青岛胶东国际机场生态海绵城市建设实践

宗萍萍，周 航，陈凤琴

（1.山东省水利科学研究院，山东省水资源与水环境重点实验室，山东 济南 250014；2.青岛国际机场集团有限公司，山东 青岛 266300）

2014 年10 月11 日，青岛胶东国际机场获国务院、中央军委联合批复。一期建设面积15.4 km2，建设2 条跑道，其中东侧跑道按照4F 标准规划设计，西侧跑道按照4E 标准规划设计；远期规划面积约30.7 km2，满足年旅客吞吐量5 500 万人次需求。2015 年10 月，青岛胶东国际机场工程正式开工，2021 年8 月2 日正式从原青岛流亭机场转场运营。

1 雨水外排条件

青岛胶东国际机场位于青岛胶州市东北的碧沟河、南胶莱河和大沽河三河交汇处，场址地势低洼。机场总平面大体上划分为飞行区、航站区、货运区、机务维修区、工作区五大部分。为节省土石方工程投资，机场采用土石方自平衡的建设方案，防洪排涝体系采用“围起来、排出去”的策略。“围”即根据新机场场址与3 条河道的相对关系，主要是利用西南侧碧沟河、东侧南胶莱河和大沽河河道堤防与西北侧的防洪堤对自身区域进行包围保护，防止外围洪水侵入；“排”即采取强排的方式将新机场区域内部涝水外排，满足内涝防治设计重现期50 年一遇的设计标准，以航站楼为高点，分别向四周划分汇水面积，共建设5 个雨水系统。采用“蓄排平衡”的排水方式，1～4 号排水分区分别汇入1～4 号调蓄水池；机场1#、2#、3#调蓄水池经排涝泵站“强排”提升后，最终汇入改道碧沟河；机场4#调蓄水池经排涝泵站“强排”提升后，最终汇入南胶莱河；5 号排水分区为机场南工作区，全部采用重力流排放，雨水汇集至下游“韩信沟”低点，经韩信后排涝泵站，最终进入大沽河。

2 生态海绵机场建设指标确定

2.1 年径流总量控制率

采用“源头控制+末端调蓄”的整体策略，源头新建地块通过目标管控，确定年径流总量控制率目标。飞行区采用跑滑区部分绿地下凹处理，市政道路人行道和非机动车道透水铺装，并在适宜条件下收集机动车道雨水，末端调蓄池对雨水径流进行兜底控制。

图1 新机场年径流总量控制策略

根据《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》[1]中规定，结合机场各分区建设内容，加权平均计算得出各个分区的径流系数。源头控制调蓄容积等于各具有调蓄功能的生态海绵低影响开发设施调蓄容积之和，其中各生态海绵低影响开发设施调蓄容积等于各设施面积与蓄水深度的乘积，而调蓄容积等于调蓄设施个数与调蓄设施容积乘积。采用《海绵城市建设指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》[2]容积法来反算设计降雨量。

式中，H 指各地块的设计降雨量，V 指各地块的源头控制调蓄容积，φ 指各地块的综合雨量径流系数（海绵措施实施后），F 指各地块的面积。

各功能区分别计算年径流总量控制率后，根据汇水面积加权平均，得到源头控制调蓄容积，反算出各分区对应设计降雨量25.5 mm，计算出源头控制部分年径流总量控制率为72%。根据调蓄池防洪功能，最高蓄水高度按1 m 计算，考虑池底存在死库容和淤积影响，机场四个调蓄池总容积按19.06 万m3计算，反算调蓄池对应设计降雨量为18.2 mm。考虑末端调蓄池的调蓄容积后，反算整个机场建设对应的设计降雨量为43.7 mm。计算全场区整体年径流总量控制率为85%。数据详见表1。

表1 青岛胶东国际机场年径流总量控制率计算汇总表

2.2 水环境质量及污水处理率

采用的控制策略为点源全收集全处理，面源污染源头减排，末端调控。依据《青岛新机场工程环境影响报告书》，场内污废水均经处理后排放，雨水不影响地表水水质。在污水全收集全处理、雨水调蓄的基础上，机场建设加大地块内部源头控制，进一步净化雨水，在上游来水为III 类的条件下，可实施不影响III 类水质达标的目标。点源污染中生活污水和生产污水经污水管网和泵站提升后进入崇杰污水处理厂和规划韩家村污水处理厂处理；其中餐饮、机务维修区废水和车辆设施清洗废水经隔油池、沉淀或沉砂池预处理达标后再接入市政管网。

2.3 城市面源污染控制

根据《海绵城市建设指南—低影响开发雨水系统构建（试行）》[3]，源头地块的生态海绵低影响措施对面源污染（以SS 计）具有一定的削减作用，即年SS 总量去除率=年径流总量控制率×生态海绵低影响措施对SS 的平均去除率，其中下沉式绿地、绿色屋顶、透水铺装等设施SS 的平均去除率取值分别是30%、70%和80%；根据年SS总量去除率=年径流总量控制率×生态海绵低影响措施对SS 的平均去除率，分别计算源头地块对面源污染的削减量，核算源头地块对面源污染削减总量的贡献率为30.6%。

雨水调蓄池可以通过合理的设计，可以起到雨水沉淀池的效果。根据左晓俊[4]、胡荣庭[5]所得的城市降雨中不同粒径颗粒分布和沉淀去除效率，调蓄池停留时间按24 h 考虑，蓄水高度为1 m，计算一般雨水调蓄池对于SS 的去除效率为82%。同时，考虑到新机场雨水调蓄池以保障防洪安全为主，在雨量较大时通过泵站外排雨水，其对应年径流总量控制率为63%。综合计算青岛胶东国际机场调蓄水池对面源污染物（以SS 计）的削减率为53%。调蓄池的沉淀作用进一步削减SS，经计算调蓄池对面源污染削减总量的贡献率为35.9%。机场场区整体面源污染削减率（以SS 计）为66.5%，见表2。

表2 新机场面源污染物削减率（以SS 计）整体计算表

2.4 雨水资源利用率和污水再生利用率

采用“雨水和再生水联用”策略，优先使用雨水。飞行区、货运区和机务维修区主要为雨水资源利用，通过建设地块内部雨水利用设施和从3号调蓄池取用雨水，进行旱天道路浇洒和绿地浇灌。航站区和工作区通过建设再生水管网，雨季时1#、2#雨水调蓄池内水位较高，雨水经处理设施处理后去除SS、COD、病原微生物等污染物，可满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2002）作为非常规水水源；非雨季时可通过购买崇杰污水处理厂的再生水作为水源，用于绿化浇灌、道路浇洒，部分地块建筑内部冲厕、2#能源站及能源中心冷却用水补充水等。

以青岛市典型年2012 年降雨量为数据基础，计算新机场雨水资源利用率。2012 年降雨量632.9 mm，大于2 mm 降雨日47 d，据计算统计，青岛胶东国际机场年可利用雨水量为70 万m3。根据《海绵城市建设绩效评价与考核指标（试行）》（建办城函〔2015〕635 号），雨水资源利用率指雨水收集并用于道路浇洒、园林绿地灌溉、市政杂用、工农业生产、冷却等的雨水总量（按年计算，不包括汇入景观、水体的雨水量和自然渗透的雨水量），与年均降雨量（折算成毫米数）的比值，计算青岛胶东国际机场雨水资源利用率为7.4%。根据新机场控规给水工程规划，新机场预测近期年污水总量约865 万m3，再生水使用量147 万m3。计算青岛胶东国际机场污水再生利用率为17%。

3 生态海绵机场建设实践

青岛胶东国际机场通过落实“源头减排—过程控制—系统治理”的生态海绵城市建设思路，形成全场分布的源头低影响开发措施体系。新建地块根据管控目标进行地块内生态海绵城市建设设计和施工；市政道路全部采用人行道和非机动车道透水铺装、街旁下凹式绿地，并设置生物滞留设施，收集净化机动车道雨水；飞行区在充分保障飞行安全的条件下进行下凹式绿地设计；通过现状低洼地区和末端调蓄水池，满足新机场防洪需求，解决内涝隐患。青岛胶东国际机场通过“灰绿结合，突出绿色”的海绵措施，实现全部海绵城市建设规划目标指标。根据国务院文件、住房城乡建设部印发的《海绵城市建设绩效评价与考核办法（试行）》（建办城函〔2015〕635 号）及《青岛市海绵城市专项规划（2016-2030）》，结合新机场海绵城市建设实际问题和需求，青岛胶东国际机场工程海绵机场建设指标完成对比情况见表3。

表3 青岛胶东国际机场工程海绵机场建设指标完成对比情况

4 建设经验总结

4.1 蓄排平衡体系，保障低洼场区水安全

青岛胶东国际机场最大的问题和风险在于机场场平远低于周边河道洪水位，防洪防涝安全是重中之重。机场通过“蓄排结合”的方式建设4座大型调蓄水池和配套泵站，利用模型模拟技术，将调蓄水池消减峰值流量和强排泵站的不同规模相结合，确定最优规模，达到机场设计的50年一遇排涝标准。工程的实施大大减少了填方量，降低了项目投资，为其他类似低洼地势场区建设或城市开发的内涝防治手段提供了切实可行的解决方案。

4.2 综合人工湿地，示范大型公建海绵建设

新机场航站区综合海绵工程建设为类似大型公共建筑的屋面雨水收集、人工湿地建设、雨水回用系统、海绵措施与传统措施综合利用等提供了很好的实践示范。该工程实施后，航站区径流总量控制率可达到约85%，SS 综合去除率可达66.5%，同时可减少大型公共建筑内涝风险，充分利用雨水进行景观补水，具有极佳的景观视觉效果。

4.3 雨水再生水联用，利用非常规水资源

采用“雨水和再生水联用”的非常规水资源利用策略，通过管网建设，使用雨水调蓄池和再生水厂作为非常规水利用的双重水源。一方面充分利于调蓄水池蓄积雨水，建设雨水处理站，将处理的雨水广泛应用于机场其他功能区的道路浇洒、绿化浇灌、冷却水补水，机场水资源利用率可达7.4%（典型年2012 年降雨量计算）；另一方面在雨水量不足的情况下，回用再生水，达到绿色机场建设的水资源生态循环特色，再生水回用率可达17%；每年可替代自来水约217 万m3，占总用水量的19%。

4.4 制定综合措施，探索北方城市道路海绵建设

针对青岛市特点的市政道路雨水收集，机场建设将含有机污染和重金属污染较为严重的机动车道路的初期雨水径流引入碎石沟、下凹式绿地、雨水花园、潜流式湿地进行处理，对城市面源污染中最严重的市政道路污染进行控制。该工程的实施对青岛市市政道路海绵城市设计和建设方案，乃至北方地区市政道路的雨水收集、消纳、处理的探索，都具有一定意义。

青岛胶东国际机场的建设实现了低影响开发措施的综合集成和系统运用，按照“海绵机场”建设思路，构建了融雨洪调蓄、水体景观、地下水补给、生物多样性保护等多功能为一体的生态基础设施，充分发挥了海绵机场的综合生态服务示范作用。