以某机场为例对蓄渗池设计计算的探讨

张娅娜

（西安西北民航项目管理有限公司，西安 710075）

1 引言

近年来，随着我国通用航空利好政策密集出台，通用航空发展环境逐步改善，通用机场建设推进显著加速。

由于机场建设条件以及城市发展规划的限制，机场选址通常都建设于距离市中心较远、市政配套设施建设尚未完善的远郊区域，这就给机场雨水系统的建设带来了一定的困难。机场占地面积较大，大量新增的建设用地带来了大量新增的雨水径流，设计者如何综合考虑复杂的场外排水限制条件以及场内排水需求，合理地构建全场雨水系统，成了机场建设设计过程中非常重要的一环。本文以某一通用机场为例，对机场雨水排放综合利用进行全面解析并提出相关计算方法。

2 场区概况

该机场位于陕西省靖边县北侧，距县城直线距离约20 km，公路距离30 km。场址位于毛乌素沙漠南部边缘，属沙漠小型沙丘地貌。

通用机场整个场区分为工作区和飞行区，本次主要考虑工作区的排水问题。工作区主要分为5 个区：生产设施区、辅助生产区、办公生活区、动力设施区和特殊品库区。本期建设项目主要包括指挥控制综合楼、食堂宿舍联合建筑、3 幢机库、特种车库、污水处理站、锅炉房、供水站、中心变电站、特殊品库、门卫、道口用房等。

工作区总面积41.37 hm2，建筑物占地面积0.74 hm2，硬化路面面积为4.77 hm2，人行道面积0.20 hm2。

3 雨水利用方式的确定

雨水利用包括直接利用和间接利用。雨水直接利用是指雨水经收集、储存、就地处理等过程后用于冲洗、灌溉、绿化和景观等；雨水间接利用是指通过雨水渗透设施把雨水转化为土壤水，其设施主要有地面渗透、埋地渗透管渠和渗透池等[1]。

本项目建设场址距县城直线距离约20 km，公路距离30 km。场区内的排水无法接入市政管网，机场周边也没有可排水的水系，机场建成后，硬化路面增加，径流系数变大，雨水径流量变大，故本次在工作区设蓄渗池，用于雨水的收集和入渗排放，补充地下水资源。

4 雨水参数的计算

4.1 雨水设计径流总量

项目中雨水径流利用的对象是硬化面上的雨水。硬化面上雨水径流量的计算采用2 年重现期最大24 h 降雨径流量[2]。

式中，W 为硬化面雨水设计径流总量，m3；ψc为硬化面雨量径流系数；hd为2 年重现期最大日降雨厚度，mm；F 为硬化面汇水面积，hm2。

该工作区建筑物占地面积0.74 hm2，ψc取值为0.9；硬化路面面积为4.77 hm2，ψc取值为0.9；人行道面积0.20 hm2，ψc取值为0.6；综合径流系数为0.89。

该地区2 年重现期最大日降雨厚度取50 mm。

则工作区硬化面雨水设计径流总量为：

4.2 雨水入渗设施的入渗面积

雨水入渗设施的入渗能力和入渗面积按照下式配置：

（1）通过对采集的冀北地区中生代岩浆岩标本进行分类、测量密度等操作，基于统计数据得出：冀北地区偏基性的岩浆岩密度较高，而偏酸性岩浆岩的密度较低。两种岩浆岩密度在空间分布上呈现一定的规律。

式中，Ws为入渗设施的渗透水量，m3；α 为综合安全系数，一般可取0.5～0.8；K 为土壤渗透系数，m/s；J 为水力坡降，一般可取J=1.0；As为需要配置的有效渗透面积，m2；ts为渗透时间，s，按24 h 选取；对于渗透池和渗透井，宜按照3 d 选取。

设计雨水入渗量Ws取硬化面雨水设计径流总量W，渗透时间ts取3 d，依据地勘报告，该场区2.8～14.6 m 范围内主要是粉细砂，土壤渗透系数K 取值4.0×10-5，α=0.6、J=1，则有：

结合场区地势及平面布置，工作区蓄渗池布置为不规则的三角形，底部渗透面积按照不小于408.46 m2考虑，蓄渗池平面布置图如图1 所示。

图1 雨水蓄渗池平面图（单位：cm）

4.3 入渗设施的储存容积配置

入渗设施的储存容积应满足式（4）的要求：

式中，V1为渗透设施的有效储水容积，m3，为溢流水位以下的容积；tc为渗透设施产流历时，min，宜小于120 min；nk为填料的孔隙率；Wc为渗透设施进水量，m3，按式（5）计算，且不大于W。

式中，Fy为渗透设施受纳的集水面积，hm2，或客地雨水汇水面积；ψn为流量径流系数；F0为渗透设施的直接受水面积，hm2，对于埋地渗透设施取0；qc为暴雨强度，L/（s·hm2）；降雨重现期宜取2 年，降雨历时取产流历时tc。

本工程采用雨污分流制，根据该地区的气候特点及降雨量资料，工作区内采用道路边雨水口搜集的方式。停车场、中心广场及各硬化道路雨水均利用坡度就近排入雨水口，汇入工作区雨水管道，最终通过雨水排放口进入场内蓄渗池。

降雨重现期取2 年。参考陕西榆林暴雨强度公式：

式中，q 为暴雨强度，L/（s·hm2）；P 为设计重现期，取2 年；t 为降雨历时，min。

综合径流系数ψn取0.89，取Fy=0.74+4.77+0.20=5.71 hm2、F0=0.11 hm2。

则渗透设施进水量为：

分别计算各个历时的进水量，填入表1 中，当降雨历时为169 min 时，进水量（2 539.21 m3）接近设计日雨水径流量2 540.95 m3，达到设计标准，更长降雨历时的蓄渗池进水量为W 则不再增加。

表1 蓄渗池储水量计算表

4.3.2 蓄渗池入渗量计算

各降雨历时渗透设施中的雨水入渗量，随时间线性增长。各降雨历时。蓄渗池渗水量详见表1，例如当tc为60 min 时，入渗量为：60αAsKJtc=60×0.6×527×4.0×10-5×1×60=45.53 m3。

4.3.3 蓄渗池储存容积计算

蓄渗池储存容积配置。表1 蓄渗池中积水量为蓄渗池进水量和渗水量之差。随着降雨历时的增加，积水量不断增加，在170 min 达到最大，为2 411.94 m3。由式（7）得蓄渗池储存容积：

故蓄渗池储存容积设计参数取2 540 m3。

该机场工作区蓄渗池的深度为3.0 m。蓄渗池结构全部采用浆砌片石，片石强度不低于MU30，池底土基压实度不小于90%（重型击实）。级配砂砾的密实度不小于95%（重型击实）。蓄渗池剖面图如图2 所示。

图2 蓄渗池剖面图（单位：cm）

该蓄渗池容积的计算：

可知该蓄渗池容积满足雨水设计径流总量的要求。

5 结论及建议

机场雨水资源的再利用是实现机场水资源综合利用的重要方式，对于场区外没有可排入的水体，可使用在场区内建蓄渗池的方式对雨水进行间接回收利用，补充地下水资源。本文主要是对雨水蓄渗池的设计及计算方法进行了详细的论述。若遇极端降雨天气，机场应设置应急管理措施，蓄渗池容积不能满足要求时，采用水泵抽取雨水至场区外进行排除，以保证场区内建筑及公用设施的安全。