某地铁车辆基地生态环境影响研究

满丽

（中铁第一勘察设计院集团有限公司环境与设备设计院，陕西 西安 710043）

某地铁车辆基地总征地面积59 hm2，北侧为绕城高速、西侧靠近机场高速、南侧为山林、东侧为南防铁路，基地范围内以丘陵、水塘、林地和少量耕地为主，地形标高在94.0～145.0 m，地势起伏较大，车辆基地场区控制高程117.1 m。车辆基地内设综合检修楼、检修组合库、运用库、物资总库、工建料棚、洗车库、牵引混合变电所、污水处理站等建筑。该车辆基地项目定位为生态型地铁车辆场段，在设计中需考虑项目建设对生态环境的影响，降低雨水径流总量和峰值流量，控制径流污染，同时需回用技术减少污水外排对环境的影响。

1 工程方案

1.1 低影响开发设计

车辆基地的建设改变了原有地形地貌特征，使场地径流总量发生变化，为贯彻低影响开发理念，车辆基地雨水设计采用下沉式绿地、生物滞留设施、PP模块雨水回收池、景观雨水调蓄池等低影响开发措施，削减暴雨径流产生的峰值和总量，延缓峰值流量出现时间，减少面源污染，降低对下游流域及周边村民的影响[1]。低影响开发技术路线如图1所示。

图1 某地铁车辆基地低影响开发技术路线

1.2 含油废水处理及回用系统设计

车辆基地生产废水来源于车辆检修废水及车辆清洗废水，废水中主要污染物控制项目为石油类、化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)等，其中石油类污染物主要为润滑油和机油，以浮油和分散油为主[2]。车辆基地生产废水需要处理以避免对周围水环境产生影响。其中，洗车废水经处理后回用，其他生产废水经污水处理站隔油沉淀气浮过滤消毒工艺处理，达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2020)标准后回用于段内绿化和浇洒道路。含油废水处理及回用系统流程如图2所示。

图2 含油废水处理及回用系统流程

含油废水处理回用系统采用整套智能运维污水处理系统，包括自动加药系统、砂滤罐自动反冲洗、中水回用恒压供水系统等，在控制室设置集中控制系统，在现场设置PLC控制系统及必要的在线仪表设备，各处理环节均采用智能控制系统以实现无人值守、节能节降耗的目的。

2 生态影响分析

2.1 雨水径流总量控制

2.1.1 最低调蓄容积计算

低影响开发雨水系统的径流总量控制一般采用年径流总量控制率作为控制目标。年径流总量控制率与设计降雨量为一一对应关系[3]。根据《南宁市海绵城市总体规划》要求，该车辆基地需达到径流总量控制率76%，根据《南宁市海绵城市规划设计导则》图5-1、表5-1多年平均径流总量控制率与设计降雨量对应关系，径流总量控制率76%对应的设计降雨量为27.15 mm[4]。低影响开发设施的规模应根据控制目标及设施在具体应用中发挥的主要功能，选择容积法、流量法或水平衡法等通过计算确定。本文选用容积法[3]计算设计调蓄容积。

式中：V为设计调蓄容积，m3；H为设计降雨量，mm；φ为综合雨量径流系数；F为汇水面积，hm2。

综合雨量径流系数φ[4]应根据下垫面种类加权平均计算，即

式中：F为汇水面积，m2；Fi为汇水面上各类下垫面的面积，m2；φi为各类下垫面的径流系数。

根据公式（2），计算得到车辆基地综合雨量径流系数如表1所示。

表1 车辆基地综合雨量径流系数

根据公式（1）计算可知，要达到76%径流总量控制率，低影响开发设施最低的调蓄容积(V)为5 388 m3。

2.1.2 低影响开发设施规模计算

低影响开发技术包含若干不同形式的低影响开发设施，本文主要选用透水铺装、下沉式绿地、生物滞留设施、雨水回收池、雨水调蓄池等。设施设计规模计算应根据设计目标及设施主要功能按照相应的方法计算。

（1）以渗透为主要功能的设施规模计算。以渗透为主要功能的设施规模计算参考《海绵城市建设技术指南》4.8.3的计算方法。透水铺装和绿色屋顶仅参与综合雨量径流系数的计算，其结构内的空隙容积一般不再计入总调蓄容积[3]。下沉式绿地、生物滞留设施等以渗透为主要功能的设施计算总调蓄容积应符合：顶部和结构内部有蓄水空间的渗透设施的渗透量，计算如下。

渗透设施的有效调蓄容积V[3]为

式中：Vs为渗透设施顶部和结构内部蓄水空间的容积，m3；Wp为渗透设施渗透量，m3。

渗透设施渗透量(Wp)计算为

式中：K为土壤(原土)渗透系数，m/s；J为水利坡降，一般可取1；As为有效渗透面积，m2；ts为渗透时间，s，指降雨过程中设施的渗透历时，一般可取2 h。

（2）PP模块雨水回收池及雨水调蓄池设施规模计算。由于雨水调蓄、回用设施具有控制峰值及资源化利用的功能，本文中对其设施规模的计算，参考更具有针对性的《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400—2016)[5]中的计算方法。根据该规范中3.1.3建设用地内对雨水径流峰值进行控制，需控制利用的雨水径流总量应按公式（5）计算，即

式中：W为需控制及利用的雨水径流总量，m³；φc为雨水径流系数，PP模块雨水回收池收集屋面雨水硬屋面、径流系数取0.85，雨水调蓄池收集场区雨水、综合径流系数0.597；φo为控制径流峰值所对应的径流系数，规划无要求时，取0.2～0.4；hy为设计日降雨量，mm，根据该规范附录A，取90.3 mm；F为汇水面积，hm2，本文PP模块雨水回收池收集屋面雨水，对应硬屋面面积F为22 300 m2，雨水调蓄池收集场区北侧雨水，对应雨水汇水面积F为131 000 m2。

通过采用不同计算方法对渗透设施规模、PP模块雨水回收池及雨水调蓄池设施规模进行计算，采用各种低影响开发设施控制雨水量如表2所示。

表2 采用措施控制雨水量计算

经计算，采用各种措施控制雨水量为5 885 m3，根据公式（1）计算消纳的雨水降雨量为29.65 mm，对应的年径流总量控制率可达到77.61%，满足《南宁市海绵城市总体规划》中76%的要求。

2.2 雨水污染物总量控制

低影响开发雨水系统的年SS总量去除率等于年径流总量控制率与低影响开发设施对SS的平均去除率的乘积[4]。在《南宁市海绵城市规划设计导则》中低影响开发设施比选一览表中可查得各项措施的污染物去除率(以SS计，%)，如表3所示。加权平均后，污染物去除率计算值为71.86%，结合年径流总量控制率计算值77.61%，得出本项目建成后整个建设用地年径流污染去除率为55.77%。

2.3 雨水峰值流量控制

为降低场内雨水峰值流量，该车辆基地在咽喉区建设雨水调蓄池，雨水调蓄池采用水生态系统修复技术，通过构建“原位水体生态净化”生物系统恢复沉水植物群落，利用沉水植物对营养物质的净化功能改善水体水质，营建绿色生态的自然生态景观，再通过调整生态系统平衡，形成稳定的生态食物链，使修复后的水体能够实现自我净化的功能[5]。

雨水调蓄池设计参数：面积9 000 m2，有效容积18 900 m3，有效高度2.1 m。池底高程111.4 m，场内标高117.1 m，池深5.7 m。景观雨水调蓄池的建设，可将场内雨水峰值流量由2.90 m³/s降至0.91 m³/s，减少了对下游河道的影响。调蓄池生态系统对水质的净化使排入下游的雨水水质也得到控制，减小了对下游生态的影响。雨水调蓄池设计方案如图3所示。

图3 雨水调蓄池设计方案

2.4 雨水收集回用

雨水径流总量控制可通过雨水渗透和集蓄利用2个途径予以实现[6]。该车辆基地在运用库及检修组合库雨水末端设置3座PP模块雨水回收池，总容积906 m³，处理后雨水泵入厂区回用水管道，多余雨水溢流至厂区雨水管网。PP模块雨水回收池设回用系统，收集后雨水经沉淀消毒后，由回用水供水系统接入场区回用水管网。该回用系统示意如图4所示。

图4 PP模块雨水收集回用系统示意(单位：mm)

2.5 生产废水处理后回用

采用隔油沉淀气浮过滤处理含油废水后可减少废水外排量150 m³/d。处理后出水通过中水回用供水设备及场区绿化喷灌装置回用于场区绿化浇洒、道路浇洒，每年节约新鲜水用量2.06×104m³。

2.6 水量平衡分析

2.6.1 雨水收集量分析

PP模块雨水回用池具有雨水回用功能，针对PP模块雨水回用池进行雨水收集量分析。

（1）PP模块雨水回收池日、年雨水收集量计算。根据公式（5）计算PP模块雨水回收池雨水收集量，按照《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400—2016)附录A，当hy为设计日降雨量，取90.3 mm时，PP模块雨水回收池日雨水收集量为906 m³；当hy为设计年降雨量，取1 309.4 mm时，PP模块雨水回收池年雨水收集量为13 140 m³。

（2）PP模块雨水回收池日降雨量控制及利用率。根据《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》(GB 50400—2016)[7]，建设场地日降雨控制及利用率应按下式计算，即

式中：fk为建设场地日降雨控制及利用率；WP为建设场地外排雨水总量，m³；hP为日降雨量，mm，根据该规范附录A，取值为90.3 mm；Fz为PP模块雨水回收池收集屋面雨水对应的硬屋面面积，为22 300 m2。

建设场地外排雨水总量WP应按下式计算，即

式中：φz为建设场地综合雨量径流系数，取值为0.597(见表1)；VL为雨水控制及利用设施截留雨量，m3，即雨水回收池容积，为906 m3。

经计算，建设场地日外排雨水总量为17 014 m3，建设场地日降雨控制及利用率为43.30%。

2.6.2 绿化、道路浇洒需水量计算

根据《南宁市海绵城市规划设计导则》，绿化灌溉年均用水定额0.22 m³/m2[4]，车辆基地绿化面积76 115 m2，则全年绿化用水量16 745 m³。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2019)[8]，车辆基地道路浇洒用水量2 L/(m2.d)，车辆基地硬化路面63 450 m2，则道路浇洒日用水量126.9 m³，参考《民用建筑节水设计标准》(GB 50555—2010)[9]中5.1.9的规定，道路冲洗每年按洒水30次计算，得出道路浇洒年用水量3 807 m³。

2.6.3 水量平衡分析

将雨水和生产废水作为回用水，与基地绿化和道路浇洒所需用水进行水量平衡分析，如表4所示。

表4 水量平衡分析 m³

由表4可以看出，本项目可收集的雨水及生产废水产生的回用水量多于用水量，可满足将雨水、生产废水回用于厂区绿化浇洒、道路浇洒的用水需求，多余雨水量可排入景观水体或雨水管网。

3 效益分析

3.1 经济效益分析

雨水回用及废水处理回用的运行费用主要为设备能耗费用及药剂费用。雨水回用系统运行功率为9.2 kW/座，消毒采用氯片，投加量3 mg/L。生产废水深度处理系统运行功率21.5 kW，消毒采用二氧化氯，投加量10 mg/L。车辆段所在城市电费0.632 8元/(kW·h)，非居民用水水费2.99元/m³。计算雨水及废水回用系统运营成本，结果如表5所示。

表5 雨水及废水回用系统运营成本 万元

由表5可以看出，雨水及生产废水回用系统年运行成本共需3.43万元，未采取回用水时年新鲜水使用成本为6.15万元，项目采用雨水及生产废水回用系统后可节约水费2.72万元/年。

3.2 环境效益分析

车辆基地低影响开发系统有效发挥了其对径流雨水的渗透、调蓄、净化等作用，控制了径流总量、径流峰值和径流污染。低影响开发设施建设后，车辆基地径流总量控制量达到77.61%，减小了厂区外排雨水流量，减小了对周边水环境的影响。

低影响设施开发的建设起到了一定的错峰、延锋作用，同时PP模块雨水回收池及景观雨水调蓄池的建设也大幅削减了雨水峰值流量，减轻暴雨时管网排放压力，实现峰值控制目标，减轻防洪压力[10]，达到了内涝防治要求。

低影响开发设施的建设对雨水中污染物有一定的去除作用，本项目建设后，年SS总量去除率可达55.80%，减小了对周边水环境的污染。生产废水处理系统出水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920—2020)标准，每年减少外排水量5.48万m³、COD排放量20.26 t、SS排放量3.78 t，降低了对当地生态环境的影响。

4 结束语

地铁车辆基地工程项目采用低影响开发设施和污水处理回用设施后，可降低工程建设对生态环境的影响。工程建设后，可实现控制雨水量5 885 m³，场地内年径流总量控制率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，降低废水外排量150 m³/d，年节约新鲜水用量2.06×104m³，年节约水费2.72万元。