論文導讀：虹橋綜合交通樞紐雨水綜合利用的必要性。雨水直接利用。雨水間接利用。雨水直接利用，虹橋綜合交通樞紐雨水收集與利用。
關鍵詞：虹橋綜合交通樞紐，雨水直接利用，雨水間接利用
1．虹橋綜合交通樞紐雨水綜合利用的必要性
隨著城市化進程的加快，傳統(tǒng)的雨水收集和快排管理方式顯現(xiàn)出很多弊端，如雨水徑流系數(shù)提高、洪水流量過程線變陡、排澇災害風險加大、初期雨水徑流污染加重等，相應的設施建設投資和運行費用也隨之增加，同時引發(fā)了地面沉降、水資源短缺等水生態(tài)環(huán)境問題。上海虹橋綜合交通樞紐作為集軌、路、空三位一體的超大型交通樞紐中心，在區(qū)域建設過程中也遇到上述雨水問題。
上海虹橋綜合交通樞紐為我國最大的綜合交通樞紐，規(guī)劃面積約26.26km2。為滿足樞紐建設的需要，區(qū)域內(nèi)土地規(guī)劃和各分區(qū)用地性質都發(fā)生了根本性的變化，不透水面積比例高達80%，區(qū)域內(nèi)河道水系調(diào)整后基本分布在外圍，河道水面率不到5%。可以預見的是，虹橋樞紐建成后，區(qū)域內(nèi)雨水下滲量小、排水量大、面源污染威脅大、水體調(diào)蓄能力較弱、區(qū)域洪澇風險較大，其所屬的淀北片區(qū)域除澇壓力增大[1,2]。
另一方面，樞紐區(qū)域內(nèi)用于綠地灌溉和道路、廣場澆灑的雜用水量，將超過16000m3/d;能源中心的冷卻水用量預計達到13700m3/d。論文大全，雨水直接利用。市政自來水達到深度處理出水要求，而澆灌、噴灑、冷卻水等雜用水的水質要求較低，大量采用自來水，從技術、經(jīng)濟等方面均不合理。
加強雨水收集利用，一方面開拓了非傳統(tǒng)水源的利用，另一方面可削峰蓄谷，減輕排水系統(tǒng)壓力和面源污染負荷，符合“節(jié)流優(yōu)先，治污為本，多渠道開源”的城市水資源可持續(xù)開發(fā)利用戰(zhàn)略和建設和諧社會與循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展戰(zhàn)略。作為上海市重大建設工程，虹橋綜合交通樞紐在雨水綜合利用方面作出了有益的嘗試，包括對雨水徑流的收集、調(diào)蓄和凈化后的直接利用以及通過低勢綠地、景觀性蓄滲設施增加雨水入滲的間接利用。
2．雨水直接利用
2.1 概況
虹橋機場在擴建工程中建立了雨水回用系統(tǒng)，將機場2號航站樓和新建機場跑道上收集的雨水，經(jīng)過混凝、沉淀、過濾處理后作為綠化澆灌、道路澆灑、能源中心冷卻水和航站樓沖廁用水。
虹橋機場擴建區(qū)域總面積約5.6km2，包括2號航站樓、停機坪、跑道、工作區(qū)等，分為南北兩個雨水分區(qū)，雨水系統(tǒng)由排水明渠、調(diào)節(jié)水池和泵站組成。此次雨水回用工程中，采用的雨水收集調(diào)蓄設施為北部雨水分區(qū)的調(diào)節(jié)池，匯水面積約為2.3km2。
2.2 水量和水質
2.2.1 水量平衡分析
�。�1）可利用雨水量計算
匯水區(qū)域內(nèi)主要下墊面為屋面、停機坪、跑道等硬質材料，綜合徑流系數(shù)以0.9計算。虹橋機場位于上海市閔行區(qū)，根據(jù)該區(qū)多年月平均降水量、綜合徑流系數(shù)和匯水面積，計算匯水區(qū)域月平均可收集徑流雨水總量。（2）用水量計算
虹橋機場擴建區(qū)域內(nèi)的雨水回用水主要將用于工作區(qū)內(nèi)的綠化、場地澆灑、能源中心補給水以及航站樓衛(wèi)生潔具沖洗用水。
根據(jù)能源中心、航站樓的最終設計方案，能源中心冷卻補給水量（僅炎熱季節(jié)使用，每年5月～9月）為4300m3/d，航站樓（遠期）衛(wèi)生潔具沖洗用水量為1650 m3/d，兩者的高峰小時用水量分別為180m3/h、190 m3/h�？紤]到夏季多雨，機場內(nèi)綠化、場地澆灑可直接利用降水，其它季節(jié)由于降雨較少，需利用中水進行澆灑作業(yè)，而此時能源中心基本不需補給水。為此處理站的規(guī)模擬確定為航站樓衛(wèi)生潔具沖洗用水水量與能源中心冷卻補給水量之和，約為6000 m3/d。
根據(jù)供水規(guī)劃，場內(nèi)道路廣場用地約7.2hm2，倉儲用地約15 hm2，綠化面積約1.99hm2，地面沖洗用水量為2～3 L/（m2·次），綠化澆灑用水量為2～3 L/（m2·次），按每天沖洗澆灑2次計，場內(nèi)道路、綠化用水量約為1452m3。為此非夏季用水量為3105m3/d。
未預見用水量均以10％計，則炎熱季節(jié)（5月～9月）設計用水量為6600m3/d，非炎熱季節(jié)（10月～4月）設計用水量為3400m3/d。
Fig. 1 Comparison of available and designrainwater quantity of water reuse system in Hongqiao Airport expansion project
由圖1可知，在5月、10～12月，可利用雨水量略少于設計用水量，而降雨本身具有時空分布差異和不確定性，因此，為保障用水安全，應選擇備用水源。通過對備用水源位置、水質、水量等綜合因素的考慮，選擇擴建區(qū)域北側的張正浦作為備用水源。論文大全，雨水直接利用。
�。�4）調(diào)蓄水量分析
水源水量除了與降水條件有關，還與雨水調(diào)蓄池的容積密切相關。本工程中雨水調(diào)蓄池采用北區(qū)雨水系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池有效水深為2.8m，池容約18.4萬m3，如考慮調(diào)蓄容積占有效容積的30％，則可調(diào)蓄水量為5.52萬m3，即炎熱季節(jié)可儲存8天用量，非炎熱季節(jié)可儲存16天用量，基本能保障匯水區(qū)域內(nèi)可利用雨水量得到最充分的調(diào)蓄回用。
2.2.2 水質
（1）用戶對水質的要求
本工程潛在再生水用戶為航站樓衛(wèi)生潔具的沖洗用水、園林綠化用水、道路澆灑等市政用水和能源中心冷卻水補水等。
根據(jù)以上用水方向，按照《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920－2002）的要求，確定再生水水質指標如表2所示。
Tab. 2 Quality standard of reclaimed water（mg/L）
2）水源水質
在設計過程中，機場雨水調(diào)節(jié)池尚未建成，因此，以浦東機場調(diào)節(jié)水池作為替代。由于兩座機場采用相同的排水體制（均為由排水明渠、調(diào)節(jié)水池、泵站組成的獨立排水系統(tǒng)），同時兩座機場周邊均無大型工業(yè)企業(yè)外排污水，因而不存在污水通過土地滲流影響周邊水體的情況，兩者水質差異不大。
通過取樣分析機場飛行區(qū)調(diào)節(jié)水池雨水水質如表3所示。
Tab. 3 Water quality of equalization tank in PudongAirport
備用水源張正浦的水質如表4所示。
Tab. 4 Water quality of Zhangzhengpu river
比較表2、表3和表4可知，雨水回用工程凈化處理的主要控制指標為濁度和總大腸菌群。
2.3 效益分析
在雨水直接利用工程中，雨水調(diào)蓄池和雨水處理設施是主要工程構筑物[3]。本工程利用機場雨水系統(tǒng)中原有的調(diào)節(jié)池作為雨水調(diào)蓄池，大大降低了雨水收集調(diào)蓄的投資成本，工程投資主要集中在雨水處理設施方面，約為1000萬元。
處理裝置產(chǎn)水量按90%計，則年產(chǎn)水量為170.4萬m3/a，雨水處理費用成本按0.7元/m3計(不包括折舊)，自來水費用按2.5元/m3計，每年節(jié)省自來水費用276萬元，按靜態(tài)投資計算，4年可回收成本，若同時考慮今后幾年水價上漲因素，可以給雨水利用留下更廣泛的空間。
3．雨水間接利用
3.1 概況
在樞紐青虹路高架（SN1路～SN3路）排水工程中，以削峰減排為設計理念，采用雨水淺層蓄滲技術，在近600m的高架道路下景觀隔離帶內(nèi)設置有效容積為1290m3的蓄滲裝置，可對13200m2高架道路全年80％的雨水徑流進行就地蓄滲處理，實現(xiàn)了雨水資源化、處理就地化、系統(tǒng)生態(tài)化、成本最小化的雨水間接利用工程設計原則。
3.2蓄滲設施設計
淺層蓄滲[4]是結合城區(qū)的功能規(guī)劃要求，在人行道、廣場的輔裝層或綠化種植土以下，在地下水位以上用多孔材料堆徹成可供短暫貯存的雨水連通空間，在多孔材料底部用滲水材料以提高下滲速率。當暴雨來臨時，雨水徑流經(jīng)初期棄流后，通過管道或溝渠方式進入多孔材料空間內(nèi)短暫儲存，暴雨過后雨水繼續(xù)下滲，超過調(diào)蓄容量的雨水外排。論文大全，雨水直接利用。
本工程中，淺層蓄滲設施設置在高架景觀隔離帶下，分為截流池和蓄滲池兩部分。論文大全，雨水直接利用。
截流池采用小孔棄流原理，在DN200的蓄滲裝置進水管管底設Ф100的棄流孔，將初期水質較差的雨水截流于池中。截流池有效高度為0.4m，底部設粗砂墊層。雨水滲透至地下，而顆粒等雜質可被截流。
淺層蓄滲裝置由上至下分別由植被層（草皮）、基質層、隔離過濾層、貯水層、滲濾層等組成。
(1)植被層：主要考慮草皮、草坪、地被植物、攀援植物等，不包括小型喬木、灌木等下面不考慮設置貯水設施。
(2)基質層：選擇滿足植物生長條件，具有一定滲透性能、蓄水能力和空間穩(wěn)定性的材料。基質改良土主要由田園土、排水材料、輕質骨料和肥料混合而成，厚度30cm～60cm。
(3)隔離過濾層：一般采用既能透水又能過濾的聚酯纖維無紡布等材料，用于阻止基質進入排水層。隔離過濾層鋪設在基質層下，搭接縫的有效寬度應達到10cm～20cm。
(4)蓄水層：一般有混凝土、塊石、PE（聚乙烯）和HDPE（高密度聚乙烯）等材料類型，利用材料之間的空隙在暴雨時短暫貯存雨水，暴雨過后再下滲，多余的雨水通過溢流外排。
(5)滲濾層：為促進雨水的下滲，在蓄水層下設置級配下滲層，厚度約100mm，采用礫石，粒徑為8-16mm，以促進雨水下滲，同時作為蓄水結構的基礎。
圖2單元淺層蓄滲設施平面布置圖
Fig. 2 Plan drawing of shallowinfiltration equipment
Fig. 3 Vertical drawing of shallowinfiltration equipment
3.3 蓄滲裝置計算
降雨過程中，蓄滲設施容納高架道路產(chǎn)生的雨水徑流，徑流發(fā)生集蓄、蒸發(fā)、下滲、溢流外排等多種水流運動，形成較為復雜的水量平衡體系，延緩高架道路徑流外排時間，增加雨水入滲補充地下水。
假設蓄滲設施及其服務區(qū)域是一個封閉區(qū)域，高架徑流通過滲透、蒸發(fā)、蓄積等途徑被處理，超出蓄滲能力的雨水排入市政管道。因此，計算時段內(nèi)，存在水量平衡關系如式（1）所示。論文大全，雨水直接利用。
（1）
式中：P0——降雨總量；
U0——初始蓄水量，在計算中取0；
D——徑流損失量，按1mm計；
E——蒸發(fā)量，較小，可忽略；
S——下滲量；
U1——結束時綠地蓄水量，即蓄滲設施的調(diào)蓄容量；
Q——溢流外排量。
下滲量S計算可通過式（2）計算。
S=60K∙J∙T（2）
式中：K——土壤穩(wěn)定入滲速率，m/s，本工程中取1×10-6m/s。J——水力坡度，垂直下滲，取J＝1；
T——計算時段，min。
青虹路(SN1路-SN3路)高架全長600m，道路面積為13200m2，設計80％的高架道路雨水進行蓄滲處理，根據(jù)上海市降雨特性，采用式（1）和式（2），計算得到調(diào)蓄雨水量U1為30mm，蓄水層有效高度取0.4m，孔隙率為0.8，所需蓄滲裝置面積為1238m2。
3.4 效益分析
本工程采用在高架道路地面景觀隔離帶下設置蓄滲裝置的方式，就地處理了5倍于裝置面積的高架道路全年80％的路面徑流，如擴大雨水蓄滲的收集面積，可有效提高削減該區(qū)域徑流量，提高排水標準，減輕排水系統(tǒng)運行負荷。
4. 結語
雨水綜合利用的推廣，除了傳統(tǒng)理念的轉變和技術進步外，關鍵在于政府相關政策的扶持，采取強制性和優(yōu)惠性并舉的措施，有利于雨水綜合利用工作的健康發(fā)展。
上海市政府目前尚未出臺有關雨水回用的政策，建議虹橋綜合交通樞紐等大型公共設施的管理部門可以先參考國內(nèi)外的一些做法[5,6]，結合區(qū)域建設的實際情況，推陳出新、因地制宜。
具體可包括：
�。�1）區(qū)域內(nèi)新開發(fā)建設的基建項目，在報建時，必須同時上報使用回用水的設計內(nèi)容，大型公共設施中可同時設置飲用水管和回用水沖廁水管，未提交以上內(nèi)容的基本建設規(guī)劃不予審查；
�。�2）大型公共設施周邊的園林綠化澆灌、景觀水池水體置換、能源中心冷卻補充水、市政道路壓塵降溫用水等低水質用戶必須使用回用水；
�。�3）在廣泛宣傳再生水的基礎上，利用經(jīng)濟杠桿，合理調(diào)整區(qū)域內(nèi)部自來水價格，給回用水的推廣有價格競爭的空間；
�。�4）成立回用水運作機構，在政策的指導下，以市場經(jīng)濟模式，開展回用水的運作。
�。�5）加大對回用水的宣傳力度，增強全民節(jié)水意識，有利于回用工作的開展和建設生態(tài)城市。
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