青島膠東國際機(jī)場生態(tài)海綿城市建設(shè)實(shí)踐

宗萍萍，周 航，陳鳳琴

（1.山東省水利科學(xué)研究院，山東省水資源與水環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250014；2.青島國際機(jī)場集團(tuán)有限公司，山東 青島 266300）

2014 年10 月11 日，青島膠東國際機(jī)場獲國務(wù)院、中央軍委聯(lián)合批復(fù)。一期建設(shè)面積15.4 km2，建設(shè)2 條跑道，其中東側(cè)跑道按照4F 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計(jì)，西側(cè)跑道按照4E 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計(jì)；遠(yuǎn)期規(guī)劃面積約30.7 km2，滿足年旅客吞吐量5 500 萬人次需求。2015 年10 月，青島膠東國際機(jī)場工程正式開工，2021 年8 月2 日正式從原青島流亭機(jī)場轉(zhuǎn)場運(yùn)營。

1 雨水外排條件

青島膠東國際機(jī)場位于青島膠州市東北的碧溝河、南膠萊河和大沽河三河交匯處，場址地勢低洼。機(jī)場總平面大體上劃分為飛行區(qū)、航站區(qū)、貨運(yùn)區(qū)、機(jī)務(wù)維修區(qū)、工作區(qū)五大部分。為節(jié)省土石方工程投資，機(jī)場采用土石方自平衡的建設(shè)方案，防洪排澇體系采用“圍起來、排出去”的策略?！皣奔锤鶕?jù)新機(jī)場場址與3 條河道的相對關(guān)系，主要是利用西南側(cè)碧溝河、東側(cè)南膠萊河和大沽河河道堤防與西北側(cè)的防洪堤對自身區(qū)域進(jìn)行包圍保護(hù)，防止外圍洪水侵入；“排”即采取強(qiáng)排的方式將新機(jī)場區(qū)域內(nèi)部澇水外排，滿足內(nèi)澇防治設(shè)計(jì)重現(xiàn)期50 年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，以航站樓為高點(diǎn)，分別向四周劃分匯水面積，共建設(shè)5 個雨水系統(tǒng)。采用“蓄排平衡”的排水方式，1～4 號排水分區(qū)分別匯入1～4 號調(diào)蓄水池；機(jī)場1#、2#、3#調(diào)蓄水池經(jīng)排澇泵站“強(qiáng)排”提升后，最終匯入改道碧溝河；機(jī)場4#調(diào)蓄水池經(jīng)排澇泵站“強(qiáng)排”提升后，最終匯入南膠萊河；5 號排水分區(qū)為機(jī)場南工作區(qū)，全部采用重力流排放，雨水匯集至下游“韓信溝”低點(diǎn)，經(jīng)韓信后排澇泵站，最終進(jìn)入大沽河。

2 生態(tài)海綿機(jī)場建設(shè)指標(biāo)確定

2.1 年徑流總量控制率

采用“源頭控制+末端調(diào)蓄”的整體策略，源頭新建地塊通過目標(biāo)管控，確定年徑流總量控制率目標(biāo)。飛行區(qū)采用跑滑區(qū)部分綠地下凹處理，市政道路人行道和非機(jī)動車道透水鋪裝，并在適宜條件下收集機(jī)動車道雨水，末端調(diào)蓄池對雨水徑流進(jìn)行兜底控制。

圖1 新機(jī)場年徑流總量控制策略

根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水控制及利用工程技術(shù)規(guī)范》[1]中規(guī)定，結(jié)合機(jī)場各分區(qū)建設(shè)內(nèi)容，加權(quán)平均計(jì)算得出各個分區(qū)的徑流系數(shù)。源頭控制調(diào)蓄容積等于各具有調(diào)蓄功能的生態(tài)海綿低影響開發(fā)設(shè)施調(diào)蓄容積之和，其中各生態(tài)海綿低影響開發(fā)設(shè)施調(diào)蓄容積等于各設(shè)施面積與蓄水深度的乘積，而調(diào)蓄容積等于調(diào)蓄設(shè)施個數(shù)與調(diào)蓄設(shè)施容積乘積。采用《海綿城市建設(shè)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》[2]容積法來反算設(shè)計(jì)降雨量。

式中，H 指各地塊的設(shè)計(jì)降雨量，V 指各地塊的源頭控制調(diào)蓄容積，φ 指各地塊的綜合雨量徑流系數(shù)（海綿措施實(shí)施后），F(xiàn) 指各地塊的面積。

各功能區(qū)分別計(jì)算年徑流總量控制率后，根據(jù)匯水面積加權(quán)平均，得到源頭控制調(diào)蓄容積，反算出各分區(qū)對應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量25.5 mm，計(jì)算出源頭控制部分年徑流總量控制率為72%。根據(jù)調(diào)蓄池防洪功能，最高蓄水高度按1 m 計(jì)算，考慮池底存在死庫容和淤積影響，機(jī)場四個調(diào)蓄池總?cè)莘e按19.06 萬m3計(jì)算，反算調(diào)蓄池對應(yīng)設(shè)計(jì)降雨量為18.2 mm?？紤]末端調(diào)蓄池的調(diào)蓄容積后，反算整個機(jī)場建設(shè)對應(yīng)的設(shè)計(jì)降雨量為43.7 mm。計(jì)算全場區(qū)整體年徑流總量控制率為85%。數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 青島膠東國際機(jī)場年徑流總量控制率計(jì)算匯總表

2.2 水環(huán)境質(zhì)量及污水處理率

采用的控制策略為點(diǎn)源全收集全處理，面源污染源頭減排，末端調(diào)控。依據(jù)《青島新機(jī)場工程環(huán)境影響報(bào)告書》，場內(nèi)污廢水均經(jīng)處理后排放，雨水不影響地表水水質(zhì)。在污水全收集全處理、雨水調(diào)蓄的基礎(chǔ)上，機(jī)場建設(shè)加大地塊內(nèi)部源頭控制，進(jìn)一步凈化雨水，在上游來水為III 類的條件下，可實(shí)施不影響III 類水質(zhì)達(dá)標(biāo)的目標(biāo)。點(diǎn)源污染中生活污水和生產(chǎn)污水經(jīng)污水管網(wǎng)和泵站提升后進(jìn)入崇杰污水處理廠和規(guī)劃韓家村污水處理廠處理；其中餐飲、機(jī)務(wù)維修區(qū)廢水和車輛設(shè)施清洗廢水經(jīng)隔油池、沉淀或沉砂池預(yù)處理達(dá)標(biāo)后再接入市政管網(wǎng)。

2.3 城市面源污染控制

根據(jù)《海綿城市建設(shè)指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建（試行）》[3]，源頭地塊的生態(tài)海綿低影響措施對面源污染（以SS 計(jì)）具有一定的削減作用，即年SS 總量去除率=年徑流總量控制率×生態(tài)海綿低影響措施對SS 的平均去除率，其中下沉式綠地、綠色屋頂、透水鋪裝等設(shè)施SS 的平均去除率取值分別是30%、70%和80%；根據(jù)年SS總量去除率=年徑流總量控制率×生態(tài)海綿低影響措施對SS 的平均去除率，分別計(jì)算源頭地塊對面源污染的削減量，核算源頭地塊對面源污染削減總量的貢獻(xiàn)率為30.6%。

雨水調(diào)蓄池可以通過合理的設(shè)計(jì)，可以起到雨水沉淀池的效果。根據(jù)左曉俊[4]、胡榮庭[5]所得的城市降雨中不同粒徑顆粒分布和沉淀去除效率，調(diào)蓄池停留時間按24 h 考慮，蓄水高度為1 m，計(jì)算一般雨水調(diào)蓄池對于SS 的去除效率為82%。同時，考慮到新機(jī)場雨水調(diào)蓄池以保障防洪安全為主，在雨量較大時通過泵站外排雨水，其對應(yīng)年徑流總量控制率為63%。綜合計(jì)算青島膠東國際機(jī)場調(diào)蓄水池對面源污染物（以SS 計(jì)）的削減率為53%。調(diào)蓄池的沉淀作用進(jìn)一步削減SS，經(jīng)計(jì)算調(diào)蓄池對面源污染削減總量的貢獻(xiàn)率為35.9%。機(jī)場場區(qū)整體面源污染削減率（以SS 計(jì)）為66.5%，見表2。

表2 新機(jī)場面源污染物削減率（以SS 計(jì)）整體計(jì)算表

2.4 雨水資源利用率和污水再生利用率

采用“雨水和再生水聯(lián)用”策略，優(yōu)先使用雨水。飛行區(qū)、貨運(yùn)區(qū)和機(jī)務(wù)維修區(qū)主要為雨水資源利用，通過建設(shè)地塊內(nèi)部雨水利用設(shè)施和從3號調(diào)蓄池取用雨水，進(jìn)行旱天道路澆灑和綠地澆灌。航站區(qū)和工作區(qū)通過建設(shè)再生水管網(wǎng)，雨季時1#、2#雨水調(diào)蓄池內(nèi)水位較高，雨水經(jīng)處理設(shè)施處理后去除SS、COD、病原微生物等污染物，可滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB18920-2002）作為非常規(guī)水水源；非雨季時可通過購買崇杰污水處理廠的再生水作為水源，用于綠化澆灌、道路澆灑，部分地塊建筑內(nèi)部沖廁、2#能源站及能源中心冷卻用水補(bǔ)充水等。

以青島市典型年2012 年降雨量為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，計(jì)算新機(jī)場雨水資源利用率。2012 年降雨量632.9 mm，大于2 mm 降雨日47 d，據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，青島膠東國際機(jī)場年可利用雨水量為70 萬m3。根據(jù)《海綿城市建設(shè)績效評價(jià)與考核指標(biāo)（試行）》（建辦城函〔2015〕635 號），雨水資源利用率指雨水收集并用于道路澆灑、園林綠地灌溉、市政雜用、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、冷卻等的雨水總量（按年計(jì)算，不包括匯入景觀、水體的雨水量和自然滲透的雨水量），與年均降雨量（折算成毫米數(shù)）的比值，計(jì)算青島膠東國際機(jī)場雨水資源利用率為7.4%。根據(jù)新機(jī)場控規(guī)給水工程規(guī)劃，新機(jī)場預(yù)測近期年污水總量約865 萬m3，再生水使用量147 萬m3。計(jì)算青島膠東國際機(jī)場污水再生利用率為17%。

3 生態(tài)海綿機(jī)場建設(shè)實(shí)踐

青島膠東國際機(jī)場通過落實(shí)“源頭減排—過程控制—系統(tǒng)治理”的生態(tài)海綿城市建設(shè)思路，形成全場分布的源頭低影響開發(fā)措施體系。新建地塊根據(jù)管控目標(biāo)進(jìn)行地塊內(nèi)生態(tài)海綿城市建設(shè)設(shè)計(jì)和施工；市政道路全部采用人行道和非機(jī)動車道透水鋪裝、街旁下凹式綠地，并設(shè)置生物滯留設(shè)施，收集凈化機(jī)動車道雨水；飛行區(qū)在充分保障飛行安全的條件下進(jìn)行下凹式綠地設(shè)計(jì)；通過現(xiàn)狀低洼地區(qū)和末端調(diào)蓄水池，滿足新機(jī)場防洪需求，解決內(nèi)澇隱患。青島膠東國際機(jī)場通過“灰綠結(jié)合，突出綠色”的海綿措施，實(shí)現(xiàn)全部海綿城市建設(shè)規(guī)劃目標(biāo)指標(biāo)。根據(jù)國務(wù)院文件、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)的《海綿城市建設(shè)績效評價(jià)與考核辦法（試行）》（建辦城函〔2015〕635 號）及《青島市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃（2016-2030）》，結(jié)合新機(jī)場海綿城市建設(shè)實(shí)際問題和需求，青島膠東國際機(jī)場工程海綿機(jī)場建設(shè)指標(biāo)完成對比情況見表3。

表3 青島膠東國際機(jī)場工程海綿機(jī)場建設(shè)指標(biāo)完成對比情況

4 建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 蓄排平衡體系，保障低洼場區(qū)水安全

青島膠東國際機(jī)場最大的問題和風(fēng)險(xiǎn)在于機(jī)場場平遠(yuǎn)低于周邊河道洪水位，防洪防澇安全是重中之重。機(jī)場通過“蓄排結(jié)合”的方式建設(shè)4座大型調(diào)蓄水池和配套泵站，利用模型模擬技術(shù)，將調(diào)蓄水池消減峰值流量和強(qiáng)排泵站的不同規(guī)模相結(jié)合，確定最優(yōu)規(guī)模，達(dá)到機(jī)場設(shè)計(jì)的50年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)。工程的實(shí)施大大減少了填方量，降低了項(xiàng)目投資，為其他類似低洼地勢場區(qū)建設(shè)或城市開發(fā)的內(nèi)澇防治手段提供了切實(shí)可行的解決方案。

4.2 綜合人工濕地，示范大型公建海綿建設(shè)

新機(jī)場航站區(qū)綜合海綿工程建設(shè)為類似大型公共建筑的屋面雨水收集、人工濕地建設(shè)、雨水回用系統(tǒng)、海綿措施與傳統(tǒng)措施綜合利用等提供了很好的實(shí)踐示范。該工程實(shí)施后，航站區(qū)徑流總量控制率可達(dá)到約85%，SS 綜合去除率可達(dá)66.5%，同時可減少大型公共建筑內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)，充分利用雨水進(jìn)行景觀補(bǔ)水，具有極佳的景觀視覺效果。

4.3 雨水再生水聯(lián)用，利用非常規(guī)水資源

采用“雨水和再生水聯(lián)用”的非常規(guī)水資源利用策略，通過管網(wǎng)建設(shè)，使用雨水調(diào)蓄池和再生水廠作為非常規(guī)水利用的雙重水源。一方面充分利于調(diào)蓄水池蓄積雨水，建設(shè)雨水處理站，將處理的雨水廣泛應(yīng)用于機(jī)場其他功能區(qū)的道路澆灑、綠化澆灌、冷卻水補(bǔ)水，機(jī)場水資源利用率可達(dá)7.4%（典型年2012 年降雨量計(jì)算）；另一方面在雨水量不足的情況下，回用再生水，達(dá)到綠色機(jī)場建設(shè)的水資源生態(tài)循環(huán)特色，再生水回用率可達(dá)17%；每年可替代自來水約217 萬m3，占總用水量的19%。

4.4 制定綜合措施，探索北方城市道路海綿建設(shè)

針對青島市特點(diǎn)的市政道路雨水收集，機(jī)場建設(shè)將含有機(jī)污染和重金屬污染較為嚴(yán)重的機(jī)動車道路的初期雨水徑流引入碎石溝、下凹式綠地、雨水花園、潛流式濕地進(jìn)行處理，對城市面源污染中最嚴(yán)重的市政道路污染進(jìn)行控制。該工程的實(shí)施對青島市市政道路海綿城市設(shè)計(jì)和建設(shè)方案，乃至北方地區(qū)市政道路的雨水收集、消納、處理的探索，都具有一定意義。

青島膠東國際機(jī)場的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了低影響開發(fā)措施的綜合集成和系統(tǒng)運(yùn)用，按照“海綿機(jī)場”建設(shè)思路，構(gòu)建了融雨洪調(diào)蓄、水體景觀、地下水補(bǔ)給、生物多樣性保護(hù)等多功能為一體的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，充分發(fā)揮了海綿機(jī)場的綜合生態(tài)服務(wù)示范作用。