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14.两级排水、一石四鸟

浦东国际机场滨临东海,其周边水文环境十分复杂和脆弱。机场的兴建和存在,必然要在一定程度上破坏原有水文环境并常年向外大量排水,很容易对机场附近的自然水系和农耕灌溉系统造成不良影响。如何妥善处理机场排水与保护水文环境的关系,事关机场和周边区域的可持续发展,是我们当时在选址与规划期间面临的第二个难题。

浦东国际机场属于长江三角洲前缘冲积平原,场址地势平坦,地面高程为3.4~4.3 m。场址附近河网密布、运河交错、沟渠纵横,有大量河道和水利灌溉设施,河流平均密度达到8.85 km/km 2 ,水面积占12%,与周边地区水系成为一体,河道水位受水闸控制。内河水位一般在2.3~2.8 m,最高水位为3.9 m,低水位为1.3 m。地下水位3.0~3.5 m。内河水可乘外海低潮自排,高潮自引。海塘外滩地的潮汐属非正规半日浅海潮,每天两涨两落,潮差明显。200年一遇高潮位为5.83 m,100年一遇高潮位为5.66 m。区域雨水通常是先汇集到东西向河流:江镇河、施湾港、界河、六灶港、薛家泓港等,然后向西流进浦东运河,再汇往川杨河、大治河,排往长江口(东海)。

浦东国际机场地区水文环境的复杂,主要体现在以下五个方面:既有自然水系,又有农耕灌溉沟渠;直接受外海潮汐作用影响;河流密度大、水面积广;内河水与外海水之间存在复杂的交流与作用;机场建设中和建成后,区域水文环境势必面临新的调整。

浦东国际机场建成后,必将导致场区蓄水面积和调蓄库容大减。由于机场将建设大量的建筑物、构筑物等基础设施,特别是大面积不透水机场道面(跑道、滑行道和机坪)的存在,势必使机场产生大量排水需求。按照常规做法,机场会通过填方来抬高机场场址的地坪标高,再利用场区与周边的高度差将场区雨水排掉。但这样做有两个问题:一是机场所在地区河道常水位一般维持在2.5~2.8 m,规划洪涝水位3.8~3.9 m,地下水位为2.5~3.5 m,为确保道面土基保持干燥或半干燥状态,跑道道面的基槽标高必须位于最高地下水位之上,这样机场须整体垫高1~1.5 m才能达到要求。这也就意味着要从场外搬运砂土3 000万~4 000万m 3 ,这样不仅代价太大,而且这在无山无坡的上海,根本无法组织实施。二是采用“高差排水”方案,机场本身的排水问题是解决了,但如此大量的水排向周边,必然增加周边区域的排水负担,对周边区域的水文环境、农耕灌溉和水生生物都会造成严重影响甚至破坏。

为此,指挥部组织水利和城市建设专家进行研究,经过分析,发现浦东国际机场在地理上有两个特别的条件:一是其位置濒临长江口,长江口一日两潮,可利用低潮重力自排,减少排水泵站装机容量;二是机场跑道走向为南北向,与江边海塘近乎平行,无法实现场区内部排水沟管东西向布置直接外排入长江口,必须在场区周边布置沟通河道,以便满足就近排放的要求,同时也为了减少二级排水系统对场区运营设施规划布置的干扰。

最终,我们规划建设了环绕机场的围场河,将机场和周围的农田隔断,利用长江口巨大的潮差建造泵闸结合的独立二级排水系统;机场围场河以内的各排水分区建立一级排水系统,各自通过自己的系统收集雨水后,强排进围场河(图2-3)。我们把跑道最高点设置为5.10 m,把二级排水系统的常水位控制在2.35 m,低于周围地区2.5~2.8 m的常水位。该系统既减小了机场生产运营中的排水运行成本,又降低了整个机场的地下水位,使得机场飞行区的道面结构位于地下水位以上,还降低了整个场区的地势标高,使得机场自身土方平衡得以实现,可谓一举多得。

二级排水系统分别在江镇河出海口及薛家泓港出海口,规划建设了挡潮闸和泵站(图2-3中的★处)。挡潮闸的主要作用是实现二级排水的自排和从长江口引水。平时二级排水水系河道水位靠挡潮闸调节,维持在常水位;暴雨来临前开挡潮闸,趁长江口低潮把围场河的水位预降,腾出库容以调蓄暴雨水量,从而减少泵站装机容量及运行时间。当长江口水位高于内河水位时,关闸挡水,内河需要排水时开泵抽排。为减小出海泵闸装机规模,降低基建投资及经常运行费用,我们还规划了一定规模的调蓄水库。同时,我们在围场河与周边水系交界处设置了三座节制闸(图2-3中的▲处)。通过节制闸,控制场区水系与周边水系的联系,实现“可分可合、调度灵活”的目标。即平时水系完全独立;当挡潮闸下游引河需要冲淤时,则启闸引入场区周边水系的水冲淤;当场内水系需要改善水质,而周边水系水质较好时,可启闸作引清调度;当周边水系排涝能力不足,而二级排水水系排水能力富余时,可开闸调度排水,以帮助周围地区排涝。

图2-3 浦东国际机场的二级排水系统

在整个排水系统设计中,除保护了周围水文环境外,还力图实现长久、经济、可靠的可持续发展。考虑到上海海平面不断上升和有可能产生的地面沉降,设计方案相应提高了机场排水设施的设计标准。机场排水分为飞行区、航站区、货运区、机务维修区和工作区五个区域。同时,为节省运营成本,沿一级、二级排水系统的河道规划了排水的自流范围。

考虑到飞行区对于机场运行安全和效率的重要影响,特别是机场道面淹没后对道面结构和承载力的严重削弱,设计中根据民航规范采取了5年的雨水重现期,远远高于市政排水设计标准。考虑到出海泵闸对排水系统的重要性,指挥部特别委托有关专业单位就泵闸进行水工模型试验研究。对挡潮闸排涝、引水以及泵站抽排等不同运行工况分别进行试验,观测各工况下的泄流能力、流态和流速分布、水头损失和消能情况,并对观测成果进行分析。通过分析和实验,进一步优化了设计方案。

关于排水泵,为有利于将来运行和远期发展,考虑到潜水泵具有可靠性高、安装维修方便和控制方便等优点,最终选用了潜水泵。

通过二级排水系统的巧妙设计,机场形成了相对独立的排水系统,既彻底解决了机场本身排水问题,还产生出相当显著的环境保护效益,突出体现在以下三个方面。

(1)保护了机场周边的水文环境。在通向长江的机场南、北出口,各建泵闸一座。平时,二级排水水系河道的水位靠挡潮闸调节,维持常水位;暴雨来临之前,趁长江口低潮时开闸,使围场河水自流进入长江口,尽量降低水位。暴雨降临时,充分利用围场河调蓄库容,待达到一定水位高度后再开泵抽排。这样可以大大减小泵站设计流量、降低设备投资。由于没有“抬高地坪、高差排水”,机场排水系统建成后,不会有大量排水直接向周边倾泻,而是在汛期直接排向长江,大大减轻了机场周边区域排水负荷。机场排水同样没有对周边区域河网、运河和沟渠等水文环境造成影响,区域自东向西的主流排水方式也没有发生改变,维持了原有排水机制。

(2)保护、改善了机场周边的农田排灌条件。机场二级排水,使得机场周边的灌溉沟渠和农用水系没有发生变化,可继续保持其功能。考虑到机场与周边地区耕田、水环境的联系,在江镇河、白龙港、人民塘随塘河各设一个节制闸,通过节制闸与外界水系连通。雨季时将节制闸关闭,靠机场本身排水系统来消化雨水,不增加周边水系的负担,甚至可在周边水系排涝能力不足、机场水系排水能力冗余时帮助周边地区排水,改善周边农田的排涝条件。在枯水季节,通过开启挡潮闸从长江口引水,用来丰沛机场围场河与临近水系的水量、改善水质,进而改善周边区域农田灌溉条件。

(3)显著改善了机场围场河的环境。围场河首先是作为机场排水系统的调蓄池。除此之外,在机场施工、机场排水泵站建成之前,围场河能起到重要的施工排水作用;围场河作为机场与周边的“屏障”,阻隔外界人员侵入的作用不可忽视;从空中俯瞰浦东国际机场,围场河宛若一条环绕机场的绿色绸带,令机场充满灵动、美轮美奂。尤其值得关注的是,围场河大范围的水面,可吸附、消解大气污染物,还在一定程度上改善了机场小气候、削弱了热岛效应。

地球上水的储量很大,但陆地上的淡水资源只占地球上水体总量的2.53%左右,其中近20%是固体冰川,即分布在两极地区和中、低纬度地区的高山冰川,很难加以利用。水资源短缺已经成为世界性的热点问题。我们这条围场河中收集的淡水,就这么白白排掉实在是太可惜了。于是在浦东国际机场二期工程中,我们又将这条储水量巨大的围场河作为雨水回用的储水库,规划建设了一个巨大的雨水回用系统。将利用围场河里的水,经过物化处理后回用,可满足T2航站区部分楼层的冲厕用水及绿化浇灌、站坪清洁,机场二期能源中心冷却水补水等需求,可以减轻机场自来水的供应负担,节约水资源。经估算,雨水回用系统的投入约6年可收回成本,对浦东国际机场的营运也能带来长期的经济效益。

总之,通过巧妙的二级独立排水方案,浦东国际机场同时解决了控制水位(保证道面结构安全)、保障排水安全和保护环境、雨水回用问题,一石四鸟,谱写出了机场建设与环境友好发展的和谐篇章。 CjJ9//gVr0OczN3nE4NpeECRlgS+6QKWepGwkCpo/mah80huimpKAezlioQBwawk

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