陳春明 宋荷花 王 亮
(長(zhǎng)沙水文水資源勘測(cè)局 長(zhǎng)沙市 410014)
長(zhǎng)沙市軌道交通3 號(hào)線(xiàn)全長(zhǎng)41.492 km,設(shè)車(chē)站28 座,起點(diǎn)站為蓮坪大道站,終點(diǎn)站為龍角路站,為貫通長(zhǎng)沙城區(qū)東北至西南方向的主要交通干線(xiàn)。由于近年來(lái)城市內(nèi)澇頻發(fā),嚴(yán)重威脅到人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和城市的有序運(yùn)行,對(duì)已建地鐵的正常運(yùn)行也造成了較大的影響。如2010年5月14日,廣州市大暴雨造成城區(qū)17 處積水,地鐵2 號(hào)線(xiàn)進(jìn)水停運(yùn);2012年7月21日北京市特大暴雨,營(yíng)運(yùn)的地鐵線(xiàn)路出現(xiàn)9 處進(jìn)水。為最大程度地減少城市內(nèi)澇對(duì)長(zhǎng)沙市擬建地鐵線(xiàn)路的影響,為該線(xiàn)路站點(diǎn)設(shè)施建設(shè)提供設(shè)計(jì)依據(jù),本文根據(jù)水量平衡原理,通過(guò)推求100年一遇設(shè)計(jì)暴雨、確定匯水面積、計(jì)算排水量、繪制容積曲線(xiàn)等步驟對(duì)軌道交通3 號(hào)線(xiàn)各站點(diǎn)100年一遇內(nèi)澇水位進(jìn)行分析計(jì)算。
內(nèi)澇水位的計(jì)算原理為水量平衡原理,即:
式中 Δh——計(jì)算時(shí)段Δt 內(nèi)的地面平均積水深度(mm);
Δt——計(jì)算時(shí)段,取1 h、3 h、6 h 分別進(jìn)行試算,當(dāng)計(jì)算得Δh 為最大值時(shí),即為采用的計(jì)算時(shí)段;
P——計(jì)算時(shí)段內(nèi)100年一遇設(shè)計(jì)暴雨(mm);
Δp——降雨損失量,單位mm,包括雨間蒸發(fā)量、地面下滲量、填洼量(塘、水池、洼地等調(diào)蓄量);
Hp——計(jì)算時(shí)段內(nèi),通過(guò)城市排水管網(wǎng)和排澇泵站排出的水量(mm)。
(1)推求設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)長(zhǎng)沙市內(nèi)長(zhǎng)沙水文站、梨水文站、羅漢莊水文站、白箬雨量站實(shí)測(cè)降雨資料,通過(guò)頻率曲線(xiàn)法推求100年一遇設(shè)計(jì)暴雨。根據(jù)“就近”原則,每個(gè)地鐵車(chē)站均采用最近一個(gè)水文站的雨量資料作為內(nèi)澇水位計(jì)算的依據(jù)。
(2)計(jì)算降雨損失量ΔP。當(dāng)計(jì)算范圍內(nèi)建筑物密集,ΔP 難以計(jì)算準(zhǔn)確時(shí),P-ΔP 按式P-ΔP=ΨP 進(jìn)行計(jì)算。Ψ 為采用《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中綜合徑流系數(shù)。
(3)計(jì)算排水量Hp。根據(jù)雨水管網(wǎng)和排澇泵站的排水能力,計(jì)算每小時(shí)的排澇量。Hp=0.36×Qs×Δt/F,式中Qs 為泵站或管網(wǎng)的設(shè)計(jì)排水流量(L/s)。
(4)計(jì)算地面平均積水深度。100年一遇設(shè)計(jì)暴雨降雨量-排水量=地面積水深度。
(5)確定匯水面積。根據(jù)工程設(shè)計(jì)資料和工程區(qū)域的地形地貌特征,確定匯水面積。
(6)繪制容積曲線(xiàn)(Z~V)。根據(jù)地形圖,求算各級(jí)高程的容積,以縱坐標(biāo)表示高程、橫坐標(biāo)表示容積,即可繪制容積曲線(xiàn)。
(7)內(nèi)澇水位計(jì)算。地勢(shì)低洼處內(nèi)澇水位計(jì)算,根據(jù)計(jì)算求得的100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)匯水區(qū)域內(nèi)的產(chǎn)水量,查容積曲線(xiàn)即得到內(nèi)澇水位;地勢(shì)平坦處內(nèi)澇水位=地面高程+地面平均積水深度。
(1)參數(shù)的選取。
P:距離望月湖站最近的水文站是長(zhǎng)沙水文站,因此暴雨資料選用長(zhǎng)沙水文站的計(jì)算成果;
Ψ:望月湖屬城市建筑密集區(qū),取0.82;
Hp:望月湖片區(qū)雨水通過(guò)麓山垸泵站排入龍王港,經(jīng)計(jì)算麓山垸泵站的實(shí)際排漬能力為22.4 mm/h,則Hp 取22.4 mm/h。
(2)Δh 的計(jì)算。
Δt=1 時(shí),利用(式1)計(jì)算得Δh=58.9 mm;
Δt=3 時(shí),利用(式1)計(jì)算得Δh=38.6 mm;
Δt=6 時(shí),利用(式1)計(jì)算得Δh=0.98 mm;
Δt=1 時(shí),計(jì)算的地面積水深度Δh 為最大。
(3)繪制容積。
通過(guò)查閱該區(qū)域1∶500 地形圖結(jié)合實(shí)地查勘,確定望月湖站的匯水面積為225 400 m2。以地面積水深度為縱坐標(biāo)(從31.85 m 起算)、容積(V)為橫坐標(biāo),繪制容積曲線(xiàn)如附圖。
(4)內(nèi)澇水位的計(jì)算。
經(jīng)計(jì)算,匯水區(qū)域內(nèi)遭遇100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí),地面產(chǎn)水量為13 270 m3。通過(guò)查容積曲線(xiàn)得:地面積水深度為0.55 m。內(nèi)澇水位=31.85+0.55=32.4 m。
附圖 望月湖站容積曲線(xiàn)
類(lèi)似望月湖站,根據(jù)上述步驟可計(jì)算3 號(hào)線(xiàn)其他站點(diǎn)遭遇100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí)的內(nèi)澇水位,計(jì)算成果見(jiàn)附表。
由附表可以看出,長(zhǎng)沙市城區(qū)發(fā)生遭遇100年一遇暴雨時(shí),長(zhǎng)沙市軌道交通3 號(hào)線(xiàn)將會(huì)有14 個(gè)站點(diǎn)處出現(xiàn)不同程度的地面積水,地面積水深度為(0.1~0.5)m 不等。有14 個(gè)站點(diǎn)“可不考慮內(nèi)澇”是因?yàn)樘幱诟叩鼗蚱露容^大的坡道上,可不考慮城市內(nèi)澇對(duì)軌道交通車(chē)站的影響。
根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》城市一般地區(qū)排水設(shè)施的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期為1~3年(即抵御1~3年一遇的暴雨),重要地區(qū)3~5年;根據(jù)《長(zhǎng)沙市防洪工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》 長(zhǎng)沙市區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇12 小時(shí)暴雨(137.1 mm)12 小時(shí)排干。由于排澇標(biāo)準(zhǔn)偏低,當(dāng)發(fā)生100年一遇設(shè)計(jì)暴雨時(shí),地勢(shì)平坦的地方均會(huì)產(chǎn)生積水,出現(xiàn)短時(shí)的內(nèi)澇。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和水文計(jì)算成果,計(jì)算了長(zhǎng)沙軌道交通3 號(hào)線(xiàn)各站點(diǎn)遭遇100年一遇暴雨的內(nèi)澇水位,為該線(xiàn)路車(chē)站設(shè)施標(biāo)高的設(shè)計(jì)依據(jù),同時(shí)也給城市發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)暴雨時(shí)內(nèi)澇水位分析提供了參考。