某TOD項目周邊排水設(shè)計研究

黃 楠

（廣州地鐵設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510010）

1 項目背景

項目位于兩座地鐵站之間，東鄰城市快速路，南側(cè)、西側(cè)及北側(cè)毗鄰現(xiàn)狀河涌，地鐵車輛段位于其中，保證項目排水安全尤為重要。研究區(qū)域包括車輛段基礎(chǔ)設(shè)施地塊、北側(cè)白地及北側(cè)車輛段上蓋開發(fā)地塊、城市道路。研究區(qū)域開發(fā)前為車輛段蓋板，開發(fā)后為多種用地類型的綜合體。區(qū)域東側(cè)部分地面層及地下負(fù)一層規(guī)劃設(shè)置為車輛段設(shè)施及城市道路，用地性質(zhì)應(yīng)調(diào)整為公共交通場站兼容城市道路用地；東側(cè)部分上蓋層與西側(cè)部分白地規(guī)劃為二類居住兼容商業(yè)商務(wù)及中小學(xué)用地。地塊整體性質(zhì)調(diào)整為公共交通場站兼容二類居住、商業(yè)商務(wù)、中小學(xué)及城市道路用地。總用地面積211 751.38 m2，開發(fā)后規(guī)劃建設(shè)用地面積為110 924.31 m2，地面總建筑面積為322 100.96 m2。

地塊所屬排澇片總面積為62.8 km2，總體西北地勢高，東南地勢低，高程5.0～8.0 m，整體地勢平坦。周邊網(wǎng)河片區(qū)水系縱橫交錯，整體河道比降較小，屬于典型平原河網(wǎng)區(qū)，項目周邊河道已按20年一遇整治完成，岸頂高程7.0～8.0 m。根據(jù)現(xiàn)有防洪評價報告，項目排口河涌100年一遇外江設(shè)防水位為7.67 m，按照項目范圍不淹沒、小澇區(qū)澇水極端天氣下不外排考慮，推薦外江設(shè)防水位、內(nèi)澇設(shè)防水位的較大值作為工點的推薦設(shè)防水位，主要基于外江洪水不排入、澇區(qū)內(nèi)澇水不排出的保守情況，以確保項目區(qū)域不受水浸影響[1]。因此，基于現(xiàn)狀地形條件下推薦100年一遇內(nèi)澇設(shè)防水位為8.56 m，調(diào)查得出周邊近十年基本沒有水浸，TOD區(qū)域設(shè)計地面標(biāo)高9.0～10.0 m。

2 項目排水設(shè)計研究

2.1 排水體制

本項目排水體制按雨污分流制進(jìn)行設(shè)計[2]。

2.2 排水參數(shù)計算

2.2.1 雨水量計算

式中：Q——雨水設(shè)計流量（L/s）；q——設(shè)計暴雨強度［L/（s·hm2）］；ψ——徑流系數(shù)；F——匯水面積（hm2）。

其中，設(shè)計暴雨強度根據(jù)設(shè)計重現(xiàn)期P和設(shè)計降雨歷時t確定。

2.2.2 重現(xiàn)期

本工程道路范圍重現(xiàn)期采用5年或50年，設(shè)計范圍東側(cè)接收車輛段匯水雨水管道與車輛段重現(xiàn)期保持一致，采用50年；設(shè)計范圍內(nèi)其雨水管道重現(xiàn)期均采用5年。根據(jù)本項目車輛段防洪澇設(shè)防水位計算成果報告，車輛段按百年一遇設(shè)防，內(nèi)澇按百年一遇校核。

2.2.3 降雨歷時

式中：t——降雨歷時（min）；t1——地面集水時間（min）；t2——管渠內(nèi)雨水流行時間（min）。

按《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021），地面降水時間一般采用5～15 min，本設(shè)計取10 min。

2.2.4 暴雨強度

設(shè)計暴雨強度：

2.2.5 徑流系數(shù)

徑流系數(shù)ψ按市區(qū)標(biāo)準(zhǔn)采用0.5～0.8。根據(jù)本區(qū)各類用地比例以及各類用地的綠化率要求，進(jìn)行加權(quán)平均計算，推算出本區(qū)徑流系數(shù)ψ約為0.7。雨水水力計算如表1所示。

表1 雨水水力計算

2.3 雨水管道工程設(shè)計

雨水管道工程設(shè)計堅持就近排放的設(shè)計原則，結(jié)合片區(qū)防洪排澇規(guī)劃，按照高水高排、低水低排的理念進(jìn)行設(shè)計[3]。

規(guī)劃路一新建DN600雨水管涵，為避讓33 kV現(xiàn)狀高壓管線，在南側(cè)退縮帶敷設(shè)雨水管涵收集道路兩側(cè)地塊匯水與規(guī)劃路三轉(zhuǎn)輸匯水以及車輛段局部轉(zhuǎn)輸匯水，于樁號K0+360處向北排入現(xiàn)狀箱涵向北排入現(xiàn)狀河涌。規(guī)劃路三規(guī)劃有DN600～DN1 000雨水主管，向北規(guī)劃路一箱涵。規(guī)劃路三道路東側(cè)人行道及機動車道規(guī)劃有DN600～DN1 400雨水主管，向北排入規(guī)劃路一規(guī)劃雨水箱涵。規(guī)劃路二東側(cè)非機動車道規(guī)劃有DN600～DN1 800雨水管，根據(jù)道路坡向分別向北排入規(guī)劃路一規(guī)劃DN1 500雨水管，向南排入現(xiàn)狀河涌。項目區(qū)域內(nèi)澇防治重現(xiàn)期采用100年一遇24 h歷時降雨。車輛上蓋前，車輛段內(nèi)雨水通過車輛段場地內(nèi)DN1 400雨水管線分別排放至現(xiàn)狀河涌或市政排水管網(wǎng)，車輛段雨水管網(wǎng)重現(xiàn)期采用50年。車輛上蓋后，蓋上雨水匯水通過蓋上雨水管線分別排至周邊市政道路雨水管網(wǎng)，蓋上雨水管網(wǎng)重現(xiàn)期采用5年。

2.4 內(nèi)澇校核

2.4.1 洪澇設(shè)防水位

根據(jù)車輛段防洪澇設(shè)防水位計算成果報告，車輛段推薦100年一遇內(nèi)澇設(shè)防水位為8.56 m，且調(diào)查得出附近近十年基本沒有水浸。

根據(jù)水文資料，現(xiàn)狀河涌200年一遇洪潮水位為7.75 m，100年一遇洪潮水位為7.67 m。

2.4.2 內(nèi)澇計算

設(shè)計雨水口每隔30 m敷設(shè)，半側(cè)道路寬15 m，雨水口按管渠重現(xiàn)期100年計算流量的1.5～3.0倍計算，所需流量為68.07 L/s。設(shè)計雨水口采用混凝土聯(lián)合式雙箅雨水口，泄水能力為70 L/s，滿足內(nèi)澇時收水需要。根據(jù)《室外排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50014—2021），超大城市重現(xiàn)期采用100年，道路一條車道積水深度不超過15 cm。本次設(shè)計分別對規(guī)劃支路重現(xiàn)期為100年及200年時，路面不積水的情況下進(jìn)行內(nèi)澇校核，此時道路排水管道為承壓排水。校核結(jié)果表明當(dāng)路面不積水時，規(guī)劃支路設(shè)計管渠仍有足夠的流量富余空間。

2.5 模型模擬

研究區(qū)域用地面積21.18 hm2。綜合考慮本次評估地塊面積及歷史內(nèi)澇調(diào)查分布情況，為了進(jìn)一步評估研究區(qū)域洪澇風(fēng)險等級，采用一二維耦合模型計算，并給出地面標(biāo)高建議。以此為基礎(chǔ)推求24 h設(shè)計雨型，以1 min為降雨時段。其中，暴雨重現(xiàn)期采用100年一遇標(biāo)準(zhǔn)，總降雨量為249.671 mm。

2.5.1 模型參數(shù)設(shè)置及率定

模型的參數(shù)分為兩部分：一部分為通過對研究目標(biāo)測量出來的測量參數(shù)（通過使用ArcGIS對研究區(qū)土地數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)等進(jìn)行前期處理以及分析已有的管網(wǎng)數(shù)據(jù)），包括子匯水區(qū)參數(shù)、管井參數(shù)以及管道參數(shù)；另外一部分是需要對模型進(jìn)行率定優(yōu)化而得到的率定參數(shù)[4]。

2.5.2 上蓋開發(fā)前模型概況

研究區(qū)域西側(cè)的白地整體場平高程為11.5 m，而東側(cè)車輛段在開發(fā)前場平高程為9.7～10.0 m，中部道路的高程在9.1～9.5 m。研究區(qū)域主要包括西側(cè)白地主要的道路、綠地、建筑、廣場以及東側(cè)的車輛段。研究區(qū)域綜合徑流系數(shù)在0.7左右。研究區(qū)域一共設(shè)計有13條管段、12個檢查井、4個雨水排口。東側(cè)車輛段在開發(fā)前的雨水通過車輛段場內(nèi)雨水管線匯集后經(jīng)一個檢查井進(jìn)入設(shè)計雨水管網(wǎng)。

2.5.3 上蓋開發(fā)前管流模擬分析

研究區(qū)域開發(fā)前在100年一遇暴雨影響下，中部和南部道路的管線保持非滿流狀態(tài)。其中，車輛段匯水口以下的管線也未出現(xiàn)瞬時壓力流（即在地表徑流出現(xiàn)峰值時，管內(nèi)自由水頭超過管徑），說明下游管線的排水能力較強，能較好地消納車輛段來水。在100年一遇暴雨影響下，研究區(qū)域西部的白地地塊、中部道路段以及東部車輛段在100年一遇暴雨下均未見明顯內(nèi)澇情況。

研究區(qū)域在開發(fā)前未見明顯內(nèi)澇情況，因此可判定在100年一遇暴雨影響下無內(nèi)澇風(fēng)險。

2.5.4 上蓋開發(fā)后模型概況

研究區(qū)域東側(cè)車輛段在上蓋開發(fā)后場平高程為26.0 m。西側(cè)的白地整體場平高程保持11.5 m不變，中部道路的高程仍然在9.1～9.5 m。該研究區(qū)域東側(cè)車輛段在上蓋開發(fā)后主要由道路、綠地、建筑、廣場幾類用地構(gòu)成，其他地塊用地類型保持不變，研究區(qū)域綜合徑流系數(shù)在0.7左右。

研究區(qū)域在上蓋開發(fā)后，設(shè)計雨水管網(wǎng)規(guī)模不變，車輛段蓋上雨水通過配套的雨水管線分別匯入3個檢查井進(jìn)入設(shè)計雨水管網(wǎng)。

2.5.5 上蓋開發(fā)后管流模擬分析

在車輛段上蓋開發(fā)后，研究區(qū)域中部和南部道路的雨水管線仍保持非滿流狀態(tài)。說明在東側(cè)車輛段上蓋開發(fā)后，綜合徑流系數(shù)下降使暴雨情況下的地表徑流產(chǎn)量和峰值均有所減少。相比開發(fā)前只有一個匯水口的情況，開發(fā)后整個上蓋的徑流分別通過中間道路的3個檢查井進(jìn)行消納，因此進(jìn)一步避免了中間道路管線壓力流情況的出現(xiàn)。研究區(qū)域開發(fā)后的三塊區(qū)域、西部白地地塊、中部道路段以及東部車輛段上蓋，在100年一遇暴雨下均未見明顯內(nèi)澇情況。由此可以判斷上蓋下部的車輛段也未出現(xiàn)積水情況。模擬結(jié)果表明，100年一遇暴雨影響下研究區(qū)域在車輛段上蓋開發(fā)后未見明顯內(nèi)澇情況，可判定在100年一遇暴雨影響下無內(nèi)澇風(fēng)險。

2.5.6 超規(guī)模暴雨工況（200年一遇）

可以看到，研究區(qū)域開發(fā)前在200年一遇的超規(guī)模暴雨下，中部道路起始段的管線出現(xiàn)瞬時壓力流（即在地表徑流出現(xiàn)峰值時，管內(nèi)自由水頭超過管徑），說明超規(guī)模的暴雨給該區(qū)域帶來了較高的峰值流量，使排水管線出現(xiàn)瞬時排水不暢的情況。但該段管線連接的檢查井并未出現(xiàn)溢流情況，說明順勢排水不暢的情況仍可控。上蓋開發(fā)后，研究區(qū)域在200年一遇暴雨下的管流情況與100年一遇的情況一致。中部道路未出現(xiàn)瞬時壓力流和檢查井溢流的情況，說明開發(fā)后的上蓋包含的綠地設(shè)施有效緩解了超規(guī)模暴雨帶來的高峰值流量，避免給排水管網(wǎng)帶來較大壓力。研究區(qū)域在上蓋開發(fā)前后均未出現(xiàn)內(nèi)澇情況，說明排水管網(wǎng)面對200年一遇的超規(guī)模暴雨時，仍能有效應(yīng)對。

3 結(jié)語

TOD項目區(qū)域開發(fā)，采用加大排水管網(wǎng)設(shè)計重現(xiàn)期輔以海綿城市設(shè)施、抬高地塊標(biāo)高設(shè)計，可以有效避免內(nèi)澇。近年來，氣候變化導(dǎo)致極端天氣頻繁出現(xiàn)，考慮到可能出現(xiàn)的超規(guī)模暴雨和極值暴雨，建議適當(dāng)增大研究區(qū)域海綿城市規(guī)模，進(jìn)一步提升對降雨徑流和瞬時峰值流量的消解能力，以便應(yīng)對潛在的超規(guī)模強降雨。