彭江喜

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西 南昌330038）

0 引 言

近年來，由于全球氣候變暖，導(dǎo)致大氣氣流季節(jié)性異常，我國極端天氣頻發(fā)，很多地方出現(xiàn)特大暴雨。有些城市甚至遭遇百年一遇的特大暴雨，短時(shí)內(nèi)大量降雨，造成城市排水系統(tǒng)癱瘓。

2016年6月1～2日、7月16日南昌市降大暴雨，根據(jù)南昌市氣象局統(tǒng)計(jì)資料，6月1日12時(shí)～2日12時(shí)總降雨約229.1mm，造成南昌市主城區(qū)的大面積積水，高新區(qū)湖西片區(qū)（以下簡(jiǎn)稱“湖西片區(qū)”）在該輪強(qiáng)降雨過程中也受澇嚴(yán)重。

為解決該片區(qū)積水問題，探究造成積水的原因，現(xiàn)利用丹華DHIMIKE系列對(duì)“湖西片區(qū)”范圍雨水管網(wǎng)進(jìn)行水力模擬并提出解決方案。

1 “湖西片區(qū)”排水系統(tǒng)

1.1“湖西片區(qū)”范圍

高新艾溪湖以西片區(qū)（簡(jiǎn)稱“湖西片區(qū)”）建成區(qū)面積約15km2，北至富大有路、西至高新大道（青山湖大道）、南至創(chuàng)業(yè)路、東至艾溪湖西堤，詳見圖1所示。

1.2 主要排水系統(tǒng)

1.2.1 排澇電排站

艾溪湖以西雨水在非汛期通過低排溝經(jīng)魚尾閘直排入贛江，汛期魚尾閘關(guān)閉，低排溝雨水經(jīng)吳公廟與魚尾電排站聯(lián)合（吳公廟與魚尾電排站前池采用連通渠連通）排入贛江。

圖1 湖西片區(qū)范圍圖

吳公廟電排站裝機(jī)2800kW（10臺(tái)泵），設(shè)計(jì)排澇流量30.2m3/s，最高蓄澇水位定為16.7m（黃海標(biāo)高，以下類同），起排水位為15.7m。

魚尾電排站裝機(jī)4000kW（8臺(tái)泵），設(shè)計(jì)排澇流量40.9m3/s，最高蓄澇水位定為17.2m，起排水位為15.7m。

1.2.2 雨水管網(wǎng)

高新艾溪湖以西片區(qū)主要排水流向如下：

（1）創(chuàng)業(yè)路周邊區(qū)域雨水匯至創(chuàng)業(yè)路下排水箱涵（斷面B×H=2.2m×1.6m），由西向東排入低排溝。

（2）創(chuàng)業(yè)路至火炬二路區(qū)域，雨水匯至火炬大街排水箱涵(斷面為d500～B×H=2m×2m)，由西向東排入低排溝。且在火炬大街與低排溝交叉處西北處設(shè)置排水泵站。當(dāng)暴雨時(shí)，關(guān)閉排入低排溝自排閘，啟動(dòng)排水泵站排入低排溝。

（3）火炬二路至艾溪湖北路區(qū)域，雨水主要匯至暗渠（走向?yàn)榇└咝麓蟮馈馗咝挛迓贰鼗鹁嫒贰鼐〇|大道—火炬四路—排入低排溝，斷面為B×H=1.5m×1.5m～B×H=7m×1.8m），排水由西向東排入低排溝。

（4）艾溪湖北路至富大有路區(qū)域，雨水主要匯至火炬六路南側(cè)北瀝排水明渠，最終排入?yún)枪珡R電排站前池。

2 模擬軟件介紹

丹華DHI公司的MIKE系列軟件由4個(gè)程序組成。其中：MIKEURBAN用于模擬降雨產(chǎn)生的徑流及管網(wǎng)排水,MIKE21用于模擬城市地形,MIKE11用于模擬河道水體水動(dòng)力學(xué)。MIKEFLOOD是一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合的模擬系統(tǒng)，它將一維模型MIKEURBAN、MIKE11和二維模型MIKE21兩者或三者耦合，可以動(dòng)態(tài)模擬排水管網(wǎng)、明渠、河道、各種水工構(gòu)筑物及二維坡面水的流態(tài)。

3 暴雨內(nèi)澇模擬情況

3.1 管涵排水能力模擬

用2016年6月1～2日的降雨資料，利用模型對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)排水進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖2所示，其中紅色的為不滿足排水流量要求的管涵，綠色的為滿足排水流量要求的管涵。

圖2 改造前管涵排水能力模擬圖

下面以具體管道說明：

圖3 為改造前低排水溝最高水位圖。

圖3 改造前低排溝最高水位圖

從圖3可以看出，若電排站起排水位（15.7m）和控制水位（16.7m）過高，導(dǎo)致低排溝水位過高（最高水位17.8m），對(duì)排入其中的管道水位形成頂托，影響南京東路、創(chuàng)業(yè)路、火炬大街、高新五路暗渠等排水能力，導(dǎo)致道路地面較低的地方出現(xiàn)積水。

圖4 為改造前火矩大街管道最高水位圖。

圖4 改造前火炬大街管道最高水位圖

從圖4可以看出，在雨量很大時(shí)（2016年6月2日3時(shí)～8時(shí)），火炬大街的雨水管道排水能力不能滿足要求，道路地面較低的地方出現(xiàn)積水。

3.2 積水深度模擬

利用MIKEFLOOD軟件，將一維模型MIKE URBAN、MIKE11和二維模型MIKE21三者耦合，動(dòng)態(tài)模擬排水管網(wǎng)、渠道和地面水的流態(tài)，并對(duì)最大積水深度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出結(jié)果如下：

積水較為嚴(yán)重的地方為京東大道沿線，高新七路與火炬大街交叉口、高新五路沿線等處,積水深度最大達(dá)到0.8m左右。

根據(jù)模型的模擬結(jié)果顯示，積水區(qū)域和積水深度與智慧管網(wǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致。

4 暴雨期間內(nèi)澇產(chǎn)生原因分析

（1）吳公廟電排站和魚尾電排站的排水位和最高蓄澇水位過高，導(dǎo)致低排溝水位非常高，對(duì)排入管道水位形成頂托，影響南京東路、創(chuàng)業(yè)路、火炬大街、高新五路暗渠等排水能力，導(dǎo)致道路地面較低地方積水。

（2）超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的降雨量頻繁出現(xiàn)，且“湖西片區(qū)”雨水調(diào)蓄容積較小。

（3）現(xiàn)狀“湖西片區(qū)”地面標(biāo)高普遍較低，當(dāng)排水通道不暢通時(shí)易導(dǎo)致路面積水。

（4）由于明山渠施工，圍堰阻隔，導(dǎo)致低排溝水位非常高，頂托嚴(yán)重。吳公廟電排站基本為滿負(fù)荷運(yùn)行，其前池水位超過最高蓄澇水位；魚尾電排站沒有滿負(fù)荷運(yùn)行，未超過最高蓄澇水位。

（5）暗渠（走向?yàn)榇└咝麓蟮馈馗咝挛迓贰鼗鹁嫒贰鼐〇|大道—火炬四路—排入低排溝）、孺子二路排水明渠前端淤積嚴(yán)重，以及低排溝還存在部分堵塞等情況。

（6）“湖西片區(qū)”道路的雨水管涵均有不同程度的淤積，過水?dāng)嗝婵s減。

（7）因幸福水系整治施工，在洛陽路與京東大道交匯處設(shè)置臨時(shí)涵導(dǎo)流，將原本排入幸福水渠的雨水排入低排溝，增加低排溝排水量。

5 初步解決積水問題的措施

（1）針對(duì)該區(qū)域設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低的情況，考慮新建一條排水通道，沿高新五路設(shè)一條雨水箱涵（斷面B×H=10m×2m），由南往北接入北瀝排水渠。

該箱涵與火炬大街、火炬二路、高新五路暗渠、火炬三路、火炬四路、東元路、火炬五路、北瀝南路等雨水管涵接通。

（2）降低吳公廟和魚尾電排站起排水位0.5m至15.2m，降低最高蓄澇水位至16.1m。

此時(shí)，低排溝斷面充分利用且減少對(duì)排入管網(wǎng)水位頂托作用。

（3）在南京東路排水管與低排溝連接處設(shè)置溢流閘，其上游設(shè)置調(diào)節(jié)閘。暴雨時(shí)，調(diào)節(jié)排入下游低排溝的水量和溢流入艾溪湖的水量。

（4）結(jié)合道路改造同步改造道路下排水管涵：

a.結(jié)合路面改造調(diào)整火炬大街（高新一路—高新五路）斷面至d1200～B×H=3m×1.5m。

b.調(diào)整京東大道（火炬二路—火炬三路）管道斷面由d1000調(diào)整至d1500，城東一路—火炬四路段管道斷面由d1200調(diào)整至d1500。

c.改造火炬大街雨水泵站，小雨時(shí)排入低排溝，暴雨時(shí)雨水排入艾溪湖。

（5）為充分發(fā)揮城市綠地和道路綠化帶對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，根據(jù)海綿城市建設(shè)的要求，制定低影響開發(fā)專項(xiàng)規(guī)劃，利用道路的綠化帶、人行道等建設(shè)下沉式綠地、植草溝、雨水濕地、透水鋪裝、滲管/渠等低影響開發(fā)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)低影響開發(fā)控制目標(biāo)。

（6）明山渠施工完成后拆除圍堰阻隔，保證溝渠暢通。

（7）對(duì)區(qū)域內(nèi)道路的雨水管涵、高新五路暗渠、孺子二路排水明渠、低排溝等存在堵塞、淤積的進(jìn)行清通維護(hù)。

（8）待幸福水系整治施工完成后，封堵洛陽路與京東大道交匯處臨時(shí)導(dǎo)流涵，將汛期雨水排入幸福水渠。

6 采取措施后管道模擬情況

改造后各道路管網(wǎng)排水模擬情況如圖5所示。

圖5 改造后火炬大街管道最高水位圖

改造后，管道最高水位標(biāo)高低于路面標(biāo)高，即雨水流入管涵后不會(huì)上路，不會(huì)造成路面積水，見圖6所示。

圖6 改造后管涵排水能力模擬圖

綜合考慮社會(huì)影響和工程造價(jià)等多方面因素，“湖西片區(qū)”大部分路面不積水，火炬大街起端、京東大道等部分路面積水深度小于27cm，積水時(shí)間小于30min，對(duì)路面機(jī)動(dòng)車通行和人員安全不會(huì)造成影響，滿足預(yù)期的要求。圖7為改造后積水風(fēng)險(xiǎn)圖。

圖7 改造后積水風(fēng)險(xiǎn)圖

該模擬區(qū)域總匯水面積20.78km2，“湖西片區(qū)”匯水面積15km2，轉(zhuǎn)輸上游匯水面積5.78km2，

排澇泵站起排水位降低0.5m至15.2m，最高控制水位控制在16.1m，電排站泵排最大流量32.34m3/s。