鞠興沂，王　永（浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310030）

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桐鄉(xiāng)市城市排水防澇規(guī)劃介紹

鞠興沂，王永（浙江省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江杭州310030）

針對(duì)江浙一帶平原河網(wǎng)密布的特點(diǎn)，以桐鄉(xiāng)市中心城區(qū)排水防澇規(guī)劃為例，基于水力模型模擬評(píng)估分析，介紹了排水防澇規(guī)劃措施。在水力模型參數(shù)方面，對(duì)降雨雨型和河道水位的選取進(jìn)行了優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)水力模型進(jìn)行了多種工況下的模擬。

排水防澇規(guī)劃；水力模型；平原河網(wǎng)；雨型；水位

2013年10月的 “菲特”臺(tái)風(fēng)使桐鄉(xiāng)市產(chǎn)生了嚴(yán)重內(nèi)澇。從國(guó)家層面而言，為保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平，加強(qiáng)城市排水防澇設(shè)施建設(shè)，國(guó)務(wù)院辦公廳和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部連續(xù)發(fā)文，要求各地盡快編制排水防澇規(guī)劃。同時(shí)“排澇水”也是浙江省省委省政府推出“五水共治”中的重要一環(huán)。因此桐鄉(xiāng)市于2015年11月完成了《桐鄉(xiāng)市城市排水防澇規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）。

1　現(xiàn)狀概況

桐鄉(xiāng)市位于浙江省北部，屬嘉興市五縣市之一。境內(nèi)地勢(shì)平坦，東南略高，西北低。多年平均降水量1218.2mm。桐鄉(xiāng)市地處杭嘉湖平原水網(wǎng)地區(qū)，屬長(zhǎng)江流域，太湖區(qū)，運(yùn)河水系。全市水域水面率約為7.0%。

桐鄉(xiāng)市素有“洪水過(guò)境走廊”之稱，洪澇災(zāi)害歷來(lái)是本市發(fā)生最頻繁、損失最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。據(jù)資料記載，平均1.25年就有一次澇災(zāi)。近年來(lái)，由于雨情、水情惡化，地面沉降嚴(yán)重和河道淤積等因素，災(zāi)害對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的損失越來(lái)越大，使防洪問(wèn)題越來(lái)越突出。

2　規(guī)劃思路

（1）對(duì)桐鄉(xiāng)市中心城區(qū)的現(xiàn)狀排水管網(wǎng)普查資料進(jìn)行梳理，建立排水管道數(shù)學(xué)模型，通過(guò)模擬分析，評(píng)估現(xiàn)狀管道的排水能力。

（2）根據(jù)桐鄉(xiāng)市地形資料，建立二維地表漫流模型，并利用Mike Flood軟件平臺(tái)將兩者進(jìn)行耦合模擬。在不同工況下，進(jìn)行模型的模擬評(píng)估。

（3）根據(jù)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，并結(jié)合現(xiàn)狀內(nèi)澇積水點(diǎn)的情況，提出針對(duì)性的規(guī)劃工程改造措施。

（4）利用模型對(duì)規(guī)劃工程措施進(jìn)行模擬評(píng)估分析，根據(jù)結(jié)果調(diào)整規(guī)劃工程措施，如此反復(fù)，得到最優(yōu)化的排水防澇規(guī)劃方案。

3　模型的搭建

3.1建模數(shù)據(jù)來(lái)源

建模的基礎(chǔ)資料來(lái)源于測(cè)繪數(shù)字地形、管線普查等資料?？紤]大尺度建模分析城市雨水徑流過(guò)程，建模篩選數(shù)據(jù)為D300以上（含）的管道或渠道。

3.2現(xiàn)狀地形分析3.2.1下墊面分析

根據(jù)桐鄉(xiāng)市地形資料，按照屋面不透水率0.90，道路不透水率0.85，綠地不透水率0.15，水系不透水率0。通過(guò)ArcGIS軟件統(tǒng)計(jì)分析，屋面面積占總面積的22%，道路廣場(chǎng)等為44%，綠地為26%，水系為8%。經(jīng)過(guò)加權(quán)計(jì)算得出桐鄉(xiāng)現(xiàn)狀不透水率約為0.61（見(jiàn)圖1）。

3.2.2地形數(shù)據(jù)處理

數(shù)字高程模型（DEM）是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由地面規(guī)則格柵網(wǎng)點(diǎn)的高程值構(gòu)成的矩陣，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集（見(jiàn)圖2）。

圖1　桐鄉(xiāng)市城市下墊面ArcGIS分析圖

圖2　桐鄉(xiāng)市城市數(shù)字高程分析圖

3.3邊界條件梳理

邊界條件由兩部分組成：①降雨雨量和雨型數(shù)據(jù)邊界條件；②河道水位數(shù)據(jù)邊界條件。其中，在雨型選擇方面，沒(méi)有采用一般通用的芝加哥雨型，而是分析了大量的當(dāng)?shù)貙?shí)測(cè)降雨資料后，選取了具有代表性的短歷時(shí)雨型（多峰雨型和單峰雨型）和長(zhǎng)歷時(shí)雨型（“菲特”雨型）。同時(shí)，根據(jù)不同重現(xiàn)期的降雨量對(duì)各種雨型內(nèi)的降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分配，得到模型需要的降雨邊界條件。在河道水位選擇方面，沒(méi)有采用恒定不變的水位條件，而是根據(jù)實(shí)測(cè)河道水位變化曲線推算出模型需要的河道水位邊界條件。

3.3.1降雨雨型分析

短歷時(shí)降雨一般用于低重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，即1年、2年、3年、5年，降雨歷時(shí)一般為2h。分析了大量實(shí)測(cè)降雨數(shù)據(jù)后，最終短歷時(shí)雨型采用兩種實(shí)測(cè)降雨雨型，即多峰雨型和單峰雨型（如圖3～4所示）。

長(zhǎng)歷時(shí)降雨一。般用于高重現(xiàn)期設(shè)計(jì)，即10年、20年、30年、50年、100年，降雨歷時(shí)一般為24h。長(zhǎng)歷時(shí)降雨雨型采用“菲特”臺(tái)風(fēng)期間的降雨數(shù)據(jù)繪制所成的雨型（如圖5所示）。

3.3.2短歷時(shí)暴雨雨量

短歷時(shí)降雨雨量采用當(dāng)?shù)乇┯旯酵魄笥?jì)算得到，詳見(jiàn)表1。短歷時(shí)降雨為歷時(shí)2h，降雨重現(xiàn)期分別為：1年、2年、3年、5年。

圖3　多峰雨型

圖4　單峰雨型

圖5　“菲特”雨型

表1　短歷時(shí)降雨量計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算得到的不同重現(xiàn)期的總降雨量，按照上述的多峰雨型和單峰雨型不同時(shí)間段內(nèi)的降雨百分比進(jìn)行雨量重新分配，得到新的短歷時(shí)雨量雨型，用于模型計(jì)算。

3.3.3長(zhǎng)歷時(shí)暴雨雨量

長(zhǎng)歷時(shí)設(shè)計(jì)降雨雨量根據(jù)《桐鄉(xiāng)市暴雨頻率分析報(bào)告》查得，20年一遇24h降雨量195mm，重現(xiàn)期20A。

根據(jù)長(zhǎng)歷時(shí)的總降雨量，按照上述的“菲特”雨型的降雨百分比進(jìn)行雨量重新分配，得到新的長(zhǎng)歷時(shí)雨量雨型（20A降雨雨型），用于模型計(jì)算。

3.3.4河道水位數(shù)據(jù)分析

根據(jù)“菲特”臺(tái)風(fēng)期間最大24h降雨時(shí)對(duì)應(yīng)的桐鄉(xiāng)站實(shí)測(cè)水位動(dòng)態(tài)過(guò)程線繪制出水位動(dòng)態(tài)變化圖，最高水位達(dá)到2.77m（如圖6所示）。

圖6　“菲特”臺(tái)風(fēng)最大24h降雨對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)水位變化情況

根據(jù) 《桐鄉(xiāng)市防洪規(guī)劃》確定的50年一遇的水位3.11m作為最高水位，基于圖6河道水位實(shí)測(cè)過(guò)程曲線，推算并繪制出模型計(jì)算需要的動(dòng)態(tài)水位變化過(guò)程曲線 （50A推算動(dòng)態(tài)水位），用于模型模擬評(píng)估。

同時(shí)，考慮水位變化有一定的滯后性，因此在本規(guī)劃中，又考慮一種實(shí)測(cè)不利水位邊界條件的工況，即選取了實(shí)測(cè)“菲特”臺(tái)風(fēng)過(guò)后最高水位24h變化曲線（“菲特”最不利水位），實(shí)測(cè)最高水位達(dá)到2.86m（如圖7所示）。

圖7　“菲特”臺(tái)風(fēng)過(guò)后最高水位實(shí)測(cè)變化情況

3.4模型模擬評(píng)估

通過(guò)模型模擬分析后，得到不同工況組合下，城市積水面積所占比例統(tǒng)計(jì)如表2所示。同時(shí)在模型中顯示出內(nèi)澇點(diǎn)的位置和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。隨后的規(guī)劃方案可根據(jù)不同地塊的內(nèi)澇程度提出針對(duì)性的解決方案。

表2　不同工況下積水比例情況

4　排水防澇規(guī)劃措施

根據(jù)模型模擬評(píng)估結(jié)果，結(jié)合桐鄉(xiāng)市的特點(diǎn)，規(guī)劃提出“一導(dǎo)”、“二調(diào)”、“三控”的總體思路布置規(guī)劃布局方案，同時(shí)對(duì)于部分瓶頸管道進(jìn)行改造。

（1）“一導(dǎo)”即導(dǎo)客水

在對(duì)杭嘉湖平原實(shí)施“三?！保ūＧ嗌剿畮?kù)、保西險(xiǎn)大塘、保杭城安全）防洪方案的大背景下，桐鄉(xiāng)市大暴雨時(shí)會(huì)出現(xiàn)了上游來(lái)水量過(guò)大的情況，因此需要將上游來(lái)水合理地從城區(qū)外部引導(dǎo)進(jìn)入下游河道中，避免上游來(lái)水大規(guī)模地進(jìn)入城市區(qū)域。

（2）二調(diào)”即調(diào)豎向、調(diào)水位

對(duì)于部分低于河道洪水位標(biāo)高的現(xiàn)狀和規(guī)劃地塊，應(yīng)該在對(duì)其改造和開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)合理地抬高地面標(biāo)高，使地塊高程高于洪水位，確保重力順暢排水；同時(shí)，需要采取措施，減緩地面沉降的速率。雨水的排出口屬于雨水徑流過(guò)程的下邊界，應(yīng)該結(jié)合城市防洪規(guī)劃、河道整治規(guī)劃等協(xié)調(diào)水位，通過(guò)提前調(diào)整局部?jī)?nèi)河河道的水位，盡量使排出口的管道不受河道水位頂托，對(duì)于不可避免的頂托，通過(guò)設(shè)置拍門防止倒灌，同時(shí)必要時(shí)設(shè)置強(qiáng)排泵站將澇水排出。

（3）“三控”即控制源頭徑流、控制行泄通道、控制調(diào)蓄設(shè)施

通過(guò)對(duì)于雨水徑流的源頭進(jìn)行控制，降低綜合徑流系數(shù)，減輕雨水管網(wǎng)負(fù)荷，從源頭上減輕城市內(nèi)澇程度。對(duì)于圩區(qū)內(nèi)河道水面率的控制和整個(gè)城市綠地率的控制，能夠確保行泄通道的順暢排水。對(duì)于圩區(qū)外河道水面率的控制和對(duì)水利規(guī)劃確定的蓄滯洪區(qū)要進(jìn)行嚴(yán)格控制，不僅保證了雨水的調(diào)蓄功能，同時(shí)對(duì)于上游來(lái)水也起到一定的調(diào)蓄作用。

（4）針對(duì)模型模擬出的管道出現(xiàn)瓶頸的地區(qū)，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行重新梳理并擴(kuò)大管徑的改造，使其滿足規(guī)劃要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

（1）《規(guī)劃》對(duì)桐鄉(xiāng)市中心城區(qū)的排水系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，找出內(nèi)澇問(wèn)題和成因，通過(guò)采取一系列的規(guī)劃改造措施，經(jīng)模型反復(fù)模擬調(diào)整優(yōu)化，提出了最優(yōu)規(guī)劃解決方案，達(dá)到排澇規(guī)劃目標(biāo)。

（2）《規(guī)劃》結(jié)合桐鄉(xiāng)市的特點(diǎn)，在降雨雨型和河道水位等方面，對(duì)常規(guī)模型參數(shù)的選取提出了不同的方法。在規(guī)劃方案等方面，則提出了具體的針對(duì)性的措施。

［1］朱理銘.水力模型在城市排水（雨水）防澇綜合規(guī)劃中的應(yīng)用［J］.中國(guó)給水排水，2014，30（8）：1～4.

［2］王競(jìng)茵，張朝升，榮宏偉，等.水力模型在城市排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2014，37（7）：173～200.

2016-3-8

TU992.01

A

2095-2066（2016）10-0156-03