某地鐵車輛基地生態(tài)環(huán)境影響研究

滿麗

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司環(huán)境與設(shè)備設(shè)計(jì)院，陜西 西安 710043）

某地鐵車輛基地總征地面積59 hm2，北側(cè)為繞城高速、西側(cè)靠近機(jī)場(chǎng)高速、南側(cè)為山林、東側(cè)為南防鐵路，基地范圍內(nèi)以丘陵、水塘、林地和少量耕地為主，地形標(biāo)高在94.0～145.0 m，地勢(shì)起伏較大，車輛基地場(chǎng)區(qū)控制高程117.1 m。車輛基地內(nèi)設(shè)綜合檢修樓、檢修組合庫(kù)、運(yùn)用庫(kù)、物資總庫(kù)、工建料棚、洗車庫(kù)、牽引混合變電所、污水處理站等建筑。該車輛基地項(xiàng)目定位為生態(tài)型地鐵車輛場(chǎng)段，在設(shè)計(jì)中需考慮項(xiàng)目建設(shè)對(duì)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(shí)需回用技術(shù)減少污水外排對(duì)環(huán)境的影響。

1 工程方案

1.1 低影響開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

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

圖1 某地鐵車輛基地低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)路線

1.2 含油廢水處理及回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車輛基地生產(chǎn)廢水來(lái)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(xiàng)目為石油類、化學(xué)需氧量(COD)、懸浮物(SS)等，其中石油類污染物主要為潤(rùn)滑油和機(jī)油，以浮油和分散油為主[2]。車輛基地生產(chǎn)廢水需要處理以避免對(duì)周圍水環(huán)境產(chǎn)生影響。其中，洗車廢水經(jīng)處理后回用，其他生產(chǎn)廢水經(jīng)污水處理站隔油沉淀氣浮過(guò)濾消毒工藝處理，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2020)標(biāo)準(zhǔn)后回用于段內(nèi)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(yùn)維污水處理系統(tǒng)，包括自動(dòng)加藥系統(tǒng)、砂濾罐自動(dòng)反沖洗、中水回用恒壓供水系統(tǒng)等，在控制室設(shè)置集中控制系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置PLC控制系統(tǒng)及必要的在線儀表設(shè)備，各處理環(huán)節(jié)均采用智能控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)無(wú)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(diào)蓄容積計(jì)算

低影響開(kāi)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(biāo)。年徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量為一一對(duì)應(yīng)關(guān)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(dá)到徑流總量控制率76%，根據(jù)《南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》圖5-1、表5-1多年平均徑流總量控制率與設(shè)計(jì)降雨量對(duì)應(yīng)關(guān)系，徑流總量控制率76%對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為27.15 mm[4]。低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的規(guī)模應(yīng)根據(jù)控制目標(biāo)及設(shè)施在具體應(yīng)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(guò)計(jì)算確定。本文選用容積法[3]計(jì)算設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積。

式中：V為設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積，m3；H為設(shè)計(jì)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(yīng)根據(jù)下墊面種類加權(quán)平均計(jì)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(jì)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(jì)算可知，要達(dá)到76%徑流總量控制率，低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施最低的調(diào)蓄容積(V)為5 388 m3。

2.1.2 低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施規(guī)模計(jì)算

低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)包含若干不同形式的低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施，本文主要選用透水鋪裝、下沉式綠地、生物滯留設(shè)施、雨水回收池、雨水調(diào)蓄池等。設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)模計(jì)算應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)及設(shè)施主要功能按照相應(yīng)的方法計(jì)算。

（1）以滲透為主要功能的設(shè)施規(guī)模計(jì)算。以滲透為主要功能的設(shè)施規(guī)模計(jì)算參考《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》4.8.3的計(jì)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(jì)算，其結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙容積一般不再計(jì)入總調(diào)蓄容積[3]。下沉式綠地、生物滯留設(shè)施等以滲透為主要功能的設(shè)施計(jì)算總調(diào)蓄容積應(yīng)符合：頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部有蓄水空間的滲透設(shè)施的滲透量，計(jì)算如下。

滲透設(shè)施的有效調(diào)蓄容積V[3]為

式中：Vs為滲透設(shè)施頂部和結(jié)構(gòu)內(nèi)部蓄水空間的容積，m3；Wp為滲透設(shè)施滲透量，m3。

滲透設(shè)施滲透量(Wp)計(jì)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(shí)間，s，指降雨過(guò)程中設(shè)施的滲透歷時(shí)，一般可取2 h。

（2）PP模塊雨水回收池及雨水調(diào)蓄池設(shè)施規(guī)模計(jì)算。由于雨水調(diào)蓄、回用設(shè)施具有控制峰值及資源化利用的功能，本文中對(duì)其設(shè)施規(guī)模的計(jì)算，參考更具有針對(duì)性的《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50400—2016)[5]中的計(jì)算方法。根據(jù)該規(guī)范中3.1.3建設(shè)用地內(nèi)對(duì)雨水徑流峰值進(jìn)行控制，需控制利用的雨水徑流總量應(yīng)按公式（5）計(jì)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(diào)蓄池收集場(chǎng)區(qū)雨水、綜合徑流系數(shù)0.597；φo為控制徑流峰值所對(duì)應(yīng)的徑流系數(shù)，規(guī)劃無(wú)要求時(shí)，取0.2～0.4；hy為設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)硬屋面面積F為22 300 m2，雨水調(diào)蓄池收集場(chǎng)區(qū)北側(cè)雨水，對(duì)應(yīng)雨水匯水面積F為131 000 m2。

通過(guò)采用不同計(jì)算方法對(duì)滲透設(shè)施規(guī)模、PP模塊雨水回收池及雨水調(diào)蓄池設(shè)施規(guī)模進(jìn)行計(jì)算，采用各種低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施控制雨水量如表2所示。

表2 采用措施控制雨水量計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，采用各種措施控制雨水量為5 885 m3，根據(jù)公式（1）計(jì)算消納的雨水降雨量為29.65 mm，對(duì)應(yīng)的年徑流總量控制率可達(dá)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(kāi)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(kāi)發(fā)設(shè)施對(duì)SS的平均去除率的乘積[4]。在《南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施比選一覽表中可查得各項(xiàng)措施的污染物去除率(以SS計(jì)，%)，如表3所示。加權(quán)平均后，污染物去除率計(jì)算值為71.86%，結(jié)合年徑流總量控制率計(jì)算值77.61%，得出本項(xiàng)目建成后整個(gè)建設(shè)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(chǎng)內(nèi)雨水峰值流量，該車輛基地在咽喉區(qū)建設(shè)雨水調(diào)蓄池，雨水調(diào)蓄池采用水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，通過(guò)構(gòu)建“原位水體生態(tài)凈化”生物系統(tǒng)恢復(fù)沉水植物群落，利用沉水植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的凈化功能改善水體水質(zhì)，營(yíng)建綠色生態(tài)的自然生態(tài)景觀，再通過(guò)調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)平衡，形成穩(wěn)定的生態(tài)食物鏈，使修復(fù)后的水體能夠?qū)崿F(xiàn)自我凈化的功能[5]。

雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)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(chǎng)內(nèi)標(biāo)高117.1 m，池深5.7 m。景觀雨水調(diào)蓄池的建設(shè)，可將場(chǎng)內(nèi)雨水峰值流量由2.90 m3/s降至0.91 m3/s，減少了對(duì)下游河道的影響。調(diào)蓄池生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的凈化使排入下游的雨水水質(zhì)也得到控制，減小了對(duì)下游生態(tài)的影響。雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

圖3 雨水調(diào)蓄池設(shè)計(jì)方案

2.4 雨水收集回用

雨水徑流總量控制可通過(guò)雨水滲透和集蓄利用2個(gè)途徑予以實(shí)現(xiàn)[6]。該車輛基地在運(yùn)用庫(kù)及檢修組合庫(kù)雨水末端設(shè)置3座PP模塊雨水回收池，總?cè)莘e906 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(shè)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(chǎng)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(chǎn)廢水處理后回用

采用隔油沉淀氣浮過(guò)濾處理含油廢水后可減少?gòu)U水外排量150 m3/d。處理后出水通過(guò)中水回用供水設(shè)備及場(chǎng)區(qū)綠化噴灌裝置回用于場(chǎng)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(duì)PP模塊雨水回用池進(jìn)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(jì)算。根據(jù)公式（5）計(jì)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(shù)規(guī)范》(GB 50400—2016)附錄A，當(dāng)hy為設(shè)計(jì)日降雨量，取90.3 mm時(shí)，PP模塊雨水回收池日雨水收集量為906 m3；當(dāng)hy為設(shè)計(jì)年降雨量，取1 309.4 mm時(shí)，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(shù)規(guī)范》(GB 50400—2016)[7]，建設(shè)場(chǎng)地日降雨控制及利用率應(yīng)按下式計(jì)算，即

式中：fk為建設(shè)場(chǎng)地日降雨控制及利用率；WP為建設(shè)場(chǎng)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(duì)應(yīng)的硬屋面面積，為22 300 m2。

建設(shè)場(chǎng)地外排雨水總量WP應(yīng)按下式計(jì)算，即

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

經(jīng)計(jì)算，建設(shè)場(chǎng)地日外排雨水總量為17 014 m3，建設(shè)場(chǎng)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(jì)算

根據(jù)《南寧市海綿城市規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50555—2010)[9]中5.1.9的規(guī)定，道路沖洗每年按灑水30次計(jì)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(chǎn)廢水作為回用水，與基地綠化和道路澆灑所需用水進(jìn)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(xiàng)目可收集的雨水及生產(chǎn)廢水產(chǎn)生的回用水量多于用水量，可滿足將雨水、生產(chǎn)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(jì)效益分析

雨水回用及廢水處理回用的運(yùn)行費(fèi)用主要為設(shè)備能耗費(fèi)用及藥劑費(fèi)用。雨水回用系統(tǒng)運(yùn)行功率為9.2 kW/座，消毒采用氯片，投加量3 mg/L。生產(chǎn)廢水深度處理系統(tǒng)運(yùn)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(fèi)0.632 8元/(kW·h)，非居民用水水費(fèi)2.99元/m3。計(jì)算雨水及廢水回用系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本，結(jié)果如表5所示。

表5 雨水及廢水回用系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本 萬(wàn)元

由表5可以看出，雨水及生產(chǎn)廢水回用系統(tǒng)年運(yùn)行成本共需3.43萬(wàn)元，未采取回用水時(shí)年新鮮水使用成本為6.15萬(wàn)元，項(xiàng)目采用雨水及生產(chǎn)廢水回用系統(tǒng)后可節(jié)約水費(fèi)2.72萬(wàn)元/年。

3.2 環(huán)境效益分析

車輛基地低影響開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有效發(fā)揮了其對(duì)徑流雨水的滲透、調(diào)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(kāi)發(fā)設(shè)施建設(shè)后，車輛基地徑流總量控制量達(dá)到77.61%，減小了廠區(qū)外排雨水流量，減小了對(duì)周邊水環(huán)境的影響。

低影響設(shè)施開(kāi)發(fā)的建設(shè)起到了一定的錯(cuò)峰、延鋒作用，同時(shí)PP模塊雨水回收池及景觀雨水調(diào)蓄池的建設(shè)也大幅削減了雨水峰值流量，減輕暴雨時(shí)管網(wǎng)排放壓力，實(shí)現(xiàn)峰值控制目標(biāo)，減輕防洪壓力[10]，達(dá)到了內(nèi)澇防治要求。

低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施的建設(shè)對(duì)雨水中污染物有一定的去除作用，本項(xiàng)目建設(shè)后，年SS總量去除率可達(dá)55.80%，減小了對(duì)周邊水環(huán)境的污染。生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2020)標(biāo)準(zhǔn)，每年減少外排水量5.48萬(wàn)m3、COD排放量20.26 t、SS排放量3.78 t，降低了對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

地鐵車輛基地工程項(xiàng)目采用低影響開(kāi)發(fā)設(shè)施和污水處理回用設(shè)施后，可降低工程建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。工程建設(shè)后，可實(shí)現(xiàn)控制雨水量5 885 m3，場(chǎng)地內(nèi)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(fèi)2.72萬(wàn)元。