山西轉型綜合改革示范區(qū)人民路雨水系統(tǒng)設計方案研究

侯 深 貞

(太原市市政工程設計研究院，山西 太原 030002)

1 項目背景

山西轉型綜合改革示范區(qū)瀟河產業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)范圍：北起太原西南鐵路環(huán)線南規(guī)劃路，南至規(guī)劃文源路，西起規(guī)劃人民路，東至大西鐵路、太原市界，規(guī)劃總面積57.3 km2。太原起步區(qū)以瀟河為界劃分為2個排水分區(qū)。瀟河以北為瀟河分區(qū)，雨水排入瀟河；瀟河以南為象峪河分區(qū)，雨水排入象峪河。

人民路雨水系統(tǒng)屬于瀟河分區(qū),匯水范圍北起辛村街，南至規(guī)劃小牛線，西起人民路，東至太焦高鐵、大西線，匯水面積1 141 hm2。雨水主干管渠沿辛村街、人民路布置。

2 設計標準及參數

人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍為11.41 km2，按照GB 51174—2017城鎮(zhèn)雨水調蓄工程技術規(guī)范3.1.2條中關于雨水設計流量計算的相關規(guī)定，本工程采用以數學模型法模擬為主，以恒定均勻流推理公式即暴雨強度公式校核模擬結果的方法確定系統(tǒng)的雨水徑流量。

根據《山西轉型綜合改革示范區(qū)瀟河產業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)雨水防澇專項規(guī)劃(2016—2030年)》確定的匯水范圍和管網布置形式進行降雨徑流量計算，計算主要參數如下。

2.1 雨水設計重現(xiàn)期

1)主干管渠和次干管渠5年一遇，支管3年一遇；2)居住用地、一般商業(yè)用地、工業(yè)用地、一般固定避難場所3年一遇；3)核心辦公區(qū)、核心商業(yè)區(qū)、中心防災避難場所等重要地區(qū)5年一遇；4)下穿式立交橋：一般道路10年一遇，主干道路20年一遇，快速路30年一遇。

2.2 徑流系數

ψ綜合=0.60，ψ綠地=0.15，ψ立交=0.90。

2.3 暴雨強度公式

其中，q為暴雨強度，L/(hm2·s)；P為雨水管渠設計重現(xiàn)期，年；t為降雨歷時，min，t=t1+t2，t1為地面集水時間，取10 min，t2為管道流行時間，min。

2.4 調蓄量的計算

當調蓄池設施用于源頭徑流總量和污染物控制以及分流制排水系統(tǒng)徑流污染時，調蓄量的確定按下式計算：

V=10DFψβ。

其中，V為雨水蓄存容積；D為單位面積調蓄深度，mm，源頭雨水調蓄工程可按照年徑流總量控制率對應的單位面積調蓄深度進行計算，分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制的雨水調蓄工程可取4 mm～8 mm；F為匯水面積，hm2；ψ為綜合徑流系數；β為安全系數，一般取1.1～1.5。

3 工程設計方案

本工程采用Infoworks ICM模型對人民路雨水系統(tǒng)進行模擬。為確保綜改區(qū)太原起步區(qū)的排水防澇安全，增加人民路雨水系統(tǒng)范圍內水體景觀面積，體現(xiàn)海綿城市設計理念。以Infoworks ICM 數學模型法模擬為依據，對人民路雨水系統(tǒng)進行了系統(tǒng)設計，在人民路主干管沿線共設置了3座中途調蓄池及1座末端調蓄池。

3.1 徑流量的校核

通過推理公式計算，發(fā)生管涵設計重現(xiàn)期(P=5)降雨時，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內末端雨水管網峰值徑流量為45.54 m3/s，對應匯流時間為107.3 min。

通過模擬，發(fā)生管涵設計重現(xiàn)期(P=5)降雨時，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內末端雨水管網峰值徑流量為47.48 m3/s，對應匯流時間為132 min。

3.2 重現(xiàn)期為5年及50年模擬計算

通過模擬設計重現(xiàn)期為5年及50年時，人民路主干管、各中途調蓄池及末端調蓄池運行情況，不斷調整中途及末端調蓄池設計池容及各中途調蓄池下游方涵峰值過流量，最終確定技術可行的雨水系統(tǒng)優(yōu)化組合。

人民路雨水系統(tǒng)擬采用脫過方式運行，調蓄池和泵站通過中控系統(tǒng)聯(lián)動運行，降雨發(fā)生時雨水經管網系統(tǒng)匯流至人民路主干管，徑流雨水優(yōu)先經主干管進入末端泵站系統(tǒng)抽排至瀟河；當中途調蓄池對應位置的主干管徑流量大于設計控制的峰值徑流量時，啟動中途調蓄池。1號、2號、3號中途調蓄池設計主要參數如下：

1)1號調蓄池擬位于辛村街與大運路交叉口西南角規(guī)劃綠帶內，該調蓄池設計為敞口式調蓄池，占地約0.56萬m2。調蓄池出口峰值徑流量16.0 m3/s。

2)2號調蓄池擬位于辛村街與真武路交叉口西南角規(guī)劃綠帶內，該調蓄池設計為敞口式調蓄池，占地約0.48萬m2。調蓄池出口峰值徑流量20.0 m3/s。

3)3號調蓄池擬位于辛村街與人民路交叉口東北角規(guī)劃綠帶內，該調蓄池設計為敞口式調蓄池，占地約3.1萬m2。調蓄池出口峰值徑流量16.0 m3/s。

末端調蓄池(4號調蓄池)擬位于人民路與瀟河北路交叉口東南角規(guī)劃綠帶內，該調蓄池設計為全地下調蓄池，占地約0.56萬m2。調蓄池平面凈尺寸為100 m×56.0 m。

上述運行方式可以實現(xiàn)瀟河分區(qū)人民路雨水系統(tǒng)設計重現(xiàn)期5年降雨強度下管道為重力流運行狀態(tài)。發(fā)生大于5年、小于50年一遇內澇設計標準下降雨時，通過沿線中途調蓄池及脫過流量控制，充分利用管道調蓄和中途調蓄，通過管道短時間壓力流狀態(tài)運行，實現(xiàn)超標雨水調蓄，保證區(qū)域不內澇。

1號、2號、3號中途調蓄池同時具有雨水調蓄功能和景觀湖功能。設計為自排空，即調蓄池下層蓄有景觀湖水，調蓄池雨水調蓄功能區(qū)的底高程即是景觀湖常水位，同時也是調蓄池與雨水主干管連通方涵的底高程。調蓄池采用生態(tài)放坡形式與周邊地形自然連接，為敞口式設計。通過調蓄池下游峰值徑流量控制閘門，可以充分發(fā)揮中途調蓄和其上游管道調蓄空間，保證人民路雨水系統(tǒng)排水安全。

4 工程的完整性及分期建設計劃分析

4.1 人民路雨水系統(tǒng)的完整性

人民路雨水系統(tǒng)由人民路雨水管網、人民路雨水泵站、3座中途調蓄池及1座末端調蓄池組成，共同保障區(qū)域的排水安全。

4.2 人民路雨水系統(tǒng)的運行控制

人民路雨水系統(tǒng)內雨水泵站、3座中途調蓄池及1座末端調蓄池是一個完整的有機整體。需要協(xié)調控制聯(lián)動運行。雨水泵站及末端調蓄池的安全完全依賴于對3座中途調蓄池下泄流量的控制。因此系統(tǒng)的自控及設備至關重要，后續(xù)工程推進過程中要充分考慮自控及設備的可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度。

4.3 分期建設計劃

根據綜改區(qū)相關建設計劃，區(qū)域內雨水管網建設需結合路網建設進度逐步建設完善。目前，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內，雨水管網還遠未完善，區(qū)域下墊面以可滲透的土地為主，管涵設計重現(xiàn)期范圍內降雨的雨水徑流量可以通過20 m3/s的泵站系統(tǒng)順暢排出，不需要調蓄池進行徑流削峰。

因此，設計對人民路雨水系統(tǒng)進行分期實施，近期實施雨水泵站工程，滿足近期匯水范圍內徑流雨水的排放需求，保證區(qū)域排水安全和相關建設工程的推進。遠期實施末端調蓄池工程。3座中途調蓄池建設根據后續(xù)雨水管網系統(tǒng)建設完善過程中雨水徑流量變化情況，結合綜改區(qū)起步區(qū)整體建設進度適時啟動，確保區(qū)域排水安全。

5 結語

本工程從項目建設的背景出發(fā)，通過對山西轉型綜合改革示范區(qū)瀟河產業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)排水現(xiàn)狀的描述和相關城市建設的介紹，闡明了人民路雨水泵站及調蓄池在瀟河產業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)排水防澇和防洪系統(tǒng)的重要作用，揭示了本工程建設的必要性與緊迫性。

本工程的實施，將為瀟河以北人民路雨水泵站抽排系統(tǒng)匯水區(qū)域內的雨水提供可靠的排水出路，保證該地區(qū)雨水的順暢排除和道路交通的安全性，極大地推動整個區(qū)域的快速發(fā)展。