長沙市軌道交通3號(hào)線一期工程各車站內(nèi)澇水位分析

陳春明 宋荷花 王 亮

（長沙水文水資源勘測局 長沙市 410014）

1 概 述

長沙市軌道交通3 號(hào)線全長41.492 km，設(shè)車站28 座，起點(diǎn)站為蓮坪大道站，終點(diǎn)站為龍角路站，為貫通長沙城區(qū)東北至西南方向的主要交通干線。由于近年來城市內(nèi)澇頻發(fā)，嚴(yán)重威脅到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市的有序運(yùn)行，對(duì)已建地鐵的正常運(yùn)行也造成了較大的影響。如2010年5月14日，廣州市大暴雨造成城區(qū)17 處積水，地鐵2 號(hào)線進(jìn)水停運(yùn)；2012年7月21日北京市特大暴雨，營運(yùn)的地鐵線路出現(xiàn)9 處進(jìn)水。為最大程度地減少城市內(nèi)澇對(duì)長沙市擬建地鐵線路的影響，為該線路站點(diǎn)設(shè)施建設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，本文根據(jù)水量平衡原理，通過推求100年一遇設(shè)計(jì)暴雨、確定匯水面積、計(jì)算排水量、繪制容積曲線等步驟對(duì)軌道交通3 號(hào)線各站點(diǎn)100年一遇內(nèi)澇水位進(jìn)行分析計(jì)算。

2 內(nèi)澇水位計(jì)算原理和分析思路

2.1 計(jì)算原理

內(nèi)澇水位的計(jì)算原理為水量平衡原理，即：

式中 Δh——計(jì)算時(shí)段Δt 內(nèi)的地面平均積水深度（mm）；

Δt——計(jì)算時(shí)段，取1 h、3 h、6 h 分別進(jìn)行試算，當(dāng)計(jì)算得Δh 為最大值時(shí)，即為采用的計(jì)算時(shí)段；

P——計(jì)算時(shí)段內(nèi)100年一遇設(shè)計(jì)暴雨（mm）；

Δp——降雨損失量，單位mm，包括雨間蒸發(fā)量、地面下滲量、填洼量（塘、水池、洼地等調(diào)蓄量）；

Hp——計(jì)算時(shí)段內(nèi)，通過城市排水管網(wǎng)和排澇泵站排出的水量（mm）。

2.2 分析思路

（1）推求設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)長沙市內(nèi)長沙水文站、梨水文站、羅漢莊水文站、白箬雨量站實(shí)測降雨資料，通過頻率曲線法推求100年一遇設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)“就近”原則，每個(gè)地鐵車站均采用最近一個(gè)水文站的雨量資料作為內(nèi)澇水位計(jì)算的依據(jù)。

（2）計(jì)算降雨損失量ΔP。當(dāng)計(jì)算范圍內(nèi)建筑物密集，ΔP 難以計(jì)算準(zhǔn)確時(shí)，P-ΔP 按式P-ΔP=ΨP 進(jìn)行計(jì)算。Ψ 為采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中綜合徑流系數(shù)。

（3）計(jì)算排水量Hp。根據(jù)雨水管網(wǎng)和排澇泵站的排水能力，計(jì)算每小時(shí)的排澇量。Hp=0.36×Qs×Δt/F，式中Qs 為泵站或管網(wǎng)的設(shè)計(jì)排水流量（L/s）。

（4）計(jì)算地面平均積水深度。100年一遇設(shè)計(jì)暴雨降雨量-排水量=地面積水深度。

（5）確定匯水面積。根據(jù)工程設(shè)計(jì)資料和工程區(qū)域的地形地貌特征，確定匯水面積。

（6）繪制容積曲線（Z～V）。根據(jù)地形圖，求算各級(jí)高程的容積，以縱坐標(biāo)表示高程、橫坐標(biāo)表示容積，即可繪制容積曲線。

（7）內(nèi)澇水位計(jì)算。地勢低洼處內(nèi)澇水位計(jì)算，根據(jù)計(jì)算求得的100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)匯水區(qū)域內(nèi)的產(chǎn)水量，查容積曲線即得到內(nèi)澇水位；地勢平坦處內(nèi)澇水位=地面高程+地面平均積水深度。

3 3號(hào)線站點(diǎn)內(nèi)澇水位分析計(jì)算

3.1 望月湖站典型計(jì)算

（1）參數(shù)的選取。

P：距離望月湖站最近的水文站是長沙水文站，因此暴雨資料選用長沙水文站的計(jì)算成果；

Ψ：望月湖屬城市建筑密集區(qū)，取0.82；

Hp：望月湖片區(qū)雨水通過麓山垸泵站排入龍王港，經(jīng)計(jì)算麓山垸泵站的實(shí)際排漬能力為22.4 mm/h，則Hp 取22.4 mm/h。

（2）Δh 的計(jì)算。

Δt=1 時(shí)，利用（式1）計(jì)算得Δh=58.9 mm；

Δt=3 時(shí)，利用（式1）計(jì)算得Δh=38.6 mm；

Δt=6 時(shí)，利用（式1）計(jì)算得Δh=0.98 mm；

Δt=1 時(shí)，計(jì)算的地面積水深度Δh 為最大。

（3）繪制容積。

通過查閱該區(qū)域1∶500 地形圖結(jié)合實(shí)地查勘，確定望月湖站的匯水面積為225 400 m2。以地面積水深度為縱坐標(biāo)（從31.85 m 起算）、容積（V）為橫坐標(biāo)，繪制容積曲線如附圖。

（4）內(nèi)澇水位的計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算，匯水區(qū)域內(nèi)遭遇100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)，地面產(chǎn)水量為13 270 m3。通過查容積曲線得：地面積水深度為0.55 m。內(nèi)澇水位=31.85+0.55=32.4 m。

3.2 3 號(hào)線站點(diǎn)內(nèi)澇水位成果

附圖 望月湖站容積曲線

類似望月湖站，根據(jù)上述步驟可計(jì)算3 號(hào)線其他站點(diǎn)遭遇100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)的內(nèi)澇水位，計(jì)算成果見附表。

由附表可以看出，長沙市城區(qū)發(fā)生遭遇100年一遇暴雨時(shí)，長沙市軌道交通3 號(hào)線將會(huì)有14 個(gè)站點(diǎn)處出現(xiàn)不同程度的地面積水，地面積水深度為（0.1～0.5）m 不等。有14 個(gè)站點(diǎn)“可不考慮內(nèi)澇”是因?yàn)樘幱诟叩鼗蚱露容^大的坡道上，可不考慮城市內(nèi)澇對(duì)軌道交通車站的影響。

4 結(jié) 語

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》城市一般地區(qū)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為1～3年（即抵御1～3年一遇的暴雨），重要地區(qū)3～5年；根據(jù)《長沙市防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》 長沙市區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇12 小時(shí)暴雨（137.1 mm）12 小時(shí)排干。由于排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低，當(dāng)發(fā)生100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)，地勢平坦的地方均會(huì)產(chǎn)生積水，出現(xiàn)短時(shí)的內(nèi)澇。本文根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和水文計(jì)算成果，計(jì)算了長沙軌道交通3 號(hào)線各站點(diǎn)遭遇100年一遇暴雨的內(nèi)澇水位，為該線路車站設(shè)施標(biāo)高的設(shè)計(jì)依據(jù)，同時(shí)也給城市發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨時(shí)內(nèi)澇水位分析提供了參考。