通過對北京新機場水敏感區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)新機場防洪內(nèi)澇控制、雨水資源利用與科學(xué)管理、降低徑流總量及污染等目標(biāo)，構(gòu)建“海綿機場”雨水系統(tǒng)。

1北京新機場概況

1.1位置與定位

北京新機場位于北京市大興區(qū)與河北廊坊市交界處，距北京市中心約50km，南臨永定河，北臨永興河，跨越北京、河北2個行政區(qū)域（見圖1）。北京新機場定位為大型國際樞紐機場，建成后將為北京地區(qū)區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、保障民航事業(yè)持續(xù)高速安全發(fā)展、打造國際航空樞紐、實現(xiàn)京津冀一體化建設(shè)提供重要保障。

1.2地勢特點

北京新機場規(guī)劃用地范圍內(nèi)現(xiàn)狀場地地形總體呈西高東低、北高南低趨勢，東西高差約3m左右，南北地勢高差約1m左右。場址內(nèi)原地面坡降約0.3‰，原地面標(biāo)高約20～25m，砂丘及砂垅頂部標(biāo)高達27～29m。

北京新機場場址的確定綜合考慮位置、氣象、地勢、防洪等多重因素。地勢方案選用土方自平衡方案,土方自平衡方案充分考慮各種相關(guān)影響因素，除跑道、站坪、滑行道、航站樓等要求較高區(qū)域以外的其他區(qū)域，盡量保持全場地勢總體趨勢與原始地形一致，在滿足使用要求及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下減少填挖，而新機場南臨永定河，北臨永興河，除航站樓、跑道等區(qū)域外，其他區(qū)域設(shè)計地勢均低于外部洪水位，使新機場區(qū)域成為水敏感區(qū)域。

2北京新機場水環(huán)境系統(tǒng)分析

2.1水敏感性分析

2.1.1外部洪水分析

北京新機場北臨永興河，南緊臨永定河，場址建設(shè)用地占用部分永興河河道，協(xié)調(diào)永定河、永興河與新機場水位地勢的關(guān)系是新機場安全運營的重要基礎(chǔ)。為保障新機場不受外部洪水影響，將在永定河北側(cè)及永興河南側(cè)分別修筑抵御100年一遇洪水的新堤防。屆時，新機場地勢將低于外圍地勢高程，形成獨立的場內(nèi)排水系統(tǒng)，場內(nèi)受外部洪水影響較小。

2.1.2易澇性分析

新機場開發(fā)后將建設(shè)跑道、航站樓等大量硬化面積，全場徑流系數(shù)將大幅提高，進而產(chǎn)生雨水徑流總量及峰值徑流量增大、峰值來流時間縮短等敏感因素。而永定河及永興河筑堤后，新機場將形成獨立的內(nèi)部排水系統(tǒng)，無法通過自流排入下游河道，泵站事故、抽升不及時、抽升能力不足等因素都可能導(dǎo)致新機場內(nèi)部大量滯水，暴雨時極易形成內(nèi)澇災(zāi)害。

2.1.3徑流污染分析

新機場現(xiàn)狀用地類型主要包括村莊、民房、水渠、道路，無大型工礦企業(yè)及高大建筑群落分布，現(xiàn)狀綜合徑流系數(shù)較低，無過多污染源，雨水徑流可通過土壤、水渠自然消納、凈化，具備良好的水環(huán)境自凈能力。新機場建成后將出現(xiàn)大量建筑群落、道路等非點源污染源。相關(guān)研究表明，道路、建筑屋面是城鎮(zhèn)非點源污染的主要來源，SS、COD均較高，為此北京新機場建成后必然帶來一定程度的徑流污染。

2.2限制性因素分析

2.2.1外排峰值流量限制要求

根據(jù)北京新機場總體規(guī)劃，結(jié)合省市協(xié)議、永興河機場段的河床和水位標(biāo)高、永興河改道方案、新機場洪評報告及場外水系的實際情況，改道后的永興河將作為新機場的排水出路。

2.2.2非傳統(tǒng)水源利用要求

新機場景觀河湖補水量綜合考慮水系蒸發(fā)、滲漏、降雨、水質(zhì)維護等因素確定。其中，主要因素包括水面蒸發(fā)、滲漏損失量、維持水質(zhì)的換水量或循環(huán)水量。新機場本期水系水面面積約為110hm2，全年平均日蒸發(fā)量約為3000m3/d；夏天溫度較高時，若滿足水系水質(zhì)要求，需10天換水一次，補水量較大。因此，除再生水外，雨水將是新機場水系補水的最主要來源，雨水收集設(shè)施的應(yīng)用必不可少。

2.2.3水環(huán)境政策要求

北京新機場水環(huán)境建設(shè)應(yīng)依據(jù)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推薦海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國發(fā)辦〔2015〕75號）、住建部發(fā)布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》（以下簡稱“指南”）、北京市地標(biāo)《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》（DB11/685-2013）提出的徑流控制要求，規(guī)劃、設(shè)計配套雨水基礎(chǔ)設(shè)施。

2.3對策分析

綜上所述，北京新機場水環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)面臨的主要問題是滿足區(qū)域防洪要求并避免新機場內(nèi)部獨立排水不暢造成內(nèi)澇，實現(xiàn)雨水徑流總量的有效控制，維持機場內(nèi)水環(huán)境良好水質(zhì)。由于外排流量受限、排水防澇需求、新機場水系補水蓄水量較大，應(yīng)采用雨水控制與利用設(shè)施調(diào)節(jié)徑流峰值、調(diào)蓄徑流總量等。

3“海綿機場”總體框架

3.1總體目標(biāo)

北京新機場根據(jù)排水防澇和“海綿機場”建設(shè)目標(biāo)，結(jié)合北京新機場水系統(tǒng)的特點，確定徑流總量控制、徑流污染控制、排水防澇控制、雨水資源化管理、水環(huán)境保護為主要綜合控制目標(biāo)（見圖2）。

為落實上述控制目標(biāo)，北京新機場水環(huán)境確定三項主要控制指標(biāo)：

（1）根據(jù)“指南”要求，北京地區(qū)年徑流總量控制率最佳為75%～85%，因此，北京新機場年徑流總量控制率確定為85%，即設(shè)計降雨量為33.6mm；同時需滿足北京市地標(biāo)《雨水控制與利用工程設(shè)計規(guī)范》（DB11/685-2013）中提出的“每千平方米硬化面積配建調(diào)蓄容積不小于30立方米雨水調(diào)蓄設(shè)施”的要求。

（2）北京新機場總體規(guī)劃中雨水系統(tǒng)規(guī)劃確定場內(nèi)一般區(qū)域雨水管渠設(shè)計降雨重現(xiàn)期P=5年，航站區(qū)采用獨立雨水系統(tǒng)，雨水管渠設(shè)計降雨重現(xiàn)期P=10年。

（3）另外，通過水環(huán)境系統(tǒng)控制措施的綜合作用，北京新機場應(yīng)具備綜合應(yīng)對50年一遇超標(biāo)降雨的防內(nèi)澇能力。

3.2徑流總量及污染控制方案

北京新機場“海綿機場”建設(shè)涉及場內(nèi)建筑區(qū)域、道路、河湖水體等多種用地類型，應(yīng)結(jié)合區(qū)域排水系統(tǒng)規(guī)劃、水系規(guī)劃、豎向規(guī)劃等多項相關(guān)規(guī)劃，并綜合考慮各區(qū)域與系統(tǒng)間的銜接關(guān)系。為落實北京新機場“海綿機場”總體目標(biāo)，海綿機場雨水系統(tǒng)由源頭、中途、末端控制3部分組成（見圖3）。

北京新機場根據(jù)用地功能不同，主要分為飛行區(qū)、航站區(qū)、工作區(qū)、貨運區(qū)、機務(wù)維修區(qū)五大區(qū)域(見圖4)，不同區(qū)域根據(jù)其用地特征，結(jié)合源頭、中途、末端3部分采用不同雨水徑流控制形式、措施，確定不同雨水徑流控制方案。其中，工作區(qū)、貨運區(qū)、機務(wù)維修區(qū)場地條件相似，下文統(tǒng)稱為工作區(qū)進行論述。

工作區(qū)是新機場的核心區(qū)域之一，場地條件包括場內(nèi)建筑區(qū)域、道路、綠地、水體等。其中，場內(nèi)建筑區(qū)域是工作區(qū)的主要用地類型，應(yīng)充分發(fā)揮地塊內(nèi)部雨水徑流調(diào)蓄能力，結(jié)合地塊條件采用下沉式綠地、雨水花園等設(shè)施控制徑流總量、凈化徑流水質(zhì)。雨水轉(zhuǎn)輸過程中通過環(huán)保型雨水口、初期雨水池等凈化徑流水質(zhì)，并利用大型公共綠地調(diào)蓄雨水徑流。最終通過末端調(diào)蓄池調(diào)蓄徑流總量、調(diào)節(jié)峰值徑流量。而貨運區(qū)等局部區(qū)域徑流系數(shù)較高，又無充足空間建設(shè)大型或分散式調(diào)蓄設(shè)施，除充分利用地塊內(nèi)部綠地、采用滲透鋪裝、局部建設(shè)雨水調(diào)蓄池等形式降低貨運區(qū)雨水徑流系數(shù)、消納雨水徑流外，仍需在排水下游建設(shè)大型、生態(tài)雨水調(diào)蓄池，通過池底滲透區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雨水徑流的集中入滲、凈化徑流水質(zhì)，通過調(diào)控泵站的起停泵水位實現(xiàn)徑流總量控制、調(diào)節(jié)徑流峰值。

飛行區(qū)場地條件以跑道、綠地為主。圍繞跑道、道路周邊設(shè)有大量綠地，具備良好的源頭雨水徑流控制條件。大量源頭綠地采用下沉形式直接調(diào)蓄雨水徑流總量、凈化徑流水質(zhì)，間接降低飛行區(qū)雨量徑流系數(shù)、調(diào)節(jié)峰值徑流量。同時，飛行區(qū)雨水徑流主要通過明渠排放及飛行區(qū)內(nèi)部調(diào)蓄池調(diào)蓄，雨水徑流轉(zhuǎn)輸過程中部分雨水徑流滲入地下，回補地下水，徑流水質(zhì)得以凈化。雨水徑流最終排入下游大型調(diào)蓄池調(diào)蓄后部分排入下游河道，部分通過下滲、蒸發(fā)、回補景觀用水等功能消納。

航站區(qū)北側(cè)以航站樓為主，除設(shè)有降雨重現(xiàn)期P=10年的獨立雨水管渠系統(tǒng)外，其他區(qū)域根據(jù)工作區(qū)雨水徑流控制原則充分落實源頭控制要求，末端匯入其下游調(diào)蓄池調(diào)蓄后排入景觀湖。航站區(qū)南側(cè)為空側(cè)區(qū)域，場地條件與飛行區(qū)相似，雨水徑流控制原則與飛行區(qū)相同。

3.3蓄排系統(tǒng)方案

北京新機場匯水面積較大、地勢平緩，且允許外排流量僅為30m3/s，考慮到雨水管渠設(shè)計對投資、管道埋深、管線綜合布置、排水安全等影響，應(yīng)統(tǒng)籌雨水管渠與調(diào)蓄設(shè)施關(guān)系。北京新機場雨水系統(tǒng)將采用二級排水系統(tǒng)（見圖5），各地塊雨水徑流匯入市政道路雨水管渠或飛行區(qū)排水明渠后排入各排水分區(qū)下游一級調(diào)蓄設(shè)施，并經(jīng)一級泵站提升后排入場內(nèi)排水明渠及景觀湖進行二次調(diào)蓄，最終通過河道末端二級泵站排入規(guī)劃永興河（見圖6），兩級調(diào)蓄總?cè)莘e約270萬m3。

3.4數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.4.1雨水管理系統(tǒng)框架

建設(shè)新機場數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)是北京新機場海綿機場雨水系統(tǒng)構(gòu)建區(qū)別于一般區(qū)域雨水系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)。北京新機場數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)采用數(shù)字模型模擬雨水系統(tǒng)，以智能化管理為目標(biāo)，以模型預(yù)測、遠程自控為手段，實現(xiàn)雨水綜合控制利用，具備應(yīng)對突發(fā)事件的快速響應(yīng)能力。

北京新機場數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)框架共分為5個層級：第一、二層級主要是通過現(xiàn)場設(shè)備提供信息，在排水明渠、雨水管渠出口等處設(shè)置液位、流量等計量裝置，監(jiān)測/控泵站運行狀態(tài)、柵前柵后水位，同時進行水質(zhì)監(jiān)測；第三層級是建立數(shù)字模型分析和預(yù)測不同降雨情景時新機場排水系統(tǒng)運行概況；第四、五層級主要是管理者通過前三層級反饋的信息，綜合實時數(shù)據(jù)及監(jiān)控視頻等對新機場雨水系統(tǒng)進行指揮調(diào)度。

3.4.2雨水管理系統(tǒng)的效用

數(shù)字化模型構(gòu)建是北京新機場數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)建設(shè)的核心內(nèi)容之一，通過建模模擬結(jié)果校核基于合理化公式計算的新機場雨水管渠系統(tǒng)能否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、評估超標(biāo)降雨對新機場的內(nèi)澇風(fēng)險影響，優(yōu)化現(xiàn)有雨水系統(tǒng)方案應(yīng)對內(nèi)澇風(fēng)險的能力，提出應(yīng)對內(nèi)澇風(fēng)險的對策與防澇應(yīng)急措施，科學(xué)、合理的指導(dǎo)雨水系統(tǒng)方案的確立。

北京新機場建模基于雨水管渠、泵站、景觀湖、調(diào)蓄池等方案數(shù)據(jù)及規(guī)劃地勢高程等數(shù)據(jù)共同構(gòu)建，分別采用北京市24h雨型及芝加哥雨型模擬。模擬結(jié)果需滿足5年一遇降雨時管道為無壓流狀態(tài)，50年一遇降雨時滿足內(nèi)澇防治設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，地面無積水。經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)，5年一遇降雨時，雨水管渠基本滿足排水要求，部分管渠出現(xiàn)有壓流，50年一遇降雨時，局部區(qū)域檢查井冒水。分析原因并提出如下調(diào)整方案：

（1）調(diào)整河道水位，減少雨水管渠淹沒出流程度，避免雨水管渠出現(xiàn)頂托。

（2）提高下凹路段雨水管渠設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，高水高排，避免客水流入。

（3）增加下凹路段雨水口數(shù)量，提高泵站排水能力。

（4）優(yōu)化道路高程設(shè)計。

雨水系統(tǒng)方案調(diào)整后，再次進行模擬，新機場排水系統(tǒng)滿足上述標(biāo)準(zhǔn)。新機場建成后，將通過一定時間監(jiān)測產(chǎn)匯流情況進一步率定、驗證模型，提出不同降雨情景時北京新機場排水系統(tǒng)運行方案，確保新機場排水系統(tǒng)安全運營。

4結(jié)語

北京新機場海綿機場雨水系統(tǒng)構(gòu)建綜合傳統(tǒng)雨水管渠系統(tǒng)規(guī)劃、排水防澇規(guī)劃、水系規(guī)劃等多項規(guī)劃，科學(xué)、合理的協(xié)調(diào)源頭控制系統(tǒng)、小排水系統(tǒng)、大排水系統(tǒng)。通過深入分析新機場建設(shè)面臨的水敏感問題及相關(guān)限制因素，結(jié)合北京新機場不同分區(qū)用地特征，分別從徑流總量與污染控制系統(tǒng)、雨水蓄排系統(tǒng)、雨水資源化利用系統(tǒng)及數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)的角度探討北京新機場海綿機場的構(gòu)建。通過源頭與末端、地上與地下、綠色與灰色相互補充的形式，充分落實“滲、滯、蓄、凈、用、排”六字方針，并通過數(shù)字化雨水管理系統(tǒng)的構(gòu)建優(yōu)化雨水系統(tǒng)方案，提高新機場運營管理能力、提升決策分析能力、保障生產(chǎn)運行的安全和穩(wěn)定，實現(xiàn)徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流水質(zhì)控制、雨水資源化利用等海綿城市建設(shè)的主要控制目標(biāo)。

 來源:給水排水

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