寧波市海綿城市試點區域內澇研究

宋 娟，張 焱，王新龍，孫飛飛

(寧波市水利水電規劃設計研究院，浙江 寧波 315192)

近年來隨著城市開發進程的不斷推進、洪澇水滯蓄空間縮減以及極端氣候的頻發，城市防洪減災形勢日益嚴峻，洪澇災害現象頻發。《寧波市城市總體規劃2006—2020》(2015年修訂)提出，2020年中心城建設用地規模在原規劃311.9km2的基礎上增加至420km2。經濟社會的快速發展，城市建設區的進一步擴張使得城市防洪排澇壓力進一步增大，海綿城市建設已成為緩解新形勢下城市內澇壓力的重要舉措。

為支撐寧波市海綿城市建設的相關工作，有必要研究試點區域現狀內澇積水點分布情況。目前，國內多使用SWMM、InforWorks等軟件建立研究區域范圍內的雨洪模型，模擬分析不同重現期條件下的內澇積水情況，模型一般使用常水位、警戒水位等河道特征水位做為管網下邊界。本文認為僅獨立建立研究區域雨洪模型，并使用固定水位邊界的做法與實際情況不完全相符，因此，本研究建立流域河網水動力模型，為試點區域雨洪模型提供水位邊界，模擬分析試點區域現狀內澇積水點分布情況。

1 研究區域

寧波市海綿城市試點區域位于江北區，包括慈城古縣城、慈城新區、前洋立交東北側地塊、姚江新區啟動區、姚江新區、謝家地塊、天水家園以北地塊、灣頭地塊等8片地塊，面積總計30.95km2。其中，慈城古縣城為古城區，慈城新區、灣頭地塊為正在開發的地塊，前洋立交東北側地塊、姚江新區啟動區、姚江新區基本為農田和村莊，謝家地塊和天水家園以北地塊為已開發地塊。

寧波市海綿城市試點區域地處甬江流域東排區，面積共計4182km2，甬江流域東排區范圍與試點區域范圍示意圖如圖1所示。甬江流域位于浙江省東部，長江三角洲南翼。姚江、奉化江為甬江兩大源流，在寧波三江口匯合后稱為甬江。流域內河網密集，地勢較低，易遭受臺風性暴雨、梅雨性暴雨、突發性暴雨和風暴潮侵襲。

圖1 甬江流域東排區范圍與試點區域范圍

2 模型構建

2.1 寧波市內澇形成機理分析

寧波市城市雨水排放主要有重力流排放和泵站強排兩類：重力流排放是指雨水通過市政管網系統先就近排入城市內河，內河再通過沿江碶閘排入外江；泵站強排是雨水通過市政管網系統收集，再由強排泵站直排外江。

由于試點區域河網密布，澇水主要還是采用重力流排放為主。而重力流排放的排水效率受內河水位影響較大。由于水系連通性，試點區域的內河水位取決于其所處的整個江北鎮海平原河網水系的水位。

江北鎮海河網所處甬江流域水系復雜，沿江閘泵眾多，其洪澇水的形成不僅來自區域本身降雨，同時還有周邊山區匯水、邊界閘堰分水、外江漫堤洪水，此外河道排水受外江洪水與外海潮水雙重頂托，因此獨立區塊的河道水位難以通過局部模型實現，需要建立完善的流域河網水動力模型。因此，為滿足試點區域內澇分析的要求，本次研究擬建立甬江流域一維河網水動力模型、試點區域一維河網水動力模型、試點區域管網水動力模型、試點區域二維地表漫流水動力模型，并進行相應的耦合分析。

2.2 模型體系

根據以上需求，建立試點區域一維河網水動力模型、試點區域管網水動力模型、試點區域二維地表漫流水動力模型，以上三種耦合后，形成傳統的獨立片區雨洪模型。此外，考慮到寧波河網水系的連通性，還需建立以甬江流域作為計算范圍的甬江流域一維河網水動力模型，為試點區域一維河網水動力模型提供外邊界。

其中，甬江流域一維河網水動力模型對河道、節點、斷面、閘門、泵站、平原調蓄空間等進行概化處理，并以山區入流作為上邊界、外海潮位作為下邊界。以甬江流域一維河網水動力模型為例，模型共概化2308條河段，2032個節點，14877個斷面，352座閘門(含泵站)，960片平原調蓄空間，模型概化圖如圖2所示。

圖2 甬江流域一維河網水動力模型概化圖

3 模擬分析

3.1 模擬情景設置

為充分分析內澇積水情況，本文設置以下幾種暴雨情景：1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇、10年一遇、20年一遇、30年一遇、50年一遇。其中，1年一遇、2年一遇、3年一遇、5年一遇暴雨采用短歷時設計雨型，暴雨強度根據寧波市三江片暴雨強度公式(見公式1)計算，采用寧波市模式雨型進行120min暴雨分配，短歷時設計暴雨成果見表1。

(1)

式中，q—降雨強度，L/(s·ha)；t—降雨歷時，min；P—設計暴雨重現期，a。

10年一遇、20年一遇、30年一遇、50年一遇暴雨使用《寧波市江北區防洪排澇規劃》(2013)設計暴雨成果，按流域典型暴雨“63雨型”進行時空分配，長歷時設計暴雨成果見表2。

表1 寧波市三江片120min歷時設計暴雨計算成果

表2 長歷時設計暴雨計算成果表

長歷時暴雨情景下，使用甬江流域一維河網水動力模型計算成果作為試點區域雨洪模型水位邊界，短歷時暴雨情景下，使用江北內河水位站警戒水位、保證水位作為試點區域雨洪模型水位邊界。

3.2 內澇積水點分布及分析

本文依據住建部《試點城市內澇積水點分布圖繪制說明》，確立內澇積水點統計標準：深度超過15cm的時間超過2h區域可以認為是內澇積水區域，內澇積水區域面積大于500m2視為內澇積水點。根據模型體系計算成果，寧波市海綿城市試點區域現狀內澇積水點分布見表3。

(1)慈城古鎮共有三處較大面積內澇點，且受淹頻率較高，主要積水原因為古鎮合流制排水系統設計標準低于1年一遇且設施陳舊；地勢低洼。建議結合古縣城改造，完善排水系統；進行局部出入口改造，并加強內河水位管理，發揮護城河作用。

(2)慈城新區已建成部分融入了澳大利亞水敏感城市設計理念，建設年代較近，排水系統，因此除排水系統正在建設中的維拉小鎮二期，片區基本不存在內澇積水點。

(3)謝家地塊和天水家園以北地塊均存在較多內澇積水點，其主要原因為地勢低洼和排水口河道水位頂托。建議源頭進行海綿化改造，減少產水量，同時在排水管網末端設置排水泵站。

(4)灣頭地塊10年一遇開始出現大面積積水，主要原因是部門姚江堤岸未完成建設，因此建議源頭進行海綿化改造，減少產水量，并同時完成姚江封閉。

表3 寧波市海綿城市試點區域現狀內澇積水點分布情況表

(5)前洋立交東北側地塊、姚江新區啟動區、姚江新區等片區下墊面主要為農田、村莊，因此出現大面積積水，但未詳細列入表3。

4 結語

本文建立了以甬江流域一維河網水動力模型為基礎的模型體系，根據模型分析結果，除慈城古鎮外，寧波市海綿城市試點區域內澇積水主要原因為排水口河道水位頂托和姚江堤防未封閉。由此可得出推論，由于獨立建立研究區域雨洪模型，并使用常水位、警戒水位等固定水位邊界的做法不能準確模擬排水口河道水位頂托和姚江漫堤的情況，因此以甬江流域一維河網水動力模型為基礎計算研究區域雨洪模型邊界是有必要的。