萍鄉(xiāng)市螞蝗河流域海綿城市方案設計

■ 戴 超 張佩蘭

基于建設實踐，本文介紹了采用水力模型的評估方法，探討從源頭削減、過程控制到末端治理三個環(huán)節(jié)的設計對海綿城市建設的重要意義。

萍鄉(xiāng)市是2015年全國首批16個海綿城市建設試點城市之一。試點范圍總面積32.98平方公里，共分為6個項目包，其中老城區(qū)3個、新城區(qū)3個。螞蝗河流域為老城區(qū)項目包之一，位于試點范圍的西南角，服務面積約2.42平方公里，其主要目的是要解決螞蝗河流域旱季污水收集、雨季污水溢流污染及內澇問題，保護萍水河水質，改善城市環(huán)境。

一、區(qū)域概況

（一）自然條件

（1）地形地勢。項目范圍內地勢高低起伏較大，高差達26m，道路縱坡大，整體地勢西高東低，坡向萍水河；南北方向為南北高中間低，南北片區(qū)及西側部分區(qū)域均坡向螞蝗河。

（2）氣象氣候。萍鄉(xiāng)屬于亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，年平均降雨量在1600mm左右，年最高降雨量為2174.0mm（1997年），年最少降雨量1147.2mm（2013年），一般降雨集中在4～6月份。

（3）水文。范圍主要的河流有萍水河和螞蝗河。萍水河發(fā)源于北部的上栗縣楊歧山黃土嶺，由北向西從萍鄉(xiāng)市中心城區(qū)穿過；工程范圍內河寬45～60m，深5～8m，萍水河歷史最高洪水位標高為91.7m。螞蝗河起源于萍鄉(xiāng)市火車站北側，沿躍進北路向南至洪城大廈后向東進入山下路，在虎形公園處匯入萍水河，總長約2330m，現(xiàn)狀已經(jīng)覆蓋為合流暗渠。

（4）地質。區(qū)域內的主要分為5個土層，分別是雜填土、含礫粉質粘土、礫砂、強風化泥質粉砂巖和中風化泥質粉砂巖。

（二）排水系統(tǒng)

現(xiàn)狀排水體制為截流式合流制，規(guī)劃近期保留截流式合流制，遠期逐步改造為分流制。工程范圍內所有市政道路均

建有合流排水管渠，管徑為D400～5500×3300mm。在萍水河兩側建有D1200～1350截污主干管，截流倍數(shù)為2.0。直排萍水河的合流排口共有11個，最大尺寸為寬5.5m高3.3m的合流渠箱。

（三）規(guī)劃情況

區(qū)域完成了7項規(guī)劃3大標準的編制以及五大體系的規(guī)劃構建，總體規(guī)劃從水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源、水文化的角度進行了問題分析。

試點區(qū)的專項規(guī)劃對范圍內改造道路斷面規(guī)劃、河段斷面、雨水管道規(guī)劃、內澇整治設施規(guī)劃、各地塊污染負荷削減量、以及各地塊的引導性和控制性海綿指標進行了明確。

（四）存在問題

（1）現(xiàn)狀徑流系數(shù)大（0.8）。老城區(qū)建筑密集，且容積率大；現(xiàn)狀路面及人行道基本為不透水硬化地面；綠化率低，公園綠地面積小；基本沒有調蓄設施。

（2）溢流污染嚴重?，F(xiàn)狀排水管渠截流倍數(shù)偏小，約為1.0倍；現(xiàn)狀沒有初雨收集處理設施；排口與截污主干管連接方式不合理。

（3）內澇問題嚴重。現(xiàn)狀排水管網(wǎng)布局形式及分區(qū)不合理，區(qū)域雨水都通過螞蝗河暗渠集中排放，螞蝗河匯水分區(qū)面積過大；區(qū)域老城區(qū)雨水管網(wǎng)的建設標準普遍偏低，大部分僅為0.5～1年；現(xiàn)狀無任何內澇整治設施；地勢高差大，山下路呈鍋底狀；萍水河水位較高時，重力排水受到水位頂托。

二、模型建立與現(xiàn)狀評估

（一）模型概況

采用丹麥DHI水利環(huán)境研究所MIKE URBAN CS及Mike Flood軟件建立區(qū)域完整的排水模型，包含一維管網(wǎng)模型、二維地標漫流模型以及將一、二維因素綜合考慮的耦合模型即內澇模型。

主要建模數(shù)據(jù)：（1）工程流域范圍實測地形圖。（2）現(xiàn)狀排水管線摸查成果圖。（3）萍鄉(xiāng)市1985～2014年日降雨、蒸發(fā)資料。（4）現(xiàn)行萍鄉(xiāng)市暴雨強度公式。

分析目標：（1）現(xiàn)狀評估。通過地表產(chǎn)流、匯流特性和管網(wǎng)的特性分析，評估現(xiàn)狀排水管網(wǎng)的水力特征、存在的問題及成因分析。（2）方案比選。以目標為導向，基于模型，對多種方案組合進行評估、比選及最終選定。（3）效果評估?；谀Ｐ?，對設計方案的徑流總量控制率、內澇風險、溢流污染削減等指標進行評估。

（二）現(xiàn)狀評估結果

（1）下墊面解析?，F(xiàn)狀徑流系數(shù)為0.80，其中道路屋面、公共設施用地及工業(yè)用地占總面積的80.1%。

（2）現(xiàn)狀管網(wǎng)過流能力評估。現(xiàn)狀管道約有72.50%管道重現(xiàn)期為3年一遇以下，其中55.16%的管道達不到0.5年一遇的標準，60.02%的管道達不到一年一遇標準。

（3）現(xiàn)狀年徑流總量控制率。以20年一遇的洪水水位為出口邊界條件，模擬計算得出現(xiàn)狀年徑流總量控制率為53.7%。

（4）現(xiàn)狀年徑流污染物削減率。典型年SS輸入總量為289220噸，模擬現(xiàn)狀溢流SS總量195050噸，總溢流次數(shù)為29次，溢流削減率32.6%。山下路溢流口的溢流率最大，溢流率占到了產(chǎn)流的46.3%～50.6%，溢流量（SS）占總體的32.9%～39.7%，是溢流污染控制的重點。

（5）現(xiàn)狀內澇風險評估。項目區(qū)域在發(fā)生30年一遇降雨時，現(xiàn)狀積水點呈現(xiàn)積水面積廣、積水量大且積水較深的特點，主要集中在山下路和躍進北路。積水深度大于15cm的區(qū)域有10.1ha，積水深度大于27厘米的區(qū)域有2.66ha。

三、工程設計方案

（一）總體思路

工程從海綿建設工程體系的各個環(huán)節(jié)來制定綜合解決各個問題的總體設計方案，包括源頭削減環(huán)節(jié)（LID改造系統(tǒng)）、過程控制環(huán)節(jié)（市政排水管渠建設、修復、改造）、末端治理環(huán)節(jié)（超標雨水調蓄系統(tǒng)、末端污染控制系統(tǒng)）等。

工程設計保留現(xiàn)狀排水體制，調整優(yōu)化現(xiàn)狀排水分區(qū)形式，修復現(xiàn)狀破損管渠，并結合建筑小區(qū)、公園廣場、道路源頭LID改造及末端溢流調蓄等工程措施，實現(xiàn)工程目標。對于具備雨污分流的建筑小區(qū)，在進行LID改造時盡量采用雨污分流制，以便以后從源頭逐步實現(xiàn)雨污分流。新建管渠按雨污分流制、3～5年重現(xiàn)期標準設計。

圖1 技術體系示意圖

（二）LID改造工程

對工程范圍內改造條件相對較好的11個建筑小區(qū)、3處公園廣場、以及7條市政道路進行LID改造。

（1）建筑小區(qū)改造：利用蓄水模塊、生物滯留帶、高位花壇、透水鋪裝、雨水花園等技術措施，對小區(qū)進行生態(tài)綠化、生態(tài)停車場和雨水綜合利用改造，重點為高硬化率小區(qū)的低影響開發(fā)改造。

圖2 萍鄉(xiāng)市第三中學LID改造設計圖

（2）公園廣場改造：利用透水鋪裝、生物滯留設施、植草溝等小型、分散式低影響開發(fā)設施消納自身徑流雨水。具有雨水調蓄功能的景觀水體，構建多功能調蓄水體或濕地公園，并通過調蓄設施的溢流排放系統(tǒng)與城市雨水管渠系統(tǒng)和超標雨水徑流排放系統(tǒng)相銜接。

圖3 科收起義廣場LID改造設計圖

（3）市政道路：在不改變道路現(xiàn)狀橫斷面形式的前提下，進行人行道透水鋪裝、人行道下沉綠地、車行道下沉綠地改造等。利用車行道兩側綠化帶，建設下凹式綠地和生物滯留池，人行道采用透水鋪裝，并鋪設滲排管接入檢查井。

圖4 典型道路LID改造斷面設計圖

（三）內澇整治工程

范圍內共有4處內澇點，根據(jù)內澇成因的不同，分別采取針對性的措施。

（1）山下路內澇點。新建建設路d2200～2400mm雨水干管，調整螞蝗河的匯水分區(qū)，高水高排；新建山下路3.5×2.0m排水渠，增強螞蝗河過流能力，另外也利用渠涵本身的調蓄容積，對雨水排放起到削峰作用；在螞蝗河末端新建排澇泵站1座，設計流量4.5m3/s，在萍水河處于高水位時，對螞蝗河匯水分區(qū)的雨水強制提升排放。

（2）躍進北路內澇點。對躍進北路排水管渠進行修復，保證原有管道過流能力。

（3）北門橋及江灣巷內澇點。通過增設截水溝、雨水口，保證路面雨水的及時收集排放；在江灣巷排水管渠末端新建排澇泵1座，設計流量1.5m3/s，在萍水河處于高水位時，對南部濱河匯水分區(qū)的雨水強制提升排放。

另外，工程還對內澇點周邊所有的排水管渠進行清淤，確保管渠過流能力。

（四）溢流污染削減工程

徑流污染削減及徑流總量控制是相輔相成的。方案通過實施LID改造工程，沿河溢流截污管道工程、新建污水干管和末端溢流調蓄工程等措施綜合實現(xiàn)溢流污染削減。

（1）沿河截污溢流管道。沿萍水河西岸新建兩段d1000mm干管，對11個排口的雨季溢流污水進行收集整合，下游接入設計調蓄池。

（2）新建污水干管。針對萍水河西側現(xiàn)狀河底截污干管傾斜、破損等問題，在濱河西路新建一根d1350污水干管，確保污水系統(tǒng)的順暢運行。

（3）調蓄池工程。該工程位于老城區(qū)，僅通過實施部分LID改造、建設排水管網(wǎng)難以實現(xiàn)徑流污染削減及徑流總量控制的目標要求。因此，工程在三個排水分區(qū)排水主管末端附近各設置一座調蓄池，總調蓄容積22000立方米，主要作用如下：一是收集雨季合流制排水系統(tǒng)的溢流污水，削減排河污染物；二是滿足流域75%年徑流總量控制率的調畜容積要求。

圖5 沿河溢流管及調蓄池總平面設計圖

通過MIKE DHI建模分析評估確認，該工程實施后：

（1）年徑流總量控制率：78.2%，滿足工程目標大于75%的要求。

（2）現(xiàn)狀年徑流污染物削減率：典型年總溢流次數(shù)由現(xiàn)狀的29次減少為13次?？傄缌鞔螖?shù)減少率為55%；在重現(xiàn)期為1～10a情況下，SS削減率為53.53%～75.27%，滿足工程目標＞50%要求；重現(xiàn)期10～50年情況下，SS削減率為41.74～46.08%，接近工程目標。

（3）年入河污染物總量：COD、SS、TP、NH3-N年入河量分別為76.59t、58.85t、0.36t、5.55t，滿足目標要求。

（4）現(xiàn)狀內澇風險評估：在30年一遇6小時及以上的降雨情況下，內澇防治均達到要求，2小時高強度的降雨有小片區(qū)域有大于15cm的短歷時小于半個小時的積水；在50年一遇的超標降雨情況下，2小時高強度的降雨仍會造成大面積的內澇，最大積水深度近1m但未超1m，主要區(qū)域還是集中在山下路低洼地帶。因此，方案能夠滿足內澇防治的工程目標要求，但對于在超標降雨條件下的山下路須制定相應的內澇緊急處理預案。

項目建成后，將有效改善萍鄉(xiāng)市的水生態(tài)、水安全、水環(huán)境、水資源和水文化狀況。