山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)人民路雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究

侯 深 貞

(太原市市政工程設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030002)

1 項(xiàng)目背景

山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)范圍：北起太原西南鐵路環(huán)線南規(guī)劃路，南至規(guī)劃文源路，西起規(guī)劃人民路，東至大西鐵路、太原市界，規(guī)劃總面積57.3 km2。太原起步區(qū)以瀟河為界劃分為2個(gè)排水分區(qū)。瀟河以北為瀟河分區(qū)，雨水排入瀟河；瀟河以南為象峪河分區(qū)，雨水排入象峪河。

人民路雨水系統(tǒng)屬于瀟河分區(qū),匯水范圍北起辛村街，南至規(guī)劃小牛線，西起人民路，東至太焦高鐵、大西線，匯水面積1 141 hm2。雨水主干管渠沿辛村街、人民路布置。

2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)

人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍為11.41 km2，按照GB 51174—2017城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范3.1.2條中關(guān)于雨水設(shè)計(jì)流量計(jì)算的相關(guān)規(guī)定，本工程采用以數(shù)學(xué)模型法模擬為主，以恒定均勻流推理公式即暴雨強(qiáng)度公式校核模擬結(jié)果的方法確定系統(tǒng)的雨水徑流量。

根據(jù)《山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)雨水防澇專項(xiàng)規(guī)劃(2016—2030年)》確定的匯水范圍和管網(wǎng)布置形式進(jìn)行降雨徑流量計(jì)算，計(jì)算主要參數(shù)如下。

2.1 雨水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期

1)主干管渠和次干管渠5年一遇，支管3年一遇；2)居住用地、一般商業(yè)用地、工業(yè)用地、一般固定避難場(chǎng)所3年一遇；3)核心辦公區(qū)、核心商業(yè)區(qū)、中心防災(zāi)避難場(chǎng)所等重要地區(qū)5年一遇；4)下穿式立交橋：一般道路10年一遇，主干道路20年一遇，快速路30年一遇。

2.2 徑流系數(shù)

ψ綜合=0.60，ψ綠地=0.15，ψ立交=0.90。

2.3 暴雨強(qiáng)度公式

其中，q為暴雨強(qiáng)度，L/(hm2·s)；P為雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，年；t為降雨歷時(shí)，min，t=t1+t2，t1為地面集水時(shí)間，取10 min，t2為管道流行時(shí)間，min。

2.4 調(diào)蓄量的計(jì)算

當(dāng)調(diào)蓄池設(shè)施用于源頭徑流總量和污染物控制以及分流制排水系統(tǒng)徑流污染時(shí)，調(diào)蓄量的確定按下式計(jì)算：

V=10DFψβ。

其中，V為雨水蓄存容積；D為單位面積調(diào)蓄深度，mm，源頭雨水調(diào)蓄工程可按照年徑流總量控制率對(duì)應(yīng)的單位面積調(diào)蓄深度進(jìn)行計(jì)算，分流制排水系統(tǒng)徑流污染控制的雨水調(diào)蓄工程可取4 mm～8 mm；F為匯水面積，hm2；ψ為綜合徑流系數(shù)；β為安全系數(shù)，一般取1.1～1.5。

3 工程設(shè)計(jì)方案

本工程采用Infoworks ICM模型對(duì)人民路雨水系統(tǒng)進(jìn)行模擬。為確保綜改區(qū)太原起步區(qū)的排水防澇安全，增加人民路雨水系統(tǒng)范圍內(nèi)水體景觀面積，體現(xiàn)海綿城市設(shè)計(jì)理念。以Infoworks ICM 數(shù)學(xué)模型法模擬為依據(jù)，對(duì)人民路雨水系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在人民路主干管沿線共設(shè)置了3座中途調(diào)蓄池及1座末端調(diào)蓄池。

3.1 徑流量的校核

通過(guò)推理公式計(jì)算，發(fā)生管涵設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(P=5)降雨時(shí)，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內(nèi)末端雨水管網(wǎng)峰值徑流量為45.54 m3/s，對(duì)應(yīng)匯流時(shí)間為107.3 min。

通過(guò)模擬，發(fā)生管涵設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(P=5)降雨時(shí)，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內(nèi)末端雨水管網(wǎng)峰值徑流量為47.48 m3/s，對(duì)應(yīng)匯流時(shí)間為132 min。

3.2 重現(xiàn)期為5年及50年模擬計(jì)算

通過(guò)模擬設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為5年及50年時(shí)，人民路主干管、各中途調(diào)蓄池及末端調(diào)蓄池運(yùn)行情況，不斷調(diào)整中途及末端調(diào)蓄池設(shè)計(jì)池容及各中途調(diào)蓄池下游方涵峰值過(guò)流量，最終確定技術(shù)可行的雨水系統(tǒng)優(yōu)化組合。

人民路雨水系統(tǒng)擬采用脫過(guò)方式運(yùn)行，調(diào)蓄池和泵站通過(guò)中控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，降雨發(fā)生時(shí)雨水經(jīng)管網(wǎng)系統(tǒng)匯流至人民路主干管，徑流雨水優(yōu)先經(jīng)主干管進(jìn)入末端泵站系統(tǒng)抽排至瀟河；當(dāng)中途調(diào)蓄池對(duì)應(yīng)位置的主干管徑流量大于設(shè)計(jì)控制的峰值徑流量時(shí)，啟動(dòng)中途調(diào)蓄池。1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)中途調(diào)蓄池設(shè)計(jì)主要參數(shù)如下：

1)1號(hào)調(diào)蓄池?cái)M位于辛村街與大運(yùn)路交叉口西南角規(guī)劃綠帶內(nèi)，該調(diào)蓄池設(shè)計(jì)為敞口式調(diào)蓄池，占地約0.56萬(wàn)m2。調(diào)蓄池出口峰值徑流量16.0 m3/s。

2)2號(hào)調(diào)蓄池?cái)M位于辛村街與真武路交叉口西南角規(guī)劃綠帶內(nèi)，該調(diào)蓄池設(shè)計(jì)為敞口式調(diào)蓄池，占地約0.48萬(wàn)m2。調(diào)蓄池出口峰值徑流量20.0 m3/s。

3)3號(hào)調(diào)蓄池?cái)M位于辛村街與人民路交叉口東北角規(guī)劃綠帶內(nèi)，該調(diào)蓄池設(shè)計(jì)為敞口式調(diào)蓄池，占地約3.1萬(wàn)m2。調(diào)蓄池出口峰值徑流量16.0 m3/s。

末端調(diào)蓄池(4號(hào)調(diào)蓄池)擬位于人民路與瀟河北路交叉口東南角規(guī)劃綠帶內(nèi)，該調(diào)蓄池設(shè)計(jì)為全地下調(diào)蓄池，占地約0.56萬(wàn)m2。調(diào)蓄池平面凈尺寸為100 m×56.0 m。

上述運(yùn)行方式可以實(shí)現(xiàn)瀟河分區(qū)人民路雨水系統(tǒng)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期5年降雨強(qiáng)度下管道為重力流運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)生大于5年、小于50年一遇內(nèi)澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下降雨時(shí)，通過(guò)沿線中途調(diào)蓄池及脫過(guò)流量控制，充分利用管道調(diào)蓄和中途調(diào)蓄，通過(guò)管道短時(shí)間壓力流狀態(tài)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)超標(biāo)雨水調(diào)蓄，保證區(qū)域不內(nèi)澇。

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)中途調(diào)蓄池同時(shí)具有雨水調(diào)蓄功能和景觀湖功能。設(shè)計(jì)為自排空，即調(diào)蓄池下層蓄有景觀湖水，調(diào)蓄池雨水調(diào)蓄功能區(qū)的底高程即是景觀湖常水位，同時(shí)也是調(diào)蓄池與雨水主干管連通方涵的底高程。調(diào)蓄池采用生態(tài)放坡形式與周邊地形自然連接，為敞口式設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)蓄池下游峰值徑流量控制閘門，可以充分發(fā)揮中途調(diào)蓄和其上游管道調(diào)蓄空間，保證人民路雨水系統(tǒng)排水安全。

4 工程的完整性及分期建設(shè)計(jì)劃分析

4.1 人民路雨水系統(tǒng)的完整性

人民路雨水系統(tǒng)由人民路雨水管網(wǎng)、人民路雨水泵站、3座中途調(diào)蓄池及1座末端調(diào)蓄池組成，共同保障區(qū)域的排水安全。

4.2 人民路雨水系統(tǒng)的運(yùn)行控制

人民路雨水系統(tǒng)內(nèi)雨水泵站、3座中途調(diào)蓄池及1座末端調(diào)蓄池是一個(gè)完整的有機(jī)整體。需要協(xié)調(diào)控制聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。雨水泵站及末端調(diào)蓄池的安全完全依賴于對(duì)3座中途調(diào)蓄池下泄流量的控制。因此系統(tǒng)的自控及設(shè)備至關(guān)重要，后續(xù)工程推進(jìn)過(guò)程中要充分考慮自控及設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度。

4.3 分期建設(shè)計(jì)劃

根據(jù)綜改區(qū)相關(guān)建設(shè)計(jì)劃，區(qū)域內(nèi)雨水管網(wǎng)建設(shè)需結(jié)合路網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度逐步建設(shè)完善。目前，人民路雨水系統(tǒng)匯水范圍內(nèi)，雨水管網(wǎng)還遠(yuǎn)未完善，區(qū)域下墊面以可滲透的土地為主，管涵設(shè)計(jì)重現(xiàn)期范圍內(nèi)降雨的雨水徑流量可以通過(guò)20 m3/s的泵站系統(tǒng)順暢排出，不需要調(diào)蓄池進(jìn)行徑流削峰。

因此，設(shè)計(jì)對(duì)人民路雨水系統(tǒng)進(jìn)行分期實(shí)施，近期實(shí)施雨水泵站工程，滿足近期匯水范圍內(nèi)徑流雨水的排放需求，保證區(qū)域排水安全和相關(guān)建設(shè)工程的推進(jìn)。遠(yuǎn)期實(shí)施末端調(diào)蓄池工程。3座中途調(diào)蓄池建設(shè)根據(jù)后續(xù)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)完善過(guò)程中雨水徑流量變化情況，結(jié)合綜改區(qū)起步區(qū)整體建設(shè)進(jìn)度適時(shí)啟動(dòng)，確保區(qū)域排水安全。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程從項(xiàng)目建設(shè)的背景出發(fā)，通過(guò)對(duì)山西轉(zhuǎn)型綜合改革示范區(qū)瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)排水現(xiàn)狀的描述和相關(guān)城市建設(shè)的介紹，闡明了人民路雨水泵站及調(diào)蓄池在瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)太原起步區(qū)排水防澇和防洪系統(tǒng)的重要作用，揭示了本工程建設(shè)的必要性與緊迫性。

本工程的實(shí)施，將為瀟河以北人民路雨水泵站抽排系統(tǒng)匯水區(qū)域內(nèi)的雨水提供可靠的排水出路，保證該地區(qū)雨水的順暢排除和道路交通的安全性，極大地推動(dòng)整個(gè)區(qū)域的快速發(fā)展。