LID设施在机场中的应用研究
2021-08-30罗旭梁志锋彭晶
罗旭,梁志锋,彭晶
(中国民航大学机场学院,天津300000)
1 前言
伴随我国经济的高速发展,我国城市开发程度越来越高,城市的雨洪环境也在急剧发生变化,与之相伴的城市积水、管道超载、雨水水质问题也愈发严重。而机场作为城市中的高强度开发地区,拥有大面积硬化地面,机场的建设过程中,机场的生态环境也受到严重影响,大量植被遭到破坏,水土流失较严重。在遇到大暴雨的情况下,我国大部分机场以快排为主的雨水处理系统并不能及时处理机场的雨水,经常会造成机场低洼地面积水严重、场区面源受到污染乃至气温较高的机场还会形成热岛效应,演变出一系列的生态环境问题。这些问题严重影响了机场航空器运行安全,给机场和旅客带来了极大的不便,因此如何缓解机场洪涝以及水污染问题已经迫在眉睫。面对以上问题,除改良机场的雨水管道建设等传统措施外,还应从机场雨水管理系统方面入手,探究适用于机场的雨水设施。针对城市雨洪问题,国外很多学者也做了多种研究,并有了较成功的雨水管理系统应用案例,如美国最佳管理措施及低影响开发、新西兰低影响城市与开发等[1]。笔者拟将低影响开发理念应用于机场建设中,通过研究LID设施在机场各个区域的适用性,找到最适合用于机场各区域建设的低影响开发设施,为解决机场洪涝以及水污染问题提供技术方案。
2 低影响开发理念概述
低影响开发(Low Impact Development,以下简称LID)是由美国马里兰州环境资源部在1990年末提出的,并在2012年对LID设施的概念进行了定义,指一系列能够在降雨源头综合控制雨水径流和雨水污染的雨洪管理技术措施[2]。作为一种可持续的土地资源开发方式,LID设施强调的是通过一系列的环境友好型措施,来模拟自然水文条件,以保证土地开发前后水文条件不受到剧烈的破坏。其主要技术手段是依靠相应的设施有效管理雨水来降低城市化对雨水径流造成的影响,并利用自然景观的设置,通过“渗、滞、蓄、净、用、排”等手段在降雨源头实现对雨水的分散控制。这种可持续性的、分散化的径流源头控制概念和技术的核心思想是在场地开发后尽可能降低对原有水文状况的影响。它的具体设计步骤就是将研究区域的自然水文条件通过能够控制雨水的水文景观来模拟管理,综合利用场地水文功能设计和水污染防治措施,减轻土地开发过程中对水文特别是水质的影响。LID设施主要分为两大部分,一部分是降水径流过程中的源头调节,另一部分是对雨水的终端调节,其中源头调节又包含透水路面、滤草带、下沉式绿地等,终端调节包括贮水池、雨水槽等多种分类。这类LID具体措施不仅仅解决了城市内涝现象,还增加了城市绿化生态景观。LID具体措施从作用和原理上主要可分为4类,即过滤具体措施、收集具体措施、渗透具体措施和生物滞留措施。
3 LID设施建设总体规划和布局
与传统的以快速排水和末端集中处理为主的机场雨水管理设施相比,机场LID设施在综合考虑水文地质、降雨气候等条件的基础上,结合机场功能区划分和水质特点,通过“渗、滞、蓄、净、用、排”6大子系统综合治理内涝。根据机场的下垫面类型、地形数据与机场不同功能区特征相结合,机场汇水区可初步划分为7大汇水区,即飞行区、航站区、货运区、工作区、生活区、油库区和机务维修区[3]。同时,考虑到机场飞行管控要求和跑道硬质化铺装等要素,筛选出适合在机场区域使用的LID技术[4],详见表1。
本研究以天津滨海国际机场作为研究对象,根据天津机场的功能分区以及雨水污染类型,将天津机场分为多个LID设施建设单元,并按照每个建设单元的特征,在每个管控单元建设不同的LID设施,如图1所示。
图1 天津滨海国际机场各功能分区LID设施建设
4 LID设施在机场中的具体应用
机场LID技术设施的布局基本上是由绿色和灰色相结合的雨水处理设施组成,从源头到末端,包括绿色屋顶、透水路面、下凹式绿地、植草沟、调节池、蓄水池、泵站和污水处理厂等。
4.1 飞行区和维修区LID技术的应用
天津机场的跑道、滑行道、停机坪等区域组成了飞行区。飞行区作为一个机场的核心区域,其建设在排水系统和鸟类吸引等方面有着极其严格的要求。为了保证机场航空器飞行安全,机场跑道、站坪、滑行道的建设必须严格执行民航业相关规定。LID设施在飞行区的建设主要采用“排、净”措施,谨慎采用“渗、滞”等措施[5]。除此之外,跑道、站坪雨水中碳氧化合物和固体颗粒含量较高,且站坪除冰时使用的除冰液未经处理直接排放,会对雨水径流和下游水体污染影响巨大,因此应先进行初期雨水处理后再排入雨水调蓄池或污水管网中。另外,飞行区在鸟类吸引方面有着特殊的要求,因此飞行区草地内不宜建设人工湿地,防止吸引鸟类,影响到飞行区航空器飞行安全。综上所述,调节池和蓄水池是比较适用于建设在天津机场飞行区的LID设施。
机务维修区主要问题是雨水径流含有大量的油污,同时修理使用了大量的化学制剂,水质成分复杂。因此,机务维修区适用的LID设施为隔油沉沙井。机务维修区雨水径流通过隔油沉沙井的隔油、沉沙作用后,大量污染物得到去除,雨水径流得到初步净化。飞行区和机务维修区LID主要技术路线,如图2所示。
图2 飞行区和机务维修区LID主要技术路线
4.2 航站区LID技术的应用
天津滨海机场共有T1、T2航站楼2座主体建筑物,航站楼屋顶雨水排水量巨大,雨水径流污染物初始浓度较高,是造成机场面源污染的主要原因之一。降雨历时延长可以降低雨水的污染物浓度,因此适用于天津机场航站区的LID设施主要是绿色屋顶、雨水花园等生物滞留设施以及雨水回收利用设施,其作用是使屋面雨水径流初步下渗,同时延长雨水径流历时,达到净化雨水的目的,并回收利用一部分雨水。在航站区的停车场和道路等地面设施上,主要铺设新型透水铺装,进一步下渗雨水,削减降雨时的峰值流量并净化雨水。航站区LID主要技术路线,如图3所示。
图3 航站区LID主要技术路线
4.3 公共区LID技术的应用
在天津滨海国际机场的生活区、工作区以及货运区中,生活区域可能会导致雨水、生活用油和废水的混合流动;工作区域的雨水质量在初始降雨期间可能受到轻微污染,但相对清洁;货运区的室外堆场及特种仓库可能有点源或面源污染,对雨水水质带来较大的冲击负荷[6]。由于这3个区域结构相近,有大量人员出入,因此统称为公共区。公共区的LID建设单元可分为公共区道路、绿地、建筑及广场3个部分。
机场公共区道路中,人行道和非机动车道应采用新型透水铺装,在保证其抗压抗拉强度的同时,增加路面的透水透气性,削减峰值流量,回补地下水。在人行道的绿化带、分车带和红线以外的绿地上安装生态滞留设施,使道路径流首先流向生态滞留设施,进水口处应根据现场实际情况设置;同时,雨水溢流设施应安装在生态滞留设施中,多余的径流溢出到市政雨水收集系统中。
机场公共区绿地建设首先应满足《公园设计规范》的要求,为游客提供休息的场所,综合考虑LID设施要求,在绿地内建设植草沟、新型透水铺装和雨水花园等LID设施,在吸收自身及周边的雨水、降低径流外排量的同时,营造机场景观。
机场公共区建筑及广场的LID设施的建设应与绿地建设同步进行,两者相辅相成,以达到雨水径流控制的目的和要求。适用于公共区建筑的LID设施有绿色屋顶、新型透水铺装、雨水花园、植草沟和净化渗透检查井等。公共区建筑物的屋顶应铺设绿色屋顶,广场地区应适用新型透水铺装,雨水沟所在位置设置植草沟,并在工作区额外设置净化渗透检查井,净化渗透雨水,延长径流持续时间。公共区LID主要技术路线,如图4所示。
图4 公共区LID主要技术路线
5 结论
在我国城市发展的过程中,城市洪涝问题以及雨水污染问题随之变得越来越严重,因此给人们带来的经济损失和社会影响也日益严重。而机场作为大型公共基础设施和城市中的高强度开发地区,其洪涝和水污染问题能否解决,不仅关乎着机场运行的安全,还影响到整个城市雨水循环系统。本文以天津滨海机场为研究区域,结合LID理念,探索了LID设施在机场各个区域中的详细应用。除此之外,笔者还提出了相关雨水利用方法,可以一定程度上节约机场用水,缓解我国水资源短缺的问题。由于我国对于机场LID的研究尚少,本文为更好地实现机场的可持续发展提供了方法,同时未来相似的高强度开发地区的LID设施的设置也可以从本文中得到启发。