利用市政雨水系统优选城市河道配水噪音解决方案——以杭州市环通段船闸改造为例

李 鹏，石建荣，吴文峰

(1.杭州市城市河道保护管理中心，浙江 杭州 310002；2.龙游县林业水利局，浙江 龙游 324400；3.中水珠江规划勘测设计有限公司，浙江 杭州 310020)

杭州市环通段船闸位于东河与中河沟通段的下游侧，日常用于承担由中河向东河配水、旅游及河道保洁船只通航、防汛泄水等主要功能[1-3]。为满足东河配水需求，日常利用船闸自身两侧充、泄系统向东河进行24小时全天候配水，实际使用中，充、泄系统原有功能由原来过船时的充、泄水功能变为长期不间断运行。由于水位落差较大，配水过程中下游出水口处水流流速过大，两侧出口水流对冲，造成流态不稳定，且出水口处河道较窄，不能充分消除水能，造成出口水声较大[4-5]。日常配水水声对居民起居生活造成了一定影响[6-8]。本文以杭州市环通段船闸改造工程为例，提出3种改造方案，综合分析防噪效果、施工难度及影响、与周边景观协调影响及工程投资，提出利用船闸范围内既有市政雨水系统进行配水的最优改造方案。

1 现状与存在问题

杭州市环通段船闸改造前在实际使用中，充、排水廊道使用功能发生重大变更，由原来过船时的充、排水功能变更为长期配水运行，由此引发船闸两侧的挡墙及底板混凝土结构因长期过水，底板混凝土露出配筋，护面砌石脱落，蝶阀经常出现故障。在配水过程中由于水流流速过大，流态不稳定，造成水声较大，产生噪音扰民。杭州市河道保护管理中心对噪音进行了监测，监测数据显示，昼天室内开窗最大噪声分贝达到59.7 dB，夜间室内开窗最大分贝达到60.9 dB，即使是居民关闭窗户最大噪声也分别达到了49.7 dB和47.3 dB。表明杭州市环通段船闸廊道配水过程存在噪音隐患，影响了居民生活质量。此外，同时存在闸门底、侧止水均有不同程度的漏水，蝶阀工作井及电缆井内排水泵时常不能正常工作，蝶阀电机损坏、上闸首闸门偶尔会出现无法自动控制，手动情况下无法停止的状态，闸室内扶手一侧脱落、及管理区铁门损坏，不能正常使用等情况，如图1所示。

图1 工程改造前船闸侧面与闸门工程现状图

2 改造方案比选

2.1 隔断噪声传播路径的被动防御方案

考虑船闸通航要求以及日常景观要求，拟采用从船闸至下游斗富二桥处的河道上方增设一定弧度的透明可开启式吸隔声罩(吸隔声结构：声源侧穿孔率为：1.5%～2.0%、孔径为1 mm的透明PC微穿孔板+空腔+8 mm透明PC板)，钢架为不锈钢矩形管，开启结构采用集中控制液压顶。隔音板顺河道方向40 m。同时适当调整运行管理方式，尽量避免夜间配水。

2.2 增加配水管道处理声源的主动处理方案

为满足配水的要求，在船闸上闸首工作闸门上游两岸各新增一根D800钢管代替原船闸输水管道进行配水，钢管出水口下游导流段出水，两侧出水口位置错开布置，出水口方向与东河水流方向平行。该方案通过工程措施改变配水出口水流对冲流态，同时将声源引至河道下游距离居民区相对较远的位置。同时根据配水调度情况，建议运行管理单位优化调整配水工况的时间段，尽量避免夜间配水。

2.3 利用现有雨水管配水功能的主动处理方案

本方案在船闸右岸上下游导航墙开喇叭形的进水口和出水口，通过管道将水引入雨水井，利用现有雨水井进行配水，通过蝶阀控制水流，对现有高度不够的雨水井进行加高处理。该方案通过工程措施改变配水进出口的流速，从而降低噪音。雨水管新增配水功能，考虑Y5雨水井现有高度难以满足配水要求，需要对其进行加高处理。 中河最高通航水位，取配水高水位6 m。

其中，局部水头损失采用公式(1)计算：

(1)

式中：h为局部水头损失，m；ζ为局部水头损失系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，9.81 m/s2。

沿程水头损失采用公式(2)计算：

(2)

式中：λ为沿程阻力系数；l为流段管长，m；d为圆管直径，m；

计算结果见表1，由计算得到总水头损失为0.906 m，因此将Y5雨水井加高至5.5 m。

表1 水头损失计算结果

3 效果分析

3.1 噪音效果模拟

按照原有河道同比例缩小32倍进行模拟实验，并制作同比例单、双导流板进行源头噪声治理模拟实验，通过该模拟实验更能有效、直观的反应出该处噪声的特性。实验条件选择无风雨、无雷电、风速<5 m/s。实验工具选择同比例缩小32倍船道模型、水管50 m、水泵2台、水箱2台、导流板、AWA6228型多功能声级计等。实验原始状态与改变水流对冲状态图见图2。噪音监测变化见图3，监测数据成果表明将两侧出水口导流后，可以一定程度降低噪音，室外监测点噪音可降低约8%左右，工程实施后基本可以将噪音降低至2类环境标准。

图2 实验原始状态与改变水流对冲状态图

图3 实验噪声监测变化

3.2 方案效果比选

以上3种改造方案效果比选见表2，可以看出，方案一即隔断噪声传播路径的被动防御方案，施工便利，但其对景观有一定影响，工程投资略大。方案二即增加配水管道处理声源的主动处理方案，工程场地下有雨水管、污水管以及原基坑维护桩，管道开挖距居民房屋较近，施工期对居民出行和生活影响较大，同时，河道左岸路面下埋管线位置不明，存在管道与现状管线碰撞等不可预见因素。方案三利用现有雨水管道进行配水，工程投资最少，通过蝶阀控制可以满足配水要求，施工便利。综合多方面原因，方案三为最优设计方案，即采用雨水管新增配水功能方案，同时建议运行管理单位结合配水量需求，从工程运行管理入手，降低夜间配水频次。

表2 不同改造方案效果比选

4 结 论

本文以杭州市环通段船闸改造为例，探讨了为有效解决环通段船闸日常配水噪音问题，在充分考虑船闸周边现状及既有设施的前提下，提出利用船闸范围内既有市政雨水系统进行配水的最优改造方案。

(1)针对环通段船闸在配水过程中由于水流流速过大，流态不稳定，造成水声较大，产生噪音扰民的问题，提出3种改造方案，分别为隔断噪声传播路径的被动防御方案、增加配水管道处理声源的主动处理方案及利用现有雨水管配水功能的主动处理方案。

(2)按照原有河道同比例缩小32倍进行模拟实验，进一步模拟噪音效果；同时对3种方案进行效果比对，综合防噪效果、施工难度及影响、与周边景观协调影响及工程投资，采用利用现有雨水管配水功能的主动处理方案综合评价最优。