基于海綿城市理念的軌道交通段場分級調(diào)蓄雨水排放方案

劉亞瓊，王 艷

（1.鄭州地鐵集團有限公司，鄭州 450003；2.中原工學(xué)院 能源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450007）

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(dǎo)致暴雨是瞬時地表徑流增大，內(nèi)澇風(fēng)險增加。為增加對地表徑流的控制能力，海綿城市的設(shè)計理念在工程建設(shè)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(wǎng)建設(shè)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(wǎng)末端雨水流量較大， 對市政雨水管網(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，與段場雨水排放需求產(chǎn)生矛盾。

天津地鐵7號線大寺車輛段，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)計規(guī)范》 相關(guān)要求，對相關(guān)指標(biāo)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(shè)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(shè)施有限，為保證雨水排放安全性及工程經(jīng)濟性，對段場雨水排放方案進行優(yōu)化設(shè)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(cè)既有鄭上路為路側(cè)排水溝，標(biāo)高較高；場地西側(cè)繞城高速設(shè)置截水措施；場地南側(cè)中原西路上有一條雨水管線，自西向東排放，管徑為600mm；場地東側(cè)為規(guī)劃繞城高速輔路，建設(shè)時序不穩(wěn)定，設(shè)置有一條規(guī)劃雨水管線，初期不具備接駁條件。

圖1 紅石坡車輛基地周邊雨水排放條件

結(jié)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(diào)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(jié)合海綿城市理念及軌道交通段場特點，增加調(diào)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(zhǔn)調(diào)蓄。 為確保軌道區(qū)域排水安全，結(jié)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(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%，對應(yīng)設(shè)計降雨量為22.0mm。

2.2 場地分區(qū)設(shè)計

根據(jù)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。

圖2 紅石坡車輛基地場地分區(qū)示意圖

表1 分區(qū)及面積

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(jīng)虹吸水管直接接入場地雨水管網(wǎng)； 運用庫周圍設(shè)置下沉式綠地，路冊人行道設(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］，雨水直接接入至場地雨水管網(wǎng)，同時，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：

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(jù)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。

表2 分區(qū)調(diào)蓄水量 單位：m2

場地需控制的徑流總量計算公式如下：

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)計年徑流總量控制率目標(biāo)下對應(yīng)的日降雨量（mm）；F為匯水面積（hm2）。

經(jīng)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(diào)蓄缺口合計為2750m3，故調(diào)蓄池設(shè)計有效容積總計2750m3。

2.4 場地雨水收集及排放

根據(jù)場地雨水下游能力及通過計算取得調(diào)蓄目標(biāo)，結(jié)合場地分區(qū)設(shè)計提出設(shè)置2個蓄水池，提升雨水調(diào)蓄針對性，并減少調(diào)蓄池規(guī)模及雨水管線管徑設(shè)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(jié)合總圖布局選擇位置，避免對周邊單體、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)合場地分區(qū)總體考慮，減少雨水管線長度。

結(jié)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。

圖3 車輛基地蓄水池布置位置

建設(shè)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(wǎng)，出口管徑DN600mm，管底標(biāo)高145.39m，經(jīng)對接核實可行。 同時，在遠期東側(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)計方案如圖4。

圖4 車輛基地雨水系統(tǒng)布置

3 工程難點及其解決方案

紅石坡車輛基地雨水調(diào)蓄池設(shè)置位置及數(shù)量，如何與場地雨水排放及管線設(shè)置結(jié)合應(yīng)是工程設(shè)計的重點。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(shè)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(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，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。 可將場地雨水排放標(biāo)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(biāo)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(yù)留良好條件。

3.3 工程投資分析

通過將蓄水池、 雨水管線等兩項主要指標(biāo)核算對比，采用雙蓄水池設(shè)計最節(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個蓄水池方案節(jié)省30萬元。

4 結(jié)語

（1）段場雨水設(shè)計中應(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，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(diào)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(nèi)部雨水設(shè)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(nèi)雨水可根據(jù)功能及雨水流量特點進行分區(qū)，雨水分區(qū)內(nèi)部消化，多余水量統(tǒng)籌調(diào)蓄。