基于排水模型的城市水浸點(diǎn)優(yōu)化改造研究

【摘要】介紹了現(xiàn)狀排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)存在的局限性以及城市排系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中存在難以準(zhǔn)確評(píng)估的問(wèn)題，通過(guò)案例分析介紹了排水模型在水浸點(diǎn)優(yōu)化改造的實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】排水系統(tǒng);水浸;模型

1、引言

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)用地面積的迅速擴(kuò)大，城市不透水面積大幅度增加;同時(shí)，由于城市熱島效應(yīng)等原因，城市區(qū)域局地短歷時(shí)暴雨數(shù)量也在增加。這些都導(dǎo)致暴雨時(shí)城市水浸問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。

在我國(guó)的室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范一直采用推理公式法進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)，使用恒定流水力學(xué)原理計(jì)算管網(wǎng)的匯流過(guò)程。該方法簡(jiǎn)單方便但未能充分考慮管網(wǎng)實(shí)際水力狀況和下游邊界對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行的影響。排水管網(wǎng)是錯(cuò)綜復(fù)雜，各元素之間緊密相連的系統(tǒng)，且生活污水和降雨都存在著一定的不確定性和隨機(jī)性。該方法無(wú)法準(zhǔn)確的反映出管網(wǎng)運(yùn)行的真實(shí)情況和管網(wǎng)運(yùn)行中水文/水力的變化過(guò)程。導(dǎo)致在管網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中存在著一定的缺陷。在較大流域范圍內(nèi)更難準(zhǔn)確的全面的評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

基于傳統(tǒng)方式存在的局限性，近年來(lái)在相關(guān)排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中越來(lái)越多的使用排水模型對(duì)排水現(xiàn)狀進(jìn)行分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。有效的避免在以往城市排水系統(tǒng)建設(shè)中存在的建設(shè)-問(wèn)題-補(bǔ)救-建設(shè)的傳統(tǒng)方法的弊病。

2、案例分析

本文以大江沖泵站排水系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究分析整個(gè)排水系統(tǒng)在降雨情景下的運(yùn)行狀態(tài)以及研究區(qū)內(nèi)的港口二路與高沙三街交叉口出現(xiàn)水浸的原因及提出相應(yīng)的解決措施。研究范圍西至豐樂(lè)路、東抵西江、北到環(huán)市北路、南臨發(fā)展大道面積約為2.0km2，規(guī)劃區(qū)內(nèi)大部分雨水經(jīng)由大江沖泵站抽排面積約為1.2km2，其余地區(qū)雨水由現(xiàn)狀雨水管（渠）直排至西江。

2.1排水模型平臺(tái)搭建

本工程將地理信息系統(tǒng)（GIS）與Info Works ICM 綜合流域排水模型軟件將二者結(jié)合實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的信息化管理與實(shí)時(shí)模擬計(jì)算，完整的模擬從降雨→地面產(chǎn)流→地表匯流→管網(wǎng)匯流→積水形成的完整過(guò)程。從系統(tǒng)的角度查找現(xiàn)狀排水系統(tǒng)運(yùn)行存在的瓶頸。為不同降雨情景下的城市管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和可能出現(xiàn)水浸位置、水浸范圍、水浸深度進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確評(píng)估優(yōu)化方案的可行性。

基于GIS對(duì)區(qū)域內(nèi)的地面高程、地面坡度進(jìn)行系統(tǒng)性的分析可知：除在研究范圍的西側(cè)與南側(cè)標(biāo)高較高外，研究區(qū)標(biāo)高主要在3～11m之間。地勢(shì)總體呈現(xiàn)西高東低。

單一孤立數(shù)據(jù)并不具有模擬計(jì)算的可行性，將排水系統(tǒng)內(nèi)的排水管網(wǎng)各類設(shè)施數(shù)據(jù)導(dǎo)入Info Works ICM模型搭建成為“節(jié)點(diǎn)—管線—集水區(qū)”具有空間網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，使得排水系統(tǒng)中的各類構(gòu)筑物整合為一個(gè)有機(jī)的整體。排水系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及排水系統(tǒng)數(shù)字高程分別如圖1：

2.2 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀模擬分析

采用最新實(shí)測(cè)的某一場(chǎng)降雨，對(duì)大江沖泵站排水系統(tǒng)的排水能進(jìn)行模擬分析。模擬計(jì)算與現(xiàn)狀調(diào)查在積水深度、積水時(shí)間、積水范圍的情況基本一致。最不利狀態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖如圖2：

水浸成因分析港口二路與高沙三、四街交叉口處地勢(shì)較低，大江沖泵站現(xiàn)狀規(guī)模較小無(wú)法滿足區(qū)域內(nèi)的排澇要求。下墊面硬化程度高，同時(shí)港口二路排水管管徑較小，無(wú)法快速有效的排除雨水從而造成積水。

2.3內(nèi)澇解決方案

建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)：管網(wǎng)采用5年一遇，內(nèi)澇防治采用30年一遇。

解決措施：通過(guò)對(duì)不同方案的模擬對(duì)比，最終確定區(qū)域內(nèi)的優(yōu)化改造方案。將大江沖泵站規(guī)模由現(xiàn)狀3.18m3/s提升至12.8m3/s。同時(shí)將港口二路現(xiàn)狀d600～800管，改造為d1000～1200排水管以增加區(qū)域內(nèi)的排水能力。同時(shí)構(gòu)建將綠色（低影響開(kāi)發(fā)）排水設(shè)施與灰色基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合的綜合排水系統(tǒng)，并通過(guò)ICM排水模型對(duì)低影響開(kāi)發(fā)及市政排水設(shè)施組合進(jìn)行優(yōu)化。具體設(shè)施要求如下圖3、下表1。

基于上述排水優(yōu)化措施采用30年一遇24小時(shí)降雨，結(jié)果表明內(nèi)排水系統(tǒng)最不利狀態(tài)下未出現(xiàn)明顯積水，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。

結(jié)語(yǔ)：

（1）通過(guò)模型模擬了在暴雨情況下，排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，查找出了系統(tǒng)排水的瓶頸所在，復(fù)核了規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的切實(shí)可行性。

（2）將為今后排水系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)、優(yōu)化調(diào)度、提標(biāo)改造提供切實(shí)的技術(shù)手段及數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬洪濤.基于模型的城市道路積水應(yīng)急排水措施研究[J].城市道橋與防洪，2008.06.

[2]鄭志佳.廣州市HD片區(qū)排水管網(wǎng)水力模型的構(gòu)建與應(yīng)用[D].學(xué)位論文：廣東工業(yè)大學(xué)，2013.05.

作者簡(jiǎn)介：

鄭志佳（1987.9 -），男 ，湖南益陽(yáng)，碩士，給排水工程師，主要從事方向：市政排水系統(tǒng)。