基于海绵城市理念的轨道交通段场分级调蓄雨水排放方案

刘亚琼，王 艳

（1.郑州地铁集团有限公司，郑州 450003；2.中原工学院 能源与环境学院，郑州 450007）

近年来， 城市化进程加快， 对土地开发程度增加，硬化率升高，导致暴雨是瞬时地表径流增大，内涝风险增加。为增加对地表径流的控制能力，海绵城市的设计理念在工程建设中有必要考虑。

轨道交通段场占地面积较大， 且选址多在城市边缘，市政管网建设尚未完全成熟。以往轨道交通段场雨水系统一般采用快排理念， 段场雨水管网末端雨水流量较大， 对市政雨水管网的承受能力要求较高，但是周边雨水管网建设不成熟，与段场雨水排放需求产生矛盾。

天津地铁7号线大寺车辆段，结合天津市水文地质条件，雨水径流控制需求，经济效益等方面，比选后采用透水铺装、植草砖、生态滞蓄沟渠、下沉式绿地、蓄水池、雨水花园等海绵城市技术措施，达到解决雨水污染严重、雨水径流量控制率低的问题［1］。 北京市某车辆段通过基于海绵城市建设理念，通过建模分析，参照北京市地方标准《雨水控制与利用工程设计规范》 相关要求，对相关指标进行考核，对雨水方案进行优化［2］。

郑州市轨道交通10号线一期工程设车辆基地一座（红石坡车辆基地），占地28.9ha。场地呈北高南低，场地高程约149.5～165.9m，最大高差将近16m。 由于红石坡车辆基地场地占地面积大， 周边雨水排放设施有限，为保证雨水排放安全性及工程经济性，对段场雨水排放方案进行优化设计。

1 段场周边条件

本工程用地范围周边雨水排放措施分布如图1：场地北侧既有郑上路为路侧排水沟，标高较高；场地西侧绕城高速设置截水措施；场地南侧中原西路上有一条雨水管线，自西向东排放，管径为600mm；场地东侧为规划绕城高速辅路，建设时序不稳定，设置有一条规划雨水管线，初期不具备接驳条件。

图1 红石坡车辆基地周边雨水排放条件

结合红石坡车辆基地计划2023年通车的情况及下游管线仅为600mm的实际情况， 为确保车辆段排水能力，引入“海绵城市”理念优化雨水排放方案，具体思路如下：

海绵城市，调整思路。传统段场为保证雨水排放安全性，主要以快排为主要思路，考虑下游市政接驳能力，结合海绵城市理念及轨道交通段场特点，增加调蓄池及下沉式绿地，增加场地雨水蓄滞留能力。

分区考虑， 精准调蓄。 为确保轨道区域排水安全，结合段场雨水收集特点，针对面积大、径流系数高、雨水需快排的轨道区、大库区等区域，分区设置调蓄池，确保雨水调蓄精准有效。

2 红石坡车辆基地雨水排放方案

2.1 设计标准

根据郑州市规划资料及 《郑州市海绵城市专项规划》（2017·2030年）的技术要求［3］，车辆基地所属区域，年径流总量控制率目标为75%，对应设计降雨量为22.0mm。

2.2 场地分区设计

根据车辆基地自身特点及排水需求， 将场地分为6个分区，具体分区如图2、面积统计如表1。

图2 红石坡车辆基地场地分区示意图

表1 分区及面积

分区1及分区2运用库及联合检修库屋面雨水收集经虹吸水管直接接入场地雨水管网； 运用库周围设置下沉式绿地，路册人行道设置透水铺装，道路采用沥青路面，道路雨水排入至路侧绿化带；分区3及分区4咽喉区要求雨水快排， 路基面设置2%的排水横坡，股道采用排水沟排水［4］，雨水直接接入至场地雨水管网，同时，再咽喉区东侧设置普通绿地；分区5及分区6均属非轨行区， 单体周边设置下沉式绿地，路侧人行道采用透水铺装。

2.3 雨水指标核算

红石坡车辆基地占地28.9hm2， 其中屋面系统占约9.4hm2，道路及硬化路占3.6hm2，咽喉区占8.8hm2，绿化区7.1hm2，平均径流系数0.54［5］。

根据公式：

式中 P为暴雨重现期，取5年；t为降雨历时，取10min；计算得到，场地计算总雨水流量4270L/s。

根据场地需控制的径流总量考虑通过分区不同措施及需求计算，具体计算详如表2。

表2 分区调蓄水量 单位：m2

场地需控制的径流总量计算公式如下：

式中 V为需要控制的径流总量 （m3）； ψzc为雨量径流系数， 取0.54；hy为设计年径流总量控制率目标下对应的日降雨量（mm）；F为汇水面积（hm2）。

经计算年径流总控制率为81%， 满足郑州地区城市要求的75%的要求， 同时车辆基地调蓄缺口合计为2750m3，故调蓄池设计有效容积总计2750m3。

2.4 场地雨水收集及排放

根据场地雨水下游能力及通过计算取得调蓄目标，结合场地分区设计提出设置2个蓄水池，提升雨水调蓄针对性，并减少调蓄池规模及雨水管线管径设置实现工程造价优化。 蓄水池位置选取遵循如下原则：

（1）蓄水池尽量选择填方及填挖平衡区，以减少蓄水池土建施工的挖深。

（2）结合总图布局选择位置，避免对周边单体、景观产生影响。

（3）蓄水池选址应尽量选择服务范围的中心，结合场地分区总体考虑，减少雨水管线长度。

结合上述选址原则及场地排放特点， 红石坡车辆基地雨水蓄水池位置如图3。

图3 车辆基地蓄水池布置位置

建设及开通运营初期， 场地雨水接口临时接入中原西路既有雨水管网，出口管径DN600mm，管底标高145.39m，经对接核实可行。 同时，在远期东侧道路建设后， 将雨水向东接入至绕城高速辅路雨水系统，出口管径DN600mm，管底标高150.79m；其中，场地蓄水池2以南区域雨水永久接入至中原西路雨水系统。 雨水系统设计方案如图4。

图4 车辆基地雨水系统布置

3 工程难点及其解决方案

红石坡车辆基地雨水调蓄池设置位置及数量，如何与场地雨水排放及管线设置结合应是工程设计的重点。结合土建规模、排水标高、工程投资等考虑，雨水设计方案通过比选单一蓄水池、2个蓄水池及3个蓄水池的方案进行效益分析比选，最终建议设置2个蓄水池。 主要原因如下：

3.1 土建实施规模

采用多蓄水池方案， 可通过蓄水池的设置分区考虑， 能减少雨水管线大管径设置数量， 管径大于DN1000mm以上的管线仅为20m；同时，多蓄水池设置可减少单一蓄水池设置难度，减少设计埋深，避免深基坑处理方案。

3.2 排水标高优化

通过将场地区域均匀划分，并结合蓄水池分区域收集，并用主管串联排放的理念。 可将场地雨水排放标高优化提升0.5m，同时减少大管径排放可进一步优化1m，场地雨水管线外排标高整体提升1.5m，对管线实施难度、减少土方开挖及远期接驳预留良好条件。

3.3 工程投资分析

通过将蓄水池、 雨水管线等两项主要指标核算对比，采用双蓄水池设计最节省，总投资约1495.9万元。 该方案比设置单蓄水池方案减少166.8万元，比设置3个蓄水池方案节省30万元。

4 结语

（1）段场雨水设计中应充分考虑市政管线的承受能力，在满足雨水接入位置流量要求的同时，考虑下游管道的情况。

（2）段场周边市政管线不完善的情况下，引入海绵城市理念减少场地雨水排放需求， 同时充分考虑分级调蓄方案，在确保段场排水安全的同时，可降低工程投资。

（3）段场内部雨水设计增加下沉式绿地、透水铺装、蓄水池等措施可以减少末端出口流量。

（4）段场内雨水可根据功能及雨水流量特点进行分区，雨水分区内部消化，多余水量统筹调蓄。