圍周邊雨水排放措施分布如圖1：場(chǎng)地北側(cè)既有鄭上路為路側(cè)排水溝，標(biāo)高較高；場(chǎng)地西側(cè)繞城高速設(shè)置截水措施；場(chǎng)地南側(cè)中原西路上有一條雨水管線，自西向東排放，管徑為600mm；場(chǎng)地東側(cè)為規(guī)劃繞城高速輔路，建設(shè)時(shí)序不穩(wěn)定，設(shè)置有一條規(guī)劃雨水管線，初期不具備接駁條件。結(jié)合紅石坡車輛基地計(jì)劃2023年通車的情況及下游管線僅為600mm的實(shí)際情況，為確保車輛段排水能力，引入“海綿城市”理念優(yōu)化雨水排放方案，具體思路如下：海綿城市，調(diào)整思路。傳統(tǒng)段場(chǎng)為保證雨水排放安全性，主要以快排為主要思路，考慮下游市政接駁能力，結(jié)合海綿城市理念及軌道交通段場(chǎng)特點(diǎn)，增加調(diào)蓄池及下沉式綠地，增加場(chǎng)地雨水蓄滯留能力。分區(qū)考慮，精準(zhǔn)調(diào)蓄。為確保軌道區(qū)域排水安全，結(jié)合段場(chǎng)雨水收集特點(diǎn)，針對(duì)面積大、徑流系數(shù)高、雨水需快排的軌道區(qū)、大庫區(qū)等區(qū)域，分區(qū)設(shè)置調(diào)蓄池，確保雨水調(diào)蓄精準(zhǔn)有效。

2紅石坡車輛基地雨水排放方案

2.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)鄭州市規(guī)劃資料及《鄭州市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》（2017·2030年）的技術(shù)要求［3］，車輛基地所屬區(qū)域，年徑流總量控制率目標(biāo)為75%，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為22.0mm。

2.2場(chǎng)地分區(qū)設(shè)計(jì)

根據(jù)車輛基地自身特點(diǎn)及排水需求，將場(chǎng)地分為6個(gè)分區(qū)，具體分區(qū)如圖2、面積統(tǒng)計(jì)如表1。分區(qū)1及分區(qū)2運(yùn)用庫及聯(lián)合檢修庫屋面雨水收集經(jīng)虹吸水管直接接入場(chǎng)地雨水管網(wǎng)；運(yùn)用庫周圍設(shè)置下沉式綠地，路冊(cè)人行道設(shè)置透水鋪裝，道路采用瀝青路面，道路雨水排入至路側(cè)綠化帶；分區(qū)3及分區(qū)4咽喉區(qū)要求雨水快排，路基面設(shè)置2%的排水橫坡，股道采用排水溝排水［4］，雨水直接接入至場(chǎng)地雨水管網(wǎng)，同時(shí)，再咽喉區(qū)東側(cè)設(shè)置普通綠地；分區(qū)5及分區(qū)6均屬非軌行區(qū)，單體周邊設(shè)置下沉式綠地，路側(cè)人行道采用透水鋪裝。

2.3雨水指標(biāo)核算

紅石坡車輛基地占地28.9hm2，其中屋面系統(tǒng)占約9.4hm2，道路及硬化路占3.6hm2，咽喉區(qū)占8.8hm2，綠化區(qū)7.1hm2，平均徑流系數(shù)0.54［5］。根據(jù)公式：q=2387×（1+0.2571×logP）（t+10.605）0.792式中P為暴雨重現(xiàn)期，取5年；t為降雨歷時(shí)，取10min；計(jì)算得到，場(chǎng)地計(jì)算總雨水流量4270L/s。根據(jù)場(chǎng)地需控制的徑流總量考慮通過分區(qū)不同措施及需求計(jì)算，具體計(jì)算詳如表2。式中V為需要控制的徑流總量（m3）；ψzc為雨量徑流系數(shù)，取0.54；hy為設(shè)計(jì)年徑流總量控制率目標(biāo)下對(duì)應(yīng)的日降雨量（mm）；F為匯水面積（hm2）。經(jīng)計(jì)算年徑流總控制率為81%，滿足鄭州地區(qū)城市要求的75%的要求，同時(shí)車輛基地調(diào)蓄缺口合計(jì)為2750m3，故調(diào)蓄池設(shè)計(jì)有效容積總計(jì)2750m3。

2.4場(chǎng)地雨水收集及排放

根據(jù)場(chǎng)地雨水下游能力及通過計(jì)算取得調(diào)蓄目標(biāo)，結(jié)合場(chǎng)地分區(qū)設(shè)計(jì)提出設(shè)置2個(gè)蓄水池，提升雨水調(diào)蓄針對(duì)性，并減少調(diào)蓄池規(guī)模及雨水管線管徑設(shè)置實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)優(yōu)化。蓄水池位置選取遵循如下原則：（1）蓄水池盡量選擇填方及填挖平衡區(qū)，以減少蓄水池土建施工的挖深。（2）結(jié)合總圖布局選擇位置，避免對(duì)周邊單體、景觀產(chǎn)生影響。（3）蓄水池選址應(yīng)盡量選擇服務(wù)范圍的中心，結(jié)合場(chǎng)地分區(qū)總體考慮，減少雨水管線長(zhǎng)度。結(jié)合上述選址原則及場(chǎng)地排放特點(diǎn)，紅石坡車輛基地雨水蓄水池位置如圖3。建設(shè)及開通運(yùn)營(yíng)初期，場(chǎng)地雨水接口臨時(shí)接入中原西路既有雨水管網(wǎng)，出口管徑DN600mm，管底標(biāo)高145.39m，經(jīng)對(duì)接核實(shí)可行。同時(shí)，在遠(yuǎn)期東側(cè)道路建設(shè)后，將雨水向東接入至繞城高速輔路雨水系統(tǒng)，出口管徑DN600mm，管底標(biāo)高150.79m；其中，場(chǎng)地蓄水池2以南區(qū)域雨水永久接入至中原西路雨水系統(tǒng)。雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖4。

3工程難點(diǎn)及其解決方案

紅石坡車輛基地雨水調(diào)蓄池設(shè)置位置及數(shù)量，如何與場(chǎng)地雨水排放及管線設(shè)置結(jié)合應(yīng)是工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。結(jié)合土建規(guī)模、排水標(biāo)高、工程投資等考慮，雨水設(shè)計(jì)方案通過比選單一蓄水池、2個(gè)蓄水池及3個(gè)蓄水池的方案進(jìn)行效益分析比選，最終建議設(shè)置2個(gè)蓄水池。主要原因如下：

3.1土建實(shí)施規(guī)模

采用多蓄水池方案，可通過蓄水池的設(shè)置分區(qū)考慮，能減少雨水管線大管徑設(shè)置數(shù)量，管徑大于DN1000mm以上的管線僅為20m；同時(shí)，多蓄水池設(shè)置可減少單一蓄水池設(shè)置難度，減少設(shè)計(jì)埋深，避免深基坑處理方案。

3.2排水標(biāo)高優(yōu)化

通過將場(chǎng)地區(qū)域均勻劃分，并結(jié)合蓄水池分區(qū)域收集，并用主管串聯(lián)排放的理念?？蓪?chǎng)地雨水排放標(biāo)高優(yōu)化提升0.5m，同時(shí)減少大管徑排放可進(jìn)一步優(yōu)化1m，場(chǎng)地雨水管線外排標(biāo)高整體提升1.5m，對(duì)管線實(shí)施難度、減少土方開挖及遠(yuǎn)期接駁預(yù)留良好條件。

3.3工程投資分析

通過將蓄水池、雨水管線等兩項(xiàng)主要指標(biāo)核算對(duì)比，采用雙蓄水池設(shè)計(jì)最節(jié)省，總投資約1495.9萬元。該方案比設(shè)置單蓄水池方案減少166.8萬元，比設(shè)置3個(gè)蓄水池方案節(jié)省30萬元。

4結(jié)語

（1）段場(chǎng)雨水設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮市政管線的承受能力，在滿足雨水接入位置流量要求的同時(shí)，考慮下游管道的情況。（2）段場(chǎng)周邊市政管線不完善的情況下，引入海綿城市理念減少場(chǎng)地雨水排放需求，同時(shí)充分考慮分級(jí)調(diào)蓄方案，在確保段場(chǎng)排水安全的同時(shí)，可降低工程投資。（3）段場(chǎng)內(nèi)部雨水設(shè)計(jì)增加下沉式綠地、透水鋪裝、蓄水池等措施可以減少末端出口流量。（4）段場(chǎng)內(nèi)雨水可根據(jù)功能及雨水流量特點(diǎn)進(jìn)行分區(qū)，雨水分區(qū)內(nèi)部消化，多余水量統(tǒng)籌調(diào)蓄。

作者:劉亞瓊 王艷 單位:鄭州地鐵集團(tuán)有限公司 中原工學(xué)院能源與環(huán)境學(xué)院