武汉动物园综合改造工程给排水设计与实践

武汉动物园综合改造工程给排水设计与实践

吴伟，白振华，张亚超

武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉 430023

接要：武汉动物园是位于武汉市主城区的全国知名半自然式大型动物园，为全面提升动物园品质，武汉市政府于2019年启动全面综合升级改造工程，结合现状山水资源，全面重新规划构建动物园功能分区，努力打造全轩一流、滨水特色的城市动物园。动物园综合改造方案中的给排水设计涉及场地竖向控制、给水系统设计、消防给水设计、污水系统设计和雨水系统设计，通过合理规划和科学设计，提升了园区应对内涝问题的能力，确保了园区的环境卫生和水资源利用，保障了动物园的正常运营和游客安全，提升了整体运营效率和游客体验，为其他类似项目的给排水设计提供了有益的参考和借鉴。

关键词：武汉动物园；动物园改造；动物污水；动物活动场地雨水；给排水设计

1 引言

武汉动物园位于武汉市汉阳区主城区，坐落于美丽的墨水湖畔，紧临二环线，园区东北临动物园路及二环路，其余三面被城市公园和湖水环绕，总面积67公顷，其中陆地面积34公顷，水域面积33公顷，是一家融野生动物科普教育、游赏参观、饲养繁育、移地保护研究、收容救护为一体的综合性大型城市动物园。2019年，武汉市批复了《武汉动物园总体规划(2018-2030年)》，启动武汉动物园进行综合改造，2023年国庆节，武汉动物园完成综合改造，焕新升级对公众开放。

武汉动物园综合改造设计坚持绿化为主、生态优先，切实保护绿地和水域湿地，充分彰显武汉及长江中下游地域和资源特色，努力建设全国一流、滨水特色的城市动物园。现状动物园忽略对动物原生植物环境的营造[1]，动物园改造方案按功能分为管理区、游客服务区、动物展示区、后勤服务区等4个功能区。动物展示区分为湿地鸟区、澳洲区、非洲区、亚洲区、美洲区、儿童动物乐园、郢趣园等7大展区，展区充分展示园内水域特色，优化驳岸设计，打造陆地与水域协调一体的游憩空间。

随着城市化进程的加速，动物园作为城市生态系统的重要组成部分，其给排水系统设计日趋复杂。武汉动物园综合改造方案中的园区市政给排水设计，旨在优化水资源利用，提升园区环境品质，保障动物及游客的安全与健康。本文将以具体设计方案为例，深入分析园区市政给排水设计的特点和要求，提炼主要内容摘要，并探讨其在实际应用中的效果。

2 场地竖向设计

2.1 场地概况

综合改造范围为江城大道以东，二环线、动物园路以南，马沧湖路以西，墨水湖以北区域内的公园绿地。改造范围约73.46公顷，园区分为前后两个区域，前区地势平坦，后区基本为湖中半岛状态，后区中部为丘陵缓坡。园内地形高差最大10米左右，最低标高20.15最高标高29.29，属于适宜建设区域，尤其适宜建设动物室外运动场。

2.2 竖向设计依据

四周城市道路及规划管网、地形等标高，排水方式等。

2.3 竖向设计控制

根据动物园现状地形标高及墨水湖水位条件，竖向尽可能保留现状地貌特征，部分跨域地形处以架空栈道串联；沿湖均设置为21m标高以上，除部分保留现状岸线均设置为21.5m标高，局部有防洪需求的动物笼舍及运动场区域设置22m标高以上防浪墙。

2.4 地表水排除原则

采用地沟和雨水口相结合的方式，合理布置室外排水沟，雨水口，保证污水、雨水排放通达、合理。

2.5 竖向设计土方平衡

根据周围道路的路面高程的状况及场地标高确定设计标高，基地与地块内其他单位建设用地进行全局整体土方平衡。

3 给水系统设计

3.1 给水现状

区域给水属于琴断口水厂服务范围，供水面积约47.2平方公里。目前，动物园内沿道路敷设DN200mm~DN150mm枝状给水管网，在动物园东门与马沧湖路DN600mm市政给水主管连接。

3.2 供水水源

武汉动物园区域连接武汉汉阳主城区供水管网，由现有琴断口水厂供水，总供水能力30万吨/天，改造方案全部生活用水均取区域内市政给水管网。

3.3 水质及水压

生活饮用水水质应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》（GB5749）的规定。多层建筑由市政管网直接供水，高层建筑需自设加压设备，避免全面提高供水水压。配水管网的供水水压宜满足用户接管处服务水头28米的要求。市政管网供水压力约为0.25MPa。

3.4 供水水量测算

主要建筑给水用水量测算表

注：未计算消防用水量。

3.5 室外给水系统

从园区外马沧湖路和动物园路市政给水干管上分别接入一条DN200引入管至动物园内，并在南区预留一根DN200给水管道供后期接入。马沧湖路DN200管道进入用地后分为DN200绿化用水、DN200生活消防合用供水管；动物园路DN200管道进入用地后分为DN100绿化用水、DN200生活消防合用供水管。每条供水管上分别设置总水表计量，并在绿化水表、生活消防合用表后设置倒流防止器。

4 消防给水设计

4.1 设计消防用水量

按同一时间1次火灾考虑，消防水池及泵房单独埋地设置，有效容积396吨。

4.2 消防水源

（1）消防用水水源为市政给水管网，由市政管网引入，市政给水管网设计供水压力不小于0.25MPa；

（2）埋地单独设置为基地内服务的消防水池以及消防水泵房；设置为基地内室内、外消火栓及喷淋系统服务的消防水池及消防水泵房；

（3）在最高屋顶设置有效贮水容积为18m3的高位消防水箱，设室内消火栓系统稳压装置；

（4）消防水池和消防水箱都采用远传电子液位计，并将数据传输至消防控制室显示。

4.3 室外消火栓系统

室外消防系统采用生活与消防合用管道，由市政压力直供。室外生活消防合用管采用DN200管道在园区内环状布置供水。室外环网上沿消防车道均匀布置室外消火栓，其间距不大于120m，距消防水泵接合器为15~40m，距路边不大于2m，且在建筑消防扑救面一侧设置不少于2个的室外消火栓。室外环网用阀门分成若干独立段，以利检修。室外消火栓采用SS100型，具有两个DN65的接口和一个DN100的接口。

4.4 室内消火栓系统

设置室内消火栓系统采用临时高压系统，充实水柱不小于13米，同层任一部位有两股充实水柱保护。室内消火栓给水系统竖向不分区，消防泵房内设室内消火栓系统加压泵2台(一用一备，互为备用)。消火栓泵流量为15L/S，水泵扬程为45m，N=15kW。

4.5 移动式灭火器配备

变配电间火灾类别为E类火灾，危险等级为中危险级，配备二氧化碳手提式灭火器MT7；普通笼舍及非笼舍单体火灾类别为A类火灾，危险等级为中危险级，配备磷酸铵盐干粉手提式灭火器MF/ABC3；动物展厅火灾类别为A类火灾，危险等级为严重危险级，配备磷酸铵盐干粉手提式灭火器MF/ABC5。

5 污水系统设计

5.1 排水体制

根据《武汉动物园总体规划（2018-2030年）》确定的原则，排水体制采用雨、污分流制，雨水分散排放、污水集中收集处理达标后排放或再生利用。根据相关研究表明，室外动物展览馆中动物排泄物在地面累积使场馆径流受到严重污染[2]，按照《动物园设计规范》（CJJ267-2017）第9.1.9条，动物外舍及动物经常活动的室外场地排水应接入园区的污水管网，由于动物经常活动的场所易产生大量的粪便，因此动物活动区域的雨水应排入污水管网系统。

5.2 污水现状

现状污水属于南太子湖污水处理厂服务范围。目前，沿园区主道路敷设d300mm~d500mm污水管道混排入天鹅湖及马沧湖，污水管道主要集中在园区环路南侧（斑马馆~3号门），斑马馆~雕塑广场段沿园区路敷设有d300mm~d400mm污水管道，混接入雨水管道排入天鹅湖；豹馆附近污水经现状d400mm污水管道排入天鹅湖；天鹅岛~3号门段沿园区路敷设有d300mm~d500mm污水管道，向南排入3号门附近的化粪池就近排入马沧湖。其余路段未敷设污水管道。

5.3 污水系统整体设计方案

动物园区域的污水属于南太子污水处理厂服务范围（现状规模为35万m3/d），根据南太子湖污水处理厂收集管网系统布局，区域污水经过收集后排入现状江堤中路d1500mm~d2000mm污水管道，排入南太子湖污水处理厂。

动物园污水的来源分三大类：①游客、管理人员产生的生活污水；②动物产生的污水。③动物活动场地产生的雨水（动物园设计规范，CJJ267-2017，2017-09-01实施）。

根据《动物园设计规范》第9.1.8条，动物园对易发生疫情的动物展区、动物园的检疫场、隔离场和动物医院的污水应进行消毒处理。检疫场、隔离场和动物医院单独设置消毒设施，易发生疫情的动物展区主要集中在湿地鸟区，以及其他的展区鸟类比较集中地方，上类展区的污水需要单独进行处理后排入污水管网中。分别于展区附近设置小型一体化消毒设施，当疫情发生时，对站区污水进行处理，确保疫情不扩散。

根据《动物园设计规范》第9.1.9条，动物外舍及动物经常活动的室外场地排水应接入园区的污水管网，本工程按规范要求将动物活动区域（面积约5.3ha）的雨水排入污水管道。

受墨水湖与马沧湖连通箱涵的限制，动物园主园区的污水及动物活动区域雨水无法重力自排入马沧湖路污水管道，于动物园东门附近设置一处一体化合流提升泵站（总规模0.3立方米/秒），进入动物园东门外市政污水管道，之后排入南太子湖污水处理厂。

5.4 污水水量计算

1）第①②项污水量按预测用水量（不包括道路、绿地浇洒用水）的 90%估算，污水管道入渗水量按照污水水量的15%估算，同时考虑 15%的增容系数。

2）第③项污水量按照动物活动区域（面积约5.3ha）的雨水水量计算，综合径流系数取0.2。

计算得出此项水量约为0.3m3/s。

因此，总水量约为0.3m3/s，一体化污水提升泵站规模为0.3m3/s。

5.5 污水工程布局

结合道路竖向及地形，分段布置污水管道：

（1）北门综合服务区

由于该区域主要为游客、管理人员产生的生活污水，沿规划道路新建d400mm污水管道，经动物园北门排入动物园路现状d600mm~d800mm 污水管道，污水经现状江堤中路 d1500mm~d2000mm污水管道，排入南太子湖污水处理厂。

（2）主园区

考虑到西门外道路建设时期未知，暂不考虑西门外规划污水管道作为排放出口。主园区污水及动物活动区域雨水经敷设在规划园路上的d400mm~d600mm 污水管道，接入一体化合流提升泵站，经泵站提升后排入市政污水管。对易发生疫情的位置需在建筑物或运动场的污水排出口处设置一体化消毒设备。

5.6 一体化污水泵站设计

泵站规模：0.3m3/s。

工艺流程：将主园区污水送入一体化泵站进行提升，泵站前设置闸门井，考虑用地的限制及泵站规模，采用圆形泵房，沉井施工，污水经DN500压力管道送入动物园东门外马沧湖路重力污水管道中。

6 雨水系统设计

6.1 排涝标准

地区设计内涝重现期为50年一遇，50年一遇暴雨情况下，最大渍水深度不超过15厘米。

雨水管网设计标准根据武汉市暴雨强度公式计算，其中一般地区P=3年，不利地段P=5年。

6.2 雨水现状

动物园地区现状雨水属于东湖水系中墨水湖汇水区。地区现状雨水依靠园区雨水管分散散排入墨水湖。目前，沿园区主道路敷设d300mm雨水管道就近排往墨水湖、天鹅湖及马沧湖，雨水管道主要集中在园区环路南侧（长颈鹿馆~天鹅岛）、猩猩馆以及熊馆周围，依靠布置于园区路旁的雨水口收集地面散排的雨水，汇集经7处d300mm~d600mm雨水管道排入墨水湖、天鹅湖及马沧湖。

6.3 雨水系统整体设计方案

动物园地区雨水属于东湖水系中墨水湖汇水区。地区雨水经管网收集后分散排入墨水湖。墨水湖常水位为20米，历史最高水位为22米。

结合园区竖向及周边地形地势，分段布置B=500mm边沟和d600mm~d800mm雨水管道就近排入墨水湖、天鹅湖及马沧湖。

6.4 雨水工程布局

结合道路竖向及地形，分段布置雨水边沟和管道：

（1）主园区

主园区主要采用雨水边沟收集园区雨水，就近排入周边湖体。边沟内径宽度为500mm，深度约为800~1000mm。上设盖板及5cm厚卵石。

主园区排口共有10处，其中d600排口共6处，d800排口共2处，d1000排口共1处。末端排湖设置生态排口，以减少面源污染入湖。

另外，在主园区西南角低洼处设置临时排水设施，考虑在雨量较大或墨水湖水位较高时，采用应急排水泵进行排水，避免雨水淹没园内道路及笼舍。

（2）透水铺装

根据园区地势和园区内海绵需求，区域内人行道采用透水铺装，铺设HDPE穿孔管对雨水进行渗透，排至园区内雨水管涵。

（3）生态排口

根据相关研究，对武汉动物园对墨水湖水质污染程度影响的多种因素进行了分析[3]，因此针对近期内无法完全进行截污处理的排口处设置生态排口，主要是雨污混流排口和部分雨水排口，其中混流排口排出的污染物包括溢流生活污水、初期雨水、冲刷的管道沉积物等；雨水排口排出的污染物主要为雨水冲刷的地表污染物及阳台落水等。因此生态排口除满足常规排水功能外，主要还具有沉沙、过滤、初步截污等功能。前处理对排口初雨携带的悬浮物进行拦截、收集，末端采用生态缓冲带等对部分溢流污水及初期雨水面源污染进行净化，进一步削减水体污染负荷，从而达到改善水环境的目的。

（4）海绵设施

根据相关研究，动物园土壤有机质含量总体较高[4]，园林铺装宜采用透水铺装，雨水排放参照海绵图集采用植草沟及截污式雨水口，末端排湖设置生态排口，以减少面源污染入湖。动物活动区域的雨水进污水管道，以避免活动区域污染负荷对墨水湖水质造成的影响。

7 结语

武汉动物园综合改造方案中的给排水设计充分考虑了内涝防灾和园区市政给排水等方面的需求，充分体现了前瞻性、综合性、安全性和可靠性的要求。通过合理规划和科学设计，提升了园区应对内涝问题的能力，确保了园区的环境卫生和水资源利用，保障了动物园的正常运营和游客安全，提升了整体运营效率和游客体验，为其他类似项目的给排水设计提供了有益的参考和借鉴。

参考文献：

[1] 戴希刚,蔡婵静,佘初华,徐小玉,李莎.武汉动物园绿化调查及植物景观分析[J].江汉大学学报(自然科学版).2016(02)

[2] 赵建伟,单保庆,尹澄清.城市旅游区降雨径流污染特征——以武汉动物园为例[J].环境科学学报.2006(07)

[3] 梅涛.浅析武汉动物园对墨水湖水质污染的影响[J].中国环境管理丛书.2004(02)

[4] 李妍,胡红青,刘静,王备,朱永官.武汉动物园土壤特性与磷释放研究[J].华中农业大学学报2005(02)