滿麗

（中鐵第一勘察設計院集團有限公司環(huán)境與設備設計院，陜西 西安 710043）

某地鐵車輛基地總征地面積59 hm2，北側為繞城高速、西側靠近機場高速、南側為山林、東側為南防鐵路，基地范圍內以丘陵、水塘、林地和少量耕地為主，地形標高在94.0～145.0 m，地勢起伏較大，車輛基地場區(qū)控制高程117.1 m。車輛基地內設綜合檢修樓、檢修組合庫、運用庫、物資總庫、工建料棚、洗車庫、牽引混合變電所、污水處理站等建筑。該車輛基地項目定位為生態(tài)型地鐵車輛場段，在設計中需考慮項目建設對生態(tài)環(huán)境的影響，降低雨水徑流總量和峰值流量，控制徑流污染，同時需回用技術減少污水外排對環(huán)境的影響。

1 工程方案

1.1 低影響開發(fā)設計

車輛基地的建設改變了原有地形地貌特征，使場地徑流總量發(fā)生變化，為貫徹低影響開發(fā)理念，車輛基地雨水設計采用下沉式綠地、生物滯留設施、PP模塊雨水回收池、景觀雨水調蓄池等低影響開發(fā)措施，削減暴雨徑流產生的峰值和總量，延緩峰值流量出現(xiàn)時間，減少面源污染，降低對下游流域及周邊村民的影響[1]。低影響開發(fā)技術路線如圖1所示。

圖1 某地鐵車輛基地低影響開發(fā)技術路線

1.2 含油廢水處理及回用系統(tǒng)設計

車輛基地生產廢水來源于車輛檢修廢水及車輛清洗廢水，廢水中主要污染物控制項目為石油類、化學需氧量(COD)、懸浮物(SS)等，其中石油類污染物主要為潤滑油和機油，以浮油和分散油為主[2]。車輛基地生產廢水需要處理以避免對周圍水環(huán)境產生影響。其中，洗車廢水經(jīng)處理后回用，其他生產廢水經(jīng)污水處理站隔油沉淀氣浮過濾消毒工藝處理，達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920—2020)標準后回用于段內綠化和澆灑道路。含油廢水處理及回用系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 含油廢水處理及回用系統(tǒng)流程

含油廢水處理回用系統(tǒng)采用整套智能運維污水處理系統(tǒng)，包括自動加藥系統(tǒng)、砂濾罐自動反沖洗、中水回用恒壓供水系統(tǒng)等，在控制室設置集中控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場設置PLC控制系統(tǒng)及必要的在線儀表設備，各處理環(huán)節(jié)均采用智能控制系統(tǒng)以實現(xiàn)無人值守、節(jié)能節(jié)降耗的目的。

2 生態(tài)影響分析

2.1 雨水徑流總量控制

2.1.1 最低調蓄容積計算

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的徑流總量控制一般采用年徑流總量控制率作為控制目標。年徑流總量控制率與設計降雨量為一一對應關系[3]。根據(jù)《南寧市海綿城市總體規(guī)劃》要求，該車輛基地需達到徑流總量控制率76%，根據(jù)《南寧市海綿城市規(guī)劃設計導則》圖5-1、表5-1多年平均徑流總量控制率與設計降雨量對應關系，徑流總量控制率76%對應的設計降雨量為27.15 mm[4]。低影響開發(fā)設施的規(guī)模應根據(jù)控制目標及設施在具體應用中發(fā)揮的主要功能，選擇容積法、流量法或水平衡法等通過計算確定。本文選用容積法[3]計算設計調蓄容積。

式中：V為設計調蓄容積，m3；H為設計降雨量，mm；φ為綜合雨量徑流系數(shù)；F為匯水面積，hm2。

綜合雨量徑流系數(shù)φ[4]應根據(jù)下墊面種類加權平均計算，即

式中：F為匯水面積，m2；Fi為匯水面上各類下墊面的面積，m2；φi為各類下墊面的徑流系數(shù)。

根據(jù)公式（2），計算得到車輛基地綜合雨量徑流系數(shù)如表1所示。

表1 車輛基地綜合雨量徑流系數(shù)

根據(jù)公式（1）計算可知，要達到76%徑流總量控制率，低影響開發(fā)設施最低的調蓄容積(V)為5 388 m3。

2.1.2 低影響開發(fā)設施規(guī)模計算

低影響開發(fā)技術包含若干不同形式的低影響開發(fā)設施，本文主要選用透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留設施、雨水回收池、雨水調蓄池等。設施設計規(guī)模計算應根據(jù)設計目標及設施主要功能按照相應的方法計算。

（1）以滲透為主要功能的設施規(guī)模計算。以滲透為主要功能的設施規(guī)模計算參考《海綿城市建設技術指南》4.8.3的計算方法。透水鋪裝和綠色屋頂僅參與綜合雨量徑流系數(shù)的計算，其結構內的空隙容積一般不再計入總調蓄容積[3]。下沉式綠地、生物滯留設施等以滲透為主要功能的設施計算總調蓄容積應符合：頂部和結構內部有蓄水空間的滲透設施的滲透量，計算如下。

滲透設施的有效調蓄容積V[3]為

式中：Vs為滲透設施頂部和結構內部蓄水空間的容積，m3；Wp為滲透設施滲透量，m3。

滲透設施滲透量(Wp)計算為

式中：K為土壤(原土)滲透系數(shù)，m/s；J為水利坡降，一般可取1；As為有效滲透面積，m2；ts為滲透時間，s，指降雨過程中設施的滲透歷時，一般可取2 h。

（2）PP模塊雨水回收池及雨水調蓄池設施規(guī)模計算。由于雨水調蓄、回用設施具有控制峰值及資源化利用的功能，本文中對其設施規(guī)模的計算，參考更具有針對性的《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術規(guī)范》(GB 50400—2016)[5]中的計算方法。根據(jù)該規(guī)范中3.1.3建設用地內對雨水徑流峰值進行控制，需控制利用的雨水徑流總量應按公式（5）計算，即

式中：W為需控制及利用的雨水徑流總量，m3；φc為雨水徑流系數(shù)，PP模塊雨水回收池收集屋面雨水硬屋面、徑流系數(shù)取0.85，雨水調蓄池收集場區(qū)雨水、綜合徑流系數(shù)0.597；φo為控制徑流峰值所對應的徑流系數(shù)，規(guī)劃無要求時，取0.2～0.4；hy為設計日降雨量，mm，根據(jù)該規(guī)范附錄A，取90.3 mm；F為匯水面積，hm2，本文PP模塊雨水回收池收集屋面雨水，對應硬屋面面積F為22 300 m2，雨水調蓄池收集場區(qū)北側雨水，對應雨水匯水面積F為131 000 m2。

通過采用不同計算方法對滲透設施規(guī)模、PP模塊雨水回收池及雨水調蓄池設施規(guī)模進行計算，采用各種低影響開發(fā)設施控制雨水量如表2所示。

表2 采用措施控制雨水量計算

經(jīng)計算，采用各種措施控制雨水量為5 885 m3，根據(jù)公式（1）計算消納的雨水降雨量為29.65 mm，對應的年徑流總量控制率可達到77.61%，滿足《南寧市海綿城市總體規(guī)劃》中76%的要求。

2.2 雨水污染物總量控制

低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)的年SS總量去除率等于年徑流總量控制率與低影響開發(fā)設施對SS的平均去除率的乘積[4]。在《南寧市海綿城市規(guī)劃設計導則》中低影響開發(fā)設施比選一覽表中可查得各項措施的污染物去除率(以SS計，%)，如表3所示。加權平均后，污染物去除率計算值為71.86%，結合年徑流總量控制率計算值77.61%，得出本項目建成后整個建設用地年徑流污染去除率為55.77%。

2.3 雨水峰值流量控制

為降低場內雨水峰值流量，該車輛基地在咽喉區(qū)建設雨水調蓄池，雨水調蓄池采用水生態(tài)系統(tǒng)修復技術，通過構建“原位水體生態(tài)凈化”生物系統(tǒng)恢復沉水植物群落，利用沉水植物對營養(yǎng)物質的凈化功能改善水體水質，營建綠色生態(tài)的自然生態(tài)景觀，再通過調整生態(tài)系統(tǒng)平衡，形成穩(wěn)定的生態(tài)食物鏈，使修復后的水體能夠實現(xiàn)自我凈化的功能[5]。

雨水調蓄池設計參數(shù)：面積9 000 m2，有效容積18 900 m3，有效高度2.1 m。池底高程111.4 m，場內標高117.1 m，池深5.7 m。景觀雨水調蓄池的建設，可將場內雨水峰值流量由2.90 m3/s降至0.91 m3/s，減少了對下游河道的影響。調蓄池生態(tài)系統(tǒng)對水質的凈化使排入下游的雨水水質也得到控制，減小了對下游生態(tài)的影響。雨水調蓄池設計方案如圖3所示。

圖3 雨水調蓄池設計方案

2.4 雨水收集回用

雨水徑流總量控制可通過雨水滲透和集蓄利用2個途徑予以實現(xiàn)[6]。該車輛基地在運用庫及檢修組合庫雨水末端設置3座PP模塊雨水回收池，總容積906 m3，處理后雨水泵入廠區(qū)回用水管道，多余雨水溢流至廠區(qū)雨水管網(wǎng)。PP模塊雨水回收池設回用系統(tǒng)，收集后雨水經(jīng)沉淀消毒后，由回用水供水系統(tǒng)接入場區(qū)回用水管網(wǎng)。該回用系統(tǒng)示意如圖4所示。

圖4 PP模塊雨水收集回用系統(tǒng)示意(單位：mm)

2.5 生產廢水處理后回用

采用隔油沉淀氣浮過濾處理含油廢水后可減少廢水外排量150 m3/d。處理后出水通過中水回用供水設備及場區(qū)綠化噴灌裝置回用于場區(qū)綠化澆灑、道路澆灑，每年節(jié)約新鮮水用量2.06×104m3。

2.6 水量平衡分析

2.6.1 雨水收集量分析

PP模塊雨水回用池具有雨水回用功能，針對PP模塊雨水回用池進行雨水收集量分析。

（1）PP模塊雨水回收池日、年雨水收集量計算。根據(jù)公式（5）計算PP模塊雨水回收池雨水收集量，按照《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術規(guī)范》(GB 50400—2016)附錄A，當hy為設計日降雨量，取90.3 mm時，PP模塊雨水回收池日雨水收集量為906 m3；當hy為設計年降雨量，取1 309.4 mm時，PP模塊雨水回收池年雨水收集量為13 140 m3。

（2）PP模塊雨水回收池日降雨量控制及利用率。根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術規(guī)范》(GB 50400—2016)[7]，建設場地日降雨控制及利用率應按下式計算，即

式中：fk為建設場地日降雨控制及利用率；WP為建設場地外排雨水總量，m3；hP為日降雨量，mm，根據(jù)該規(guī)范附錄A，取值為90.3 mm；Fz為PP模塊雨水回收池收集屋面雨水對應的硬屋面面積，為22 300 m2。

建設場地外排雨水總量WP應按下式計算，即

式中：φz為建設場地綜合雨量徑流系數(shù)，取值為0.597(見表1)；VL為雨水控制及利用設施截留雨量，m3，即雨水回收池容積，為906 m3。

經(jīng)計算，建設場地日外排雨水總量為17 014 m3，建設場地日降雨控制及利用率為43.30%。

2.6.2 綠化、道路澆灑需水量計算

根據(jù)《南寧市海綿城市規(guī)劃設計導則》，綠化灌溉年均用水定額0.22 m3/m2[4]，車輛基地綠化面積76 115 m2，則全年綠化用水量16 745 m3。根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB 50015—2019)[8]，車輛基地道路澆灑用水量2 L/(m2.d)，車輛基地硬化路面63 450 m2，則道路澆灑日用水量126.9 m3，參考《民用建筑節(jié)水設計標準》(GB 50555—2010)[9]中5.1.9的規(guī)定，道路沖洗每年按灑水30次計算，得出道路澆灑年用水量3 807 m3。

2.6.3 水量平衡分析

將雨水和生產廢水作為回用水，與基地綠化和道路澆灑所需用水進行水量平衡分析，如表4所示。

表4 水量平衡分析 m3

由表4可以看出，本項目可收集的雨水及生產廢水產生的回用水量多于用水量，可滿足將雨水、生產廢水回用于廠區(qū)綠化澆灑、道路澆灑的用水需求，多余雨水量可排入景觀水體或雨水管網(wǎng)。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟效益分析

雨水回用及廢水處理回用的運行費用主要為設備能耗費用及藥劑費用。雨水回用系統(tǒng)運行功率為9.2 kW/座，消毒采用氯片，投加量3 mg/L。生產廢水深度處理系統(tǒng)運行功率21.5 kW，消毒采用二氧化氯，投加量10 mg/L。車輛段所在城市電費0.632 8元/(kW·h)，非居民用水水費2.99元/m3。計算雨水及廢水回用系統(tǒng)運營成本，結果如表5所示。

表5 雨水及廢水回用系統(tǒng)運營成本 萬元

由表5可以看出，雨水及生產廢水回用系統(tǒng)年運行成本共需3.43萬元，未采取回用水時年新鮮水使用成本為6.15萬元，項目采用雨水及生產廢水回用系統(tǒng)后可節(jié)約水費2.72萬元/年。

3.2 環(huán)境效益分析

車輛基地低影響開發(fā)系統(tǒng)有效發(fā)揮了其對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化等作用，控制了徑流總量、徑流峰值和徑流污染。低影響開發(fā)設施建設后，車輛基地徑流總量控制量達到77.61%，減小了廠區(qū)外排雨水流量，減小了對周邊水環(huán)境的影響。

低影響設施開發(fā)的建設起到了一定的錯峰、延鋒作用，同時PP模塊雨水回收池及景觀雨水調蓄池的建設也大幅削減了雨水峰值流量，減輕暴雨時管網(wǎng)排放壓力，實現(xiàn)峰值控制目標，減輕防洪壓力[10]，達到了內澇防治要求。

低影響開發(fā)設施的建設對雨水中污染物有一定的去除作用，本項目建設后，年SS總量去除率可達55.80%，減小了對周邊水環(huán)境的污染。生產廢水處理系統(tǒng)出水水質達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》(GB/T 18920—2020)標準，每年減少外排水量5.48萬m3、COD排放量20.26 t、SS排放量3.78 t，降低了對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響。

4 結束語

地鐵車輛基地工程項目采用低影響開發(fā)設施和污水處理回用設施后，可降低工程建設對生態(tài)環(huán)境的影響。工程建設后，可實現(xiàn)控制雨水量5 885 m3，場地內年徑流總量控制率77.61%，年污染物控制率55.80%，降雨控制及利用率43.3%，降低雨水下泄流量1.99 m3/s，降低廢水外排量150 m3/d，年節(jié)約新鮮水用量2.06×104m3，年節(jié)約水費2.72萬元。