南方某國(guó)際機(jī)場(chǎng)雨水調(diào)蓄工程設(shè)計(jì)

許運(yùn)良 呂德華 徐振軍 李 強(qiáng) 李 超 趙樂(lè)樂(lè)

(1.中國(guó)城市建設(shè)研究院，北京 100120，2.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司，北京 100102)

1 項(xiàng)目背景

南方某機(jī)場(chǎng)為華東地區(qū)重要的國(guó)際機(jī)場(chǎng)，一期工程已通航十余年。機(jī)場(chǎng)一期建設(shè)時(shí)的雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)以調(diào)蓄為主，主要利用機(jī)場(chǎng)內(nèi)設(shè)置的1 座景觀湖進(jìn)行雨水調(diào)蓄，有效調(diào)蓄容積為7.2 萬(wàn)m3。根據(jù)二期工程規(guī)劃要求，景觀湖將被填埋改為工作區(qū)。同時(shí)，機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建后，新建的第二跑道將填埋原有外排河道。因此，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)場(chǎng)的雨水量增加而蓄水容積減少;另外二期擴(kuò)建將出租車(chē)停車(chē)場(chǎng)的位置設(shè)置在現(xiàn)有雨水泵房處。為此，機(jī)場(chǎng)二期雨水工程需要擴(kuò)建天然蓄水容積，遷建雨水泵房。二期雨水工程在充分利用原有排水渠調(diào)蓄基礎(chǔ)上，重新調(diào)整雨水排水分區(qū)，調(diào)整后分為東、西兩區(qū)，負(fù)責(zé)機(jī)場(chǎng)所有工作區(qū)及部分飛行區(qū)的雨水排放。由于東西兩區(qū)景觀河道及雨水泵站設(shè)計(jì)相似，本文主要介紹東區(qū)新建景觀河道及雨水泵站設(shè)計(jì)，為類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

2 景觀河道和雨水提升泵站設(shè)計(jì)原則

本設(shè)計(jì)雨水排放的設(shè)計(jì)原則為“調(diào)蓄為主，強(qiáng)排為輔”，在機(jī)場(chǎng)內(nèi)修建大型景觀河道以供調(diào)蓄雨水，并在洪水期起滯留作用[1]，并與機(jī)場(chǎng)景觀結(jié)合，美化機(jī)場(chǎng)環(huán)境，逐步成為機(jī)場(chǎng)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)的新亮點(diǎn)[2-3]，概括為:

1)新建景觀河道以調(diào)蓄暴雨洪峰流量為核心，將機(jī)場(chǎng)排洪減澇與機(jī)場(chǎng)景觀和生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，不僅有效解決機(jī)場(chǎng)內(nèi)澇問(wèn)題，而且美化機(jī)場(chǎng)環(huán)境和改善機(jī)場(chǎng)生態(tài)。

2)新建的雨水提升泵站，可對(duì)陸側(cè)水體水面進(jìn)行預(yù)降(降低3m以下)，充分利用天然水體的調(diào)蓄能力。

3)通過(guò)設(shè)置的雨水閘門(mén)有效的防止飛行區(qū)水回流至工作區(qū)景觀河道明渠。

3 景觀河道與雨水提升泵站規(guī)模設(shè)計(jì)

景觀河道與雨水提升泵站規(guī)模設(shè)計(jì)包括工程平面布置、高程設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)、景觀河道設(shè)計(jì)、雨水提升泵站設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述如下。

3.1 工程平面布置

本設(shè)計(jì)依據(jù)機(jī)場(chǎng)規(guī)劃道路設(shè)計(jì)、沿途雨水管道接入口位置和標(biāo)高等條件，綜合考慮景觀效果、調(diào)蓄功能、少穿道路等因素，設(shè)計(jì)雨水調(diào)蓄設(shè)施。景觀河道和泵站的平面圖如圖1所示。

景觀河道沿機(jī)場(chǎng)二期東側(cè)進(jìn)場(chǎng)路和圍墻布置，整體呈L型，西部有兩個(gè)起點(diǎn)分別連接飛行區(qū)M1、M2 出水口(M2 出水口即永豐直河北端終點(diǎn))，北至工作區(qū)與飛行區(qū)交界處，雨水經(jīng)提升泵站提升后排入義南橫河。景觀河道自西端起點(diǎn)飛行區(qū)M1 出口至北部總長(zhǎng)約1695 m，寬為12 m;飛行區(qū)M2 出口河道寬度為12 m，長(zhǎng)度為115 m，此段河道在穿越東西聯(lián)絡(luò)隧道后匯入主河道;另在二次雷達(dá)站南側(cè)設(shè)三角形景觀湖一座，與主河道連通，占地約為1.72 ha。新建景觀河道占地總面積約3.89 ha。

雨水提升泵站根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，布置在機(jī)場(chǎng)東側(cè)圍墻與義南橫河交叉處，占地面積約429.6m2，另設(shè)變配電室一座，占地面積約為120.2m2。

圖1 平面布置圖Fig.1 Design of layout

3.2 高程設(shè)計(jì)

目前，主進(jìn)場(chǎng)路的標(biāo)高為6.1 m(機(jī)場(chǎng)大門(mén))，工作區(qū)平均標(biāo)高為5.8 m，現(xiàn)有航站樓區(qū)平均地勢(shì)標(biāo)高為7.00 m。正在擴(kuò)建航站區(qū)地勢(shì)控制標(biāo)高同現(xiàn)有航站區(qū)標(biāo)高(7.00m)持平，且新建工作區(qū)平均標(biāo)高仍為5.8 m，地下水位標(biāo)高3.75 m，現(xiàn)有河道湖面常水位標(biāo)高為3.8 m。

河道高程設(shè)計(jì)主要考慮與東側(cè)規(guī)劃道路的銜接，河道頂標(biāo)高為5.50，與附近道路(標(biāo)高5.80m)采用緩坡綠化帶連接，河道常水位3.80m，河道底標(biāo)高1.80m。河道局部穿越東西聯(lián)絡(luò)隧道處，根據(jù)隧道院預(yù)留位置和標(biāo)高，確定河道底標(biāo)高為3.50m。

雨水提升泵站設(shè)在景觀河道與義南橫河交界處，考慮與義南橫河的銜接以及避免雨季發(fā)生雨水倒灌，進(jìn)水閘門(mén)、格柵、泵站及出水渠處地面標(biāo)高5.70 m，泵房室內(nèi)標(biāo)高6.00m。

3.3 基本參數(shù)設(shè)計(jì)

1)暴雨強(qiáng)度公式

采用當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式，暴雨強(qiáng)度q 為:

其中:

P-設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，本設(shè)計(jì)中按P=3年設(shè)計(jì)，P=5年校核;

t1-地面集水時(shí)間，本設(shè)計(jì)中取10min;

m-折減系數(shù)，本設(shè)計(jì)中河道為梯形明渠形式，所以取1.2;

2)徑流系數(shù)φ 及雨水匯水面積f

設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，停機(jī)坪占地約20.00 ha，φ 取0.9;順豐速遞占地約13.33 ha，φ 取0.75;生活區(qū)占地約22.32 ha，φ 取0.75;遠(yuǎn)期預(yù)留空地39.55 ha，φ 取0.20。經(jīng)計(jì)算，綜合徑流系數(shù)為0.55。

除以上規(guī)劃用地外，東區(qū)景觀河道及提升泵房還負(fù)責(zé)匯集飛行區(qū)M1、M2 及1號(hào)航站樓的部分雨水，分別為6.7 m3/s、8.6m3/s 和6.2m3/s。

3)雨水總量計(jì)算公式為

Q=φFq

綜上，經(jīng)計(jì)算，P=3年時(shí)，總雨水設(shè)計(jì)流量為32.66 m3/s，1h 降雨量約為10.64 萬(wàn)m3;P =5年時(shí)，總雨水設(shè)計(jì)流量為34.15m3/s，1h 降雨量約為11.18 萬(wàn)m3。

3.4 景觀河道設(shè)計(jì)

機(jī)場(chǎng)東區(qū)現(xiàn)有水體為永豐直河，本期工程將對(duì)永豐直河進(jìn)行清淤和改道，改道后永豐直河南起一跑道，北至飛行區(qū)M2 出口，總長(zhǎng)約為465m，寬度約為12m，有效調(diào)蓄容積約為0.53 萬(wàn)m3。永豐直河不與機(jī)場(chǎng)外部水系連通，可用做本期工程中的雨水調(diào)蓄水體。

綜合考慮東側(cè)道路及場(chǎng)地規(guī)劃情況，新建景觀河道頂標(biāo)高確定為5.50m，最高水位4.45 m，常水位3.80 m，河道底標(biāo)高1.80 m。此時(shí)，河道調(diào)節(jié)水深僅為0.65 m，無(wú)法滿(mǎn)足雨水調(diào)蓄要求，因此在暴雨來(lái)臨前需提前開(kāi)啟雨水提升泵，保證河道水位低于2.35m，有效調(diào)節(jié)高度可達(dá)到2.10 m，調(diào)節(jié)容積為8.02 萬(wàn)m3;原永豐直河改道后調(diào)蓄容積約為0.53 萬(wàn)m3，故東區(qū)總調(diào)蓄容積為8.55 萬(wàn)m3。

3.5 雨水提升泵站設(shè)計(jì)

雨水經(jīng)景觀河道匯集至雨水提升泵站，經(jīng)格柵后進(jìn)入集水池，由水泵提升至出水渠排入至場(chǎng)外河道。進(jìn)水泵站的懸浮物被格柵清除，并由螺旋輸送機(jī)送至雨水泵池的污物收集，最終由污物車(chē)運(yùn)出。另設(shè)變配電室1 座，位于提升泵房西側(cè)，水泵控制柜及閘門(mén)、格柵等控制柜均設(shè)于變配電室內(nèi)。

1)進(jìn)水閘門(mén)

雨水提升泵站設(shè)在東部河道的中部，雨水從南北兩個(gè)方向匯入泵站。泵站入口處河道寬度12 m，南北兩側(cè)各設(shè)4臺(tái)手電兩用不銹鋼閘門(mén)，閘門(mén)尺寸為2000mm ×2500mm(B ×H)。閘門(mén)常開(kāi)，當(dāng)設(shè)備檢修或者集水池清淤時(shí)關(guān)閉。

2)格柵

每臺(tái)閘門(mén)后設(shè)1臺(tái)雙柵式格柵除污機(jī)，共8臺(tái)，設(shè)備寬2.0m，柵條間隙30 mm。南北兩側(cè)格柵后各設(shè)1臺(tái)無(wú)軸螺旋輸送機(jī)輸送柵渣，共2臺(tái)，L =12m，并在格柵及無(wú)軸螺旋輸送機(jī)上加蓋遮雨棚。

3)雨水提升泵房

機(jī)場(chǎng)東區(qū)新建景觀河道調(diào)蓄容積為8.55 萬(wàn)m3，1小時(shí)降雨量約為10.64 萬(wàn)m3，因此雨水泵站設(shè)計(jì)流量為6.0 m3/s。泵房?jī)?nèi)設(shè)潛水軸流泵4臺(tái)，流量1.5m3/s，揚(yáng)程5m，功率110kW。軸流泵采用井筒式安裝，便于檢修維護(hù)。雨水提升泵房采用半地下式結(jié)構(gòu)，地下部分為集水井，地上部分為泵房。水泵出水管設(shè)有拍門(mén)，防止飛行區(qū)雨水倒流進(jìn)提升泵房。

4)集水池

設(shè)計(jì)中利用景觀河道作為集水池，降低工程造價(jià)。集水池內(nèi)設(shè)1臺(tái)超聲波液位計(jì)，軸流泵可以根據(jù)集水池液位控制啟停，也可以人工現(xiàn)場(chǎng)操作。集水池內(nèi)主要水位如表1所示。

表1 集水池設(shè)計(jì)水位Tab.1 Design water level of collection

5)超越閥門(mén)

雨水泵房南北兩側(cè)各設(shè)超越閘門(mén)1 座，共2臺(tái)，采用手電兩用不銹鋼閘門(mén)，閘門(mén)尺寸為2000 mm ×1800 mm(B × H)。閘門(mén)常閉，當(dāng)工作區(qū)景觀河道水位高于義南橫河內(nèi)水位時(shí)，開(kāi)啟閘門(mén)。

6)值班室

雨水提升泵站為季節(jié)性運(yùn)行，工作人員值班室設(shè)在變配電室內(nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

南方某國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期建設(shè)雨水排放設(shè)計(jì)以“調(diào)蓄為主，強(qiáng)排為輔”為原則，新建景觀河道與雨水提升泵站相結(jié)合。經(jīng)2012年運(yùn)行實(shí)踐證明，建立的雨水調(diào)蓄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雨季時(shí)蓄積雨水，減少了雨水資源的流失，旱季補(bǔ)充景觀河道水體，實(shí)現(xiàn)了雨水資源化;消減了洪峰流量，有效的解決了機(jī)場(chǎng)內(nèi)澇問(wèn)題。該雨水調(diào)蓄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建設(shè)將為類(lèi)似項(xiàng)目積累一定的工程經(jīng)驗(yàn)。

[1]Kumar R，Singh R D，Sharma K D.Water resources of India[J].Current Science，2005(5):794-811.

[2]胡先瓊，李艷.深圳機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程雨洪利用可行性研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2008，5:17-19.

[3]徐建初，林建海，黃渝.雨水回用在上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用研究[J].給水排水，33(5):90-93.

[4]《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014-2006) [s].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.