利用市政雨水系統(tǒng)優(yōu)選城市河道配水噪音解決方案
——以杭州市環(huán)通段船閘改造為例

李 鵬，石建榮，吳文峰

(1.杭州市城市河道保護(hù)管理中心，浙江 杭州 310002；2.龍游縣林業(yè)水利局，浙江 龍游 324400；3.中水珠江規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，浙江 杭州 310020)

杭州市環(huán)通段船閘位于東河與中河溝通段的下游側(cè)，日常用于承擔(dān)由中河向東河配水、旅游及河道保潔船只通航、防汛泄水等主要功能[1-3]。為滿足東河配水需求，日常利用船閘自身兩側(cè)充、泄系統(tǒng)向東河進(jìn)行24小時全天候配水，實際使用中，充、泄系統(tǒng)原有功能由原來過船時的充、泄水功能變?yōu)殚L期不間斷運(yùn)行。由于水位落差較大，配水過程中下游出水口處水流流速過大，兩側(cè)出口水流對沖，造成流態(tài)不穩(wěn)定，且出水口處河道較窄，不能充分消除水能，造成出口水聲較大[4-5]。日常配水水聲對居民起居生活造成了一定影響[6-8]。本文以杭州市環(huán)通段船閘改造工程為例，提出3種改造方案，綜合分析防噪效果、施工難度及影響、與周邊景觀協(xié)調(diào)影響及工程投資，提出利用船閘范圍內(nèi)既有市政雨水系統(tǒng)進(jìn)行配水的最優(yōu)改造方案。

1 現(xiàn)狀與存在問題

杭州市環(huán)通段船閘改造前在實際使用中，充、排水廊道使用功能發(fā)生重大變更，由原來過船時的充、排水功能變更為長期配水運(yùn)行，由此引發(fā)船閘兩側(cè)的擋墻及底板混凝土結(jié)構(gòu)因長期過水，底板混凝土露出配筋，護(hù)面砌石脫落，蝶閥經(jīng)常出現(xiàn)故障。在配水過程中由于水流流速過大，流態(tài)不穩(wěn)定，造成水聲較大，產(chǎn)生噪音擾民。杭州市河道保護(hù)管理中心對噪音進(jìn)行了監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，晝天室內(nèi)開窗最大噪聲分貝達(dá)到59.7 dB，夜間室內(nèi)開窗最大分貝達(dá)到60.9 dB，即使是居民關(guān)閉窗戶最大噪聲也分別達(dá)到了49.7 dB和47.3 dB。表明杭州市環(huán)通段船閘廊道配水過程存在噪音隱患，影響了居民生活質(zhì)量。此外，同時存在閘門底、側(cè)止水均有不同程度的漏水，蝶閥工作井及電纜井內(nèi)排水泵時常不能正常工作，蝶閥電機(jī)損壞、上閘首閘門偶爾會出現(xiàn)無法自動控制，手動情況下無法停止的狀態(tài)，閘室內(nèi)扶手一側(cè)脫落、及管理區(qū)鐵門損壞，不能正常使用等情況，如圖1所示。

圖1 工程改造前船閘側(cè)面與閘門工程現(xiàn)狀圖

2 改造方案比選

2.1 隔斷噪聲傳播路徑的被動防御方案

考慮船閘通航要求以及日常景觀要求，擬采用從船閘至下游斗富二橋處的河道上方增設(shè)一定弧度的透明可開啟式吸隔聲罩(吸隔聲結(jié)構(gòu)：聲源側(cè)穿孔率為：1.5%～2.0%、孔徑為1 mm的透明PC微穿孔板+空腔+8 mm透明PC板)，鋼架為不銹鋼矩形管，開啟結(jié)構(gòu)采用集中控制液壓頂。隔音板順河道方向40 m。同時適當(dāng)調(diào)整運(yùn)行管理方式，盡量避免夜間配水。

2.2 增加配水管道處理聲源的主動處理方案

為滿足配水的要求，在船閘上閘首工作閘門上游兩岸各新增一根D800鋼管代替原船閘輸水管道進(jìn)行配水，鋼管出水口下游導(dǎo)流段出水，兩側(cè)出水口位置錯開布置，出水口方向與東河水流方向平行。該方案通過工程措施改變配水出口水流對沖流態(tài)，同時將聲源引至河道下游距離居民區(qū)相對較遠(yuǎn)的位置。同時根據(jù)配水調(diào)度情況，建議運(yùn)行管理單位優(yōu)化調(diào)整配水工況的時間段，盡量避免夜間配水。

2.3 利用現(xiàn)有雨水管配水功能的主動處理方案

本方案在船閘右岸上下游導(dǎo)航墻開喇叭形的進(jìn)水口和出水口，通過管道將水引入雨水井，利用現(xiàn)有雨水井進(jìn)行配水，通過蝶閥控制水流，對現(xiàn)有高度不夠的雨水井進(jìn)行加高處理。該方案通過工程措施改變配水進(jìn)出口的流速，從而降低噪音。雨水管新增配水功能，考慮Y5雨水井現(xiàn)有高度難以滿足配水要求，需要對其進(jìn)行加高處理。 中河最高通航水位，取配水高水位6 m。

其中，局部水頭損失采用公式(1)計算：

(1)

式中：h為局部水頭損失，m；ζ為局部水頭損失系數(shù)；v為斷面平均流速，m/s；g為重力加速度，9.81 m/s2。

沿程水頭損失采用公式(2)計算：

(2)

式中：λ為沿程阻力系數(shù)；l為流段管長，m；d為圓管直徑，m；

計算結(jié)果見表1，由計算得到總水頭損失為0.906 m，因此將Y5雨水井加高至5.5 m。

表1 水頭損失計算結(jié)果

3 效果分析

3.1 噪音效果模擬

按照原有河道同比例縮小32倍進(jìn)行模擬實驗，并制作同比例單、雙導(dǎo)流板進(jìn)行源頭噪聲治理模擬實驗，通過該模擬實驗更能有效、直觀的反應(yīng)出該處噪聲的特性。實驗條件選擇無風(fēng)雨、無雷電、風(fēng)速<5 m/s。實驗工具選擇同比例縮小32倍船道模型、水管50 m、水泵2臺、水箱2臺、導(dǎo)流板、AWA6228型多功能聲級計等。實驗原始狀態(tài)與改變水流對沖狀態(tài)圖見圖2。噪音監(jiān)測變化見圖3，監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表明將兩側(cè)出水口導(dǎo)流后，可以一定程度降低噪音，室外監(jiān)測點噪音可降低約8%左右，工程實施后基本可以將噪音降低至2類環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 實驗原始狀態(tài)與改變水流對沖狀態(tài)圖

圖3 實驗噪聲監(jiān)測變化

3.2 方案效果比選

以上3種改造方案效果比選見表2，可以看出，方案一即隔斷噪聲傳播路徑的被動防御方案，施工便利，但其對景觀有一定影響，工程投資略大。方案二即增加配水管道處理聲源的主動處理方案，工程場地下有雨水管、污水管以及原基坑維護(hù)樁，管道開挖距居民房屋較近，施工期對居民出行和生活影響較大，同時，河道左岸路面下埋管線位置不明，存在管道與現(xiàn)狀管線碰撞等不可預(yù)見因素。方案三利用現(xiàn)有雨水管道進(jìn)行配水，工程投資最少，通過蝶閥控制可以滿足配水要求，施工便利。綜合多方面原因，方案三為最優(yōu)設(shè)計方案，即采用雨水管新增配水功能方案，同時建議運(yùn)行管理單位結(jié)合配水量需求，從工程運(yùn)行管理入手，降低夜間配水頻次。

表2 不同改造方案效果比選

4 結(jié) 論

本文以杭州市環(huán)通段船閘改造為例，探討了為有效解決環(huán)通段船閘日常配水噪音問題，在充分考慮船閘周邊現(xiàn)狀及既有設(shè)施的前提下，提出利用船閘范圍內(nèi)既有市政雨水系統(tǒng)進(jìn)行配水的最優(yōu)改造方案。

(1)針對環(huán)通段船閘在配水過程中由于水流流速過大，流態(tài)不穩(wěn)定，造成水聲較大，產(chǎn)生噪音擾民的問題，提出3種改造方案，分別為隔斷噪聲傳播路徑的被動防御方案、增加配水管道處理聲源的主動處理方案及利用現(xiàn)有雨水管配水功能的主動處理方案。

(2)按照原有河道同比例縮小32倍進(jìn)行模擬實驗，進(jìn)一步模擬噪音效果；同時對3種方案進(jìn)行效果比對，綜合防噪效果、施工難度及影響、與周邊景觀協(xié)調(diào)影響及工程投資，采用利用現(xiàn)有雨水管配水功能的主動處理方案綜合評價最優(yōu)。