海綿城市下軌道交通調蓄雨水排放方法

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摘要：鄭州市軌道交通10號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，車輛基地根據海綿城市相關要求，設置下沉式綠地及蓄水池，并結合車輛基地各部分功能及雨水流量特點進行分區(qū)，雨水量分區(qū)內部消化，多余水量統(tǒng)籌調蓄，調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。

關鍵詞：車輛基地；雨水調蓄；海綿城市；下沉式綠地；蓄水池

近年來，城市化進程加快，對土地開發(fā)程度增加，硬化率升高，導致暴雨是瞬時地表徑流增大，內澇風險增加。為增加對地表徑流的控制能力，海綿城市的設計理念在工程建設中有必要考慮。軌道交通段場占地面積較大，且選址多在城市邊緣，市政管網建設尚未完全成熟。以往軌道交通段場雨水系統(tǒng)一般采用快排理念，段場雨水管網末端雨水流量較大，對市政雨水管網的承受能力要求較高，但是周邊雨水管網建設不成熟，與段場雨水排放需求產生矛盾。天津地鐵7號線大寺車輛段，結合天津市水文地質條件，雨水徑流控制需求，經濟效益等方面，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措施，達到解決雨水污染嚴重、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理念，通過建模分析，參照北京市地方標準《雨水控制與利用工程設計規(guī)范》相關要求，對相關指標進行考核，對雨水方案進行優(yōu)化［2］。鄭州市軌道交通10號線一期工程設車輛基地一座（紅石坡車輛基地），占地28.9ha。場地呈北高南低，場地高程約149.5~165.9m，最大高差將近16m。由于紅石坡車輛基地場地占地面積大，周邊雨水排放設施有限，為保證雨水排放安全性及工程經濟性，對段場雨水排放方案進行優(yōu)化設計。

1段場周邊條件

本工程用地范圍周邊雨水排放措施分布如圖1：場地北側既有鄭上路為路側排水溝，標高較高；場地西側繞城高速設置截水措施；場地南側中原西路上有一條雨水管線，自西向東排放，管徑為600mm；場地東側為規(guī)劃繞城高速輔路，建設時序不穩(wěn)定，設置有一條規(guī)劃雨水管線，初期不具備接駁條件。結合紅石坡車輛基地計劃2023年通車的情況及下游管線僅為600mm的實際情況，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，調整思路。傳統(tǒng)段場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，結合海綿城市理念及軌道交通段場特點，增加調蓄池及下沉式綠地，增加場地雨水蓄滯留能力。分區(qū)考慮，精準調蓄。為確保軌道區(qū)域排水安全，結合段場雨水收集特點，針對面積大、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)設置調蓄池，確保雨水調蓄精準有效。

2紅石坡車輛基地雨水排放方案

2.1設計標準

根據鄭州市規(guī)劃資料及《鄭州市海綿城市專項規(guī)劃》（2017·2030年）的技術要求［3］，車輛基地所屬區(qū)域，年徑流總量控制率目標為75%，對應設計降雨量為22.0mm。

2.2場地分區(qū)設計

根據車輛基地自身特點及排水需求，將場地分為6個分區(qū)，具體分區(qū)如圖2、面積統(tǒng)計如表1。分區(qū)1及分區(qū)2運用庫及聯(lián)合檢修庫屋面雨水收集經虹吸水管直接接入場地雨水管網；運用庫周圍設置下沉式綠地，路冊人行道設置透水鋪裝，道路采用瀝青路面，道路雨水排入至路側綠化帶；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］，雨水直接接入至場地雨水管網，同時，再咽喉區(qū)東側設置普通綠地；分區(qū)5及分區(qū)6均屬非軌行區(qū)，單體周邊設置下沉式綠地，路側人行道采用透水鋪裝。

2.3雨水指標核算

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，取10min；計算得到，場地計算總雨水流量4270L/s。根據場地需控制的徑流總量考慮通過分區(qū)不同措施及需求計算，具體計算詳如表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為設計年徑流總量控制率目標下對應的日降雨量（mm）；F為匯水面積（hm2）。經計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，同時車輛基地調蓄缺口合計為2750m3，故調蓄池設計有效容積總計2750m3。

2.4場地雨水收集及排放

根據場地雨水下游能力及通過計算取得調蓄目標，結合場地分區(qū)設計提出設置2個蓄水池，提升雨水調蓄針對性，并減少調蓄池規(guī)模及雨水管線管徑設置實現(xiàn)工程造價優(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）結合總圖布局選擇位置，避免對周邊單體、景觀產生影響。（3）蓄水池選址應盡量選擇服務范圍的中心，結合場地分區(qū)總體考慮，減少雨水管線長度。結合上述選址原則及場地排放特點，紅石坡車輛基地雨水蓄水池位置如圖3。建設及開通運營初期，場地雨水接口臨時接入中原西路既有雨水管網，出口管徑DN600mm，管底標高145.39m，經對接核實可行。同時，在遠期東側道路建設后，將雨水向東接入至繞城高速輔路雨水系統(tǒng)，出口管徑DN600mm，管底標高150.79m；其中，場地蓄水池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)設計方案如圖4。

3工程難點及其解決方案

紅石坡車輛基地雨水調蓄池設置位置及數(shù)量，如何與場地雨水排放及管線設置結合應是工程設計的重點。結合土建規(guī)模、排水標高、工程投資等考慮，雨水設計方案通過比選單一蓄水池、2個蓄水池及3個蓄水池的方案進行效益分析比選，最終建議設置2個蓄水池。主要原因如下：

3.1土建實施規(guī)模

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

3.2排水標高優(yōu)化

通過將場地區(qū)域均勻劃分，并結合蓄水池分區(qū)域收集，并用主管串聯(lián)排放的理念。可將場地雨水排放標高優(yōu)化提升0.5m，同時減少大管徑排放可進一步優(yōu)化1m，場地雨水管線外排標高整體提升1.5m，對管線實施難度、減少土方開挖及遠期接駁預留良好條件。

3.3工程投資分析

通過將蓄水池、雨水管線等兩項主要指標核算對比，采用雙蓄水池設計最節(jié)省，總投資約1495.9萬元。該方案比設置單蓄水池方案減少166.8萬元，比設置3個蓄水池方案節(jié)省30萬元。

4結語

（1）段場雨水設計中應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，考慮下游管道的情況。（2）段場周邊市政管線不完善的情況下，引入海綿城市理念減少場地雨水排放需求，同時充分考慮分級調蓄方案，在確保段場排水安全的同時，可降低工程投資。（3）段場內部雨水設計增加下沉式綠地、透水鋪裝、蓄水池等措施可以減少末端出口流量。（4）段場內雨水可根據功能及雨水流量特點進行分區(qū)，雨水分區(qū)內部消化，多余水量統(tǒng)籌調蓄。

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