基于Infow orks ICM的規劃管網能力評估
——以金鞭港地區為例

張司宇，王景蕓，李 瑞

（1.湖北工業大學土木建筑與環境學院，湖北 武漢 430068；2.武漢鵬森環境科技有限公司，湖北 武漢 430068）

0 引言

近10年來，我國許多城市與地區內澇災害頻發，根據專項調查顯示，超過60%的城市發生過內澇［1］，內澇已經嚴重影響著人民生活與社會經濟。內澇災害的出現，一方面是受全球變暖、極端天氣頻頻出現的影響；另一方面是許多地區的管網標準偏低，排水能力不足。搭建合理的水力模型對規劃設計城市排澇體系進行模擬，能夠檢驗規劃管網能力并為現狀管網的優化改造提供根據。

1 研究區域概況與內澇分析

1.1 研究區域概況

金鞭港區域位于武漢市江夏區大橋新區南部，面積8 km2,東部毗鄰湯遜湖，整體上呈南北高、中間低的地勢，高程主要分布在18～34 m。

如圖1所示，金鞭港區域內雨水主要由南北兩側道路下雨水管道收集后匯入金鞭港，金鞭港為主排水通道，將水排至湯遜湖，部分區域的雨水經收集管網直接排入湯遜湖。

1.2 內澇成因分析

湯遜湖水位一般為18～19 m，資料顯示，其歷史最高水位達到21.20 m，而根據《武漢市中心城區排水防澇專項規劃》記載，湯遜湖規劃控制水位僅為17.65 m，規劃控制最高水位僅為18.65 m。湖泊水位一旦超過最高控制水位，必然會引起上游管道頂托，導致上游地區出現漬水。如圖2所示，大橋村一區、大堰灣、李家灣、小蜜蜂食品廠門口等地區因局部地勢較低，雨水在管網超過負荷時往往不能及時排走，從而形成漬水。

圖1 金鞭港區位圖

圖2 內澇成因分析

金鞭港地區之前的開發模式以傳統的硬化路面為主，雨水難以下滲，只能流入市政管網，給市政管網增加了負荷。隨著規劃區開發的逐漸推進，地面硬化范圍逐漸加大，內澇的程度也會逐漸增加。

2 雨水排水模型的建立

2.1 排水管網

現狀管網數據來自于武漢市排水管理服務中心，規劃管網數據來自《江夏區紙坊城區排水（雨水）防澇綜合規劃》。西部主雨水管附近為開發程度較低的城中村，加上現狀管網中西部管網支管數量過少、地勢較高，雨水排不出去就會形成漬水。

將金鞭港區域排水系統概化，研究區域的排水系統經概化后共有66個節點，其中包含56個檢查井、10個出水口，75段管道連接，規劃管網全長約為27 363.4 m，結合現場踏勘的情況對數據進行修正，經arcgis將數據轉化為shp文件導入Infoworks ICM中作為管網模型的基礎。

2.2 降雨事件

根據《武漢市排水防澇系統規劃設計標準》推薦采用的短歷時暴雨強度公式如下：

式中：q—設計暴雨強度［L/（s·hm2）］；P—重現期（a）；t—降雨歷時（min）。

按照工程設計標準，當工程實施完成后，能夠滿足20年一遇的暴雨排澇要求。根據武漢市暴雨強度公式結合芝加哥雨型［2］計算，分別選取設計重現期為1，2，5，10，20年的降雨過程。

2.3 模型參數設置

金鞭港區域解析的下墊面有6類：屋面、水面、道路、鋪裝、綠地、裸地，其中綠地及裸地為透水表面，其他下墊面設置為不透水表面。對于不透水面采用固定徑流系數法的產流模型，透水面采用霍頓下滲模型，各類下墊面參數如表1所示。

表1 模型水文參數［3］

2.4 子集水區劃分

精確的集水區的劃分需要根據路網、建筑、地勢等因素進行分析，金鞭港地區因為存在大量在建工程和道路，很難精確的劃分子集水區，筆者采用泰森多邊形法劃分子集水區，在泰森多邊形中的任何位置，距其關聯點的距離都比到任何其他點輸入要素的距離近［4］。將規劃區由金鞭港分為南北兩個匯水區，然后根據管網的布置使用泰森多邊形法將兩個集水區劃分劃成一系列的子匯水區。

3 模擬結果分析

3.1 規劃管道排水能力評估

根據搭建的Infoworks ICM模型，對金鞭港區域規劃排水管網的排水能力進行評估，分別選取重現期為1，2，5，10，20年的降雨作為條件運行模型，用不同重現期下管道不超過最大負荷能滿足的最大重現期評估管網的能力。將模型模擬的結果提取成shp格式的文件導入arcgis中，將篩選分類為管網排水能力在降雨重現期小于1年一遇、1到2年一遇、大于2年一遇3類進行統計，結果如圖3所示。

金鞭港區域的排澇標準為20年一遇，雨水管網標準為P=2。模擬結果顯示只有少部分管網能夠滿足P=2的標準要求，規劃后的管網達不到要求的比例高達91%。

3.2 規劃管網漬水評估

用20年一遇的暴雨對內澇情況進行模擬，模擬時長為3 h，其結果如圖4所示。其中大橋村還建房一期小區、小蜜蜂食品有限公司等小區門口漬水情況，多由于地塊內部管網標準低或自身地勢低洼原因造成，文化大道與金龍大街交匯路口出現的漬水現象，主要是因為管網能力不足且規劃不合理導致。

圖3 管網能力評估

圖4 內澇積水評估

4 結語

本研究采用Infoworks ICM模型，建立了武漢市江夏區金鞭港區域二維管網模型，對海綿城市管網改造的效果進行模擬評估，能夠直觀、清晰地顯示規劃管網的能力以及特定降雨條件下發生漬水的區域。

模擬的結論及建議如下：（1）91%的管網能力不滿足P=2的規劃要求。（2）漬水區域主要出現在地勢低于湯遜河管控水位的區域，要解決此類漬水問題，需要依托整個湯遜湖流域，加強流域水系調度。（3）部分區域管網布設不合理、管徑過小，建議增加主管網的管徑并且在臨近水體的位置增加排水口減輕管網系統的壓力。