李洋洋 張崴棟 鄒福建 黃 偉 蘇 永 魏海峰
(1.徐州市水利建筑設計研究院 2.徐州市銅山區房村水利站 徐州 221100)
2012年4月,《2012 低碳城市與區域發展科技論壇》首次提到了“海綿城市”這一概念。2013年12月,習近平總書記在《中央城鎮化工作會議》的講話中所強調:“要讓城市融入大自然,不要花大氣力去劈山填海,很多山城、水城很有特色,完全可以依托現有山水脈絡等獨特風光,讓居民望得見山、看得見水、記得住鄉愁;解決城市缺水問題,必須順應自然。”為了貫徹和落實總書記講話和會議精神,2013年徐州市全面開展海綿城市建設工作。2016年7月,江蘇省第一批海綿城市建設試點城市新增加一座城市——徐州市。
項目區位于徐州市主城區西部。項目區建設重要的內容為截水溝工程,更是該區域澇防治的重要措施。截水溝工程范圍內遍布多條道路,人口聚集,山體面積較大,項目區地面高程起伏較大,是淹、澇的重災區,并且由于徐州市發展建設、地塊開發,區內多條排澇溝渠被填埋,使項目區的防洪排澇任務加重。為消除項目區山體的排澇問題,保護周邊居民的人身財產安全、提高城市品位以及促進城市可持續發展具有重要的意義。
為進一步復核、初擬截水溝斷面數據是否可以滿足海綿城市對水安全的要求,本次采用PCSWMM軟件,二維模擬淹水程度來對其進行分析。
該軟件是加拿大水利局根據EPA SWMM 軟件,集成了其各種功能之后進行再的一款用于商也用途的軟件,使其模擬過程更加方便、更加明了。
其被應用于綠色工程設施設計、2D 建模、整體模型、水質分析、防洪排澇系統計算、實時控制管理和洪水風險分析等方面。該軟件擁有模塊有水文模擬、水動力模擬,能夠模擬降雨地表產流、地表匯流,支持1D、2D 模型的耦合,可模擬降雨產生的水流及水流中雜物移動的過程,對其進行動態模擬,也可對因暴雨產生的水流有關的水量及水質問題進行進一步分析。
4.1.1 降雨數據
根據實際情況,選用SWMM 模型建立研究截水溝集水范圍內暴雨產匯流模型,并根據模型結果進行截水溝工程優化設計。由《江蘇省暴雨參數圖集》(2005年),查算徐州市24h 歷時5年一遇、10年一遇、20年一遇以及30年一遇的點雨量,經點面轉換得到不同重現期下的設計降雨量。
采用江蘇省暴雨等值線圖法對各重現期設計降雨進行時程分配,將其作為產匯流模型的輸入降雨。軟件計算采用30年一遇24h 的設計降水過程,見圖1。
4.1.2 模型構建及分析
SWMM 模型參數分為兩部分,產流過程參數、匯流過程參數。根據暴雨強度公式及降雨雨型,結合海綿示范區規劃地形以及受納水體30年一遇設計洪水位,利用SWMM 研究海綿示范區截水溝設計集水范圍內的產、匯流情況,通過模型進一步優化截水溝斷面設計。

圖1 徐州市30年一遇24h 的降水過程圖

圖2 現狀內澇積水深度示意圖

圖3 A 線截水溝模擬結果圖

圖4 B 線截水溝模擬結果圖

圖5 C 線截水溝模擬結果圖

圖6 D 線截水溝模擬結果圖

圖7 設置截水溝后的積水區域分布圖

表1 集水范圍表

表2 現狀內澇積水深度表
4.1.3 匯水分析
根據排水規劃圖紙、規劃豎向以及規劃用地屬性等參數建立SWMM 模型,依據截水溝空間范圍,劃分截水溝的服務范圍,集水范圍共計2.79km2,見表1。
現狀試點區內在30年一遇重現期降雨條件下,整體內澇較嚴重,主要原因是未開發地塊存在局部低點,管網排水標準低,導致排水不暢;另外現狀王窯河排水能力不足,影響上游管網排水導致周邊地塊積水。按區域主要分5 個區域,見表2。現狀內澇積水深度見圖2。
結合周圍地塊設計標準為3~5年的規劃管網布置,本文在試點區內山腳下設置截水溝,以便于將山體澇水轉輸至附近海綿濕地中。
4.3.1 截水溝平面布置
海綿城市截水溝工程主要包括:泉潤大道東段截水溝(D1~D6 段0.703km)、泉潤大道中段截水溝(B2~B3 段0.912km)、車輛段南側東段截水溝(B1~B2段0.776km)、車輛段南側西段截水溝(A1~A2 段0.664km)、車輛段西側截水溝(A2~A3 段0.407km)、支路10 截水溝(C1~C3 段1.582km)和入泉潤公園箱涵(A3~A4 段0.888km)。
4.3.2 模擬結果
利用PCSWMM 軟件計算復核截水溝斷面尺寸。經過PCSWMM 模型模擬,截水溝30年一遇降雨情況下設計水面線均低于地面高程。相應各段截水溝水力計算結果詳見圖3~圖6。
4.3.3 積水深度
通過PCSWMM 建模模擬計算,截水溝實施后,在規劃管網建設完備后,截水溝匯水區范圍內的內澇情況有顯著改善,見圖7。其中,區域1 積水減少,積水在16~34cm;區域2 徐蕭公路除澇效果良好;區域3 無截水溝,積水與規劃管網條件下的情況基本一致;區域4 產生的效果明顯,積水基本在18~38cm
通過PCSWMM 建模軟件計算了徐州市海綿城市試點區內山體周邊現狀內澇情況,并結合截水溝工程布置,利用PCSWMM 軟件將項目區內澇情況控制在城市建設要求范圍內■