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海綿城市下軌道交通調(diào)蓄雨水排放方法

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海綿城市下軌道交通調(diào)蓄雨水排放方法

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(jù)海綿城市相關(guān)要求,設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進行分區(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(nèi)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(wǎng)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(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(guān)要求,對相關(guān)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(jīng)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(cè)既有鄭上路為路側(cè)排水溝,標高較高;場地西側(cè)繞城高速設置截水措施;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(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)設置調(diào)蓄池,確保雨水調(diào)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(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為75%,對應設計降雨量為22.0mm。

2.2場地分區(qū)設計

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。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(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(cè)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(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,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。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(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,結(jié)合場地分區(qū)設計提出設置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)蓄水池選址應盡量選擇服務范圍的中心,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。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(wǎng),出口管徑DN600mm,管底標高145.39m,經(jīng)對接核實可行。同時,在遠期東側(cè)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(diào)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(jié)合應是工程設計的重點。結(jié)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(jié)合蓄水池分區(qū)域收集,并用主管串聯(lián)排放的理念??蓪龅赜晁欧艠烁邇?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(jié)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(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。

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

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