市政雨水管網(wǎng)應(yīng)對城市內(nèi)澇的探討

向飛

市政雨水管網(wǎng)是排除地面雨水的重要設(shè)施，近年來國內(nèi)許多城市頻繁出現(xiàn)內(nèi)澇，有的城市雨水系統(tǒng)提標(biāo)改造之后同樣出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象?？傮w看來各地內(nèi)澇成因有所不同，同一區(qū)域的排水系統(tǒng)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相同，但有的雨水系統(tǒng)所在地方經(jīng)常內(nèi)澇，而有的地方卻一直未出現(xiàn)過內(nèi)澇，主要原因是排水出水口不能迅速地排出雨水，一旦降雨量超過管網(wǎng)的排水量，雨水就在地面漫流，或從檢查井溢流。筆者以武漢市月湖橋漢陽岸接線工程雨水系統(tǒng)為例，探討市政雨水管網(wǎng)對城市內(nèi)澇的影響。

一、城市內(nèi)澇的分析

城市內(nèi)澇的原因很多，如城市發(fā)展進(jìn)程引起的雨島效應(yīng)以及地面硬化率的提高、歷史原因造成的原有排水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低、城市規(guī)劃的不合理導(dǎo)致原有分水線的改變、湖泊河流濕地系統(tǒng)的嚴(yán)重破壞、暴雨強(qiáng)度公式不適應(yīng)重大汛期的雨量計算、城市防洪標(biāo)準(zhǔn)滯后、排水系統(tǒng)在管理及維護(hù)方面不善等，但最主要是雨水排出口位置標(biāo)高與內(nèi)河水位關(guān)系問題。前者跟區(qū)域排水規(guī)劃有密切的關(guān)聯(lián)，后者跟泵站抽排能力有關(guān)。筆者通過改變內(nèi)河水位、管徑、管道重現(xiàn)期以及管道坡度，使市政雨水系統(tǒng)處于內(nèi)澇臨界點(diǎn)，分析市政雨水管網(wǎng)在具體的匯水面積內(nèi)所能達(dá)到的最大排水量。

二、模型的建立與分析

1.研究區(qū)域介紹

月湖橋漢陽岸接線工程位于中心城區(qū)，區(qū)域范圍南起漢陽大道，北至知音大道。目前區(qū)域地塊基本開發(fā)利用，原雨水設(shè)計重現(xiàn)期為1年，本次經(jīng)過工程提標(biāo)改造后調(diào)整為3年。整體地勢較為平坦，標(biāo)高在24.03～25.93m之間。自南往北沿道路布置一排d800～d1500mm雨水管，排入到月湖，出水口標(biāo)高19.04m，經(jīng)四小閘提升泵站到外河，四小閘泵站現(xiàn)狀規(guī)模為8m3/s。

2.模型的建立

項(xiàng)目采用SWMM模型進(jìn)行排水管道水力分析，研究范圍沿江城大道及琴臺大道，如圖1所示。滲透采用Green Ampt模型，坡面匯水寬度為350，透水面和不透水面坡面匯流的曼寧系數(shù)分別取0.1和0.01，設(shè)計采用的武漢市暴雨強(qiáng)度公式，徑流系數(shù)為0.65，計算的時間步長為5s。針對系統(tǒng)不同的排水條件分別進(jìn)行4個模型的模擬。

圖1 SWMM模型示意圖

（1）模型一：原有管道坡度保持不變，出水條件為汛期淹沒出流，將管徑d1200mm的主干道雨水管分別調(diào)整為d1350mm、d1500mm、d1800mm。

（2）模型二：原有雨水系統(tǒng)主干管管徑為d1800mm，出水條件淹沒出流保持不變，將管道坡度分別調(diào)整為0.001、0.005、0.01。

（3）模型三：原有雨水系統(tǒng)主干管管徑為d1800mm，排水坡度為0.0015，將汛期泵站最大排量分別調(diào)整為8m3/s、10m3/s、15m3/s。

（4）模型四：原有雨水系統(tǒng)主干管管徑為d1800mm，排水坡度為0.0015，將排水系統(tǒng)的受納水體水位標(biāo)高緩慢提升。

3.模型結(jié)果

（1）管徑大小對雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響

雨水系統(tǒng)在汛期淹沒出流的情況下，管道水頭損失坡度保持不變時，當(dāng)管徑為1200mm時，管道承受的最大流量為1.79m3/s，隨著管徑的增大，管道承受的最大的流量也隨之增大；當(dāng)管徑為1800mm時，管道的最大流量達(dá)到5.2m3/s。管徑的加大導(dǎo)致管道承受的最大流量大幅增加，如下圖2所示：

圖2 水位差為1.2m管徑對雨水管網(wǎng)系統(tǒng)影響

（2）坡度大小對雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響

雨水管網(wǎng)系統(tǒng)在汛期淹沒出流的情況下，改變管道坡度，管道所承受的最大流量基本保持不變，維持在5.2 m3/s左右。

（3）末端泵站排量對雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響

雨水系統(tǒng)在汛期淹沒出流、管徑及坡度保持不變的情況下，加大末端泵站的抽排能力，運(yùn)行初期管道流量基本保持不變，后期由于湖面水位的下降管道流量緩慢增大。

（4）出水口對雨水系統(tǒng)的影響

出水口底標(biāo)高不小于受納水體水位標(biāo)高時，雨水系統(tǒng)出水保證自由出流，出水流量維持在4.45 m3/s左右。隨著受納水體水位的上升，雨水系統(tǒng)出水口流量緩慢下降，當(dāng)水位標(biāo)高與地面保持一致時，管道流量為零，即完全喪失排水能力。

圖3 受納水體水位標(biāo)高對雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的影響

4.模擬分析

城市在遭遇暴雨時，內(nèi)河水位大幅上漲，導(dǎo)致雨水出水口從自由出流過渡到淹沒出流，管道的排水能力銳減，設(shè)計管道重現(xiàn)期流量的校核不能僅僅以本段管道的最大排水量作為依據(jù)，而應(yīng)結(jié)合雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的出水條件綜合考慮。適當(dāng)提高內(nèi)河雨水泵站設(shè)計規(guī)模，合理控制內(nèi)河水位可有效應(yīng)對城市內(nèi)澇。

三、結(jié)語

1.市政雨水管網(wǎng)是排除地面徑流雨水的重要設(shè)施，設(shè)計中在流量不變的情況下可適當(dāng)加大管徑減小坡度，可有效應(yīng)對城市內(nèi)澇。但不宜盲目提高雨水系統(tǒng)設(shè)計重現(xiàn)期來降低城市內(nèi)澇發(fā)生的概率。

2.內(nèi)河水位高度對城市內(nèi)澇有直接的影響，排水規(guī)劃中綜合考慮地面道路高程，合理劃分匯水區(qū)域以及雨水排出口，充分考慮末端出水條件對市政排水量大小的影響。