基于排水模型的城市水浸點優(yōu)化改造研究

【摘要】介紹了現狀排水系統(tǒng)規(guī)劃設計存在的局限性以及城市排系統(tǒng)實際運行中存在難以準確評估的問題，通過案例分析介紹了排水模型在水浸點優(yōu)化改造的實際應用。

【關鍵詞】排水系統(tǒng);水浸;模型

1、引言

近年來，隨著城市建設用地面積的迅速擴大，城市不透水面積大幅度增加;同時，由于城市熱島效應等原因，城市區(qū)域局地短歷時暴雨數量也在增加。這些都導致暴雨時城市水浸問題時有發(fā)生。

在我國的室外排水設計規(guī)范一直采用推理公式法進行管網設計，使用恒定流水力學原理計算管網的匯流過程。該方法簡單方便但未能充分考慮管網實際水力狀況和下游邊界對管網運行的影響。排水管網是錯綜復雜，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性。該方法無法準確的反映出管網運行的真實情況和管網運行中水文/水力的變化過程。導致在管網的現實運行中存在著一定的缺陷。在較大流域范圍內更難準確的全面的評估系統(tǒng)的運行狀況。

基于傳統(tǒng)方式存在的局限性，近年來在相關排水系統(tǒng)規(guī)劃設計中越來越多的使用排水模型對排水現狀進行分析和規(guī)劃設計方案進行評估。有效的避免在以往城市排水系統(tǒng)建設中存在的建設-問題-補救-建設的傳統(tǒng)方法的弊病。

2、案例分析

本文以大江沖泵站排水系統(tǒng)為研究對象，研究分析整個排水系統(tǒng)在降雨情景下的運行狀態(tài)以及研究區(qū)內的港口二路與高沙三街交叉口出現水浸的原因及提出相應的解決措施。研究范圍西至豐樂路、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)內大部分雨水經由大江沖泵站抽排面積約為1.2km2，其余地區(qū)雨水由現狀雨水管（渠）直排至西江。

2.1排水模型平臺搭建

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合實現管網的信息化管理與實時模擬計算，完整的模擬從降雨→地面產流→地表匯流→管網匯流→積水形成的完整過程。從系統(tǒng)的角度查找現狀排水系統(tǒng)運行存在的瓶頸。為不同降雨情景下的城市管網運行狀態(tài)和可能出現水浸位置、水浸范圍、水浸深度進行模擬分析，準確評估優(yōu)化方案的可行性。

基于GIS對區(qū)域內的地面高程、地面坡度進行系統(tǒng)性的分析可知：除在研究范圍的西側與南側標高較高外，研究區(qū)標高主要在3～11m之間。地勢總體呈現西高東低。

單一孤立數據并不具有模擬計算的可行性，將排水系統(tǒng)內的排水管網各類設施數據導入Info Works ICM模型搭建成為“節(jié)點—管線—集水區(qū)”具有空間網絡關系的拓撲結構的網絡，使得排水系統(tǒng)中的各類構筑物整合為一個有機的整體。排水系統(tǒng)拓撲結構及排水系統(tǒng)數字高程分別如圖1：

2.2 排水系統(tǒng)現狀模擬分析

采用最新實測的某一場降雨，對大江沖泵站排水系統(tǒng)的排水能進行模擬分析。模擬計算與現狀調查在積水深度、積水時間、積水范圍的情況基本一致。最不利狀態(tài)系統(tǒng)運行狀態(tài)圖如圖2：

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

2.3內澇解決方案

建設標準：管網采用5年一遇，內澇防治采用30年一遇。

解決措施：通過對不同方案的模擬對比，最終確定區(qū)域內的優(yōu)化改造方案。將大江沖泵站規(guī)模由現狀3.18m3/s提升至12.8m3/s。同時將港口二路現狀d600～800管，改造為d1000～1200排水管以增加區(qū)域內的排水能力。同時構建將綠色（低影響開發(fā)）排水設施與灰色基礎設施相結合的綜合排水系統(tǒng)，并通過ICM排水模型對低影響開發(fā)及市政排水設施組合進行優(yōu)化。具體設施要求如下圖3、下表1。

基于上述排水優(yōu)化措施采用30年一遇24小時降雨，結果表明內排水系統(tǒng)最不利狀態(tài)下未出現明顯積水，系統(tǒng)運行情況良好。

結語：

（1）通過模型模擬了在暴雨情況下，排水系統(tǒng)的運行狀況，查找出了系統(tǒng)排水的瓶頸所在，復核了規(guī)劃設計方案的切實可行性。

（2）將為今后排水系統(tǒng)的運營維護、優(yōu)化調度、提標改造提供切實的技術手段及數據支持。

參考文獻：

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

[2]鄭志佳.廣州市HD片區(qū)排水管網水力模型的構建與應用[D].學位論文：廣東工業(yè)大學，2013.05.

作者簡介：

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